CN1017639B - 钻井地质多参数自动记录仪 - Google Patents

Abstract

本发明为钻井地质人员提供各种准确可靠的地质参数，以便他们分析地层岩性特征，迅速找到油田、气田而用。

本发明的自动记录仪，由于在靠紧天车轮的第二个慢速轮的侧面特设制了一个井深轮，为使井深轮转动的圈数信号准确传递出去，通过自整角机与齿轮变速箱的齿轮变速与传动比加配各种电子仪表装置，使其准确可靠的自动记录各项参数，避免了人工失误而漏掉一些数据。由于是自动记录大大减轻了地质工作的劳力。

Description

本发明涉及一种钻井地质多参数自动记录仪，为钻井、地质人员提供各种准确可靠的地质参数，以便他们分析地层岩性特征，迅速找到油、气田而用。

在已有技术中与本发明相同的结构还没找到。目前国内贯用的是靠细钢丝绳传动记井深，人工看表记时，用人工换算时间，用人工捞取砂样等，技术落后，效率低。

从国外专利检索出一篇相接近的技术，是美国1983年6月28日公布的专利，国际专利分类号为E21B45/00，专利号为4389885。

在US-4389885的专利中公开了一种《钻速测量的信号发生器》，它的目的是为自动记录钻速和井深而用的，它的构成是利用一个可与滚筒端面啮合的摩擦轮，转动滚筒钢丝绳把钻柱下放，摩擦轮用机械的方法耦合到凸轮，利用气动控制装置接收深度指示信号。从专利文献中看出美国的记录装置跟本发明的结构及其原理完全不同。

美国这份专利不足之处是只能测量两项参数，只能满足钻井工程的需要，而满足不了地质人员需要录取多项参数的要求。而本发明能自动记录七项主要参数，除了满足钻井工程的需要外，还能满足地质人员需要录取多项参数的要求。

它的第二不足之处是结构复杂，体积庞大，长1500cm，高1800cm，宽800cm，重量约1吨重，不便于往野外现场搬运使用。

而本发明的结构比美国简单，重量轻，体积小，长540cm，宽500cm，高270cm，比美国体积小若干倍，重量约40kg。由于本发明体积小，重量轻，往野外现场搬运比美国方便。

它的第三不足之处是需要配备美国的专用发电机，国产发电机用不上。而本发明不需要进口美国发电机，因为配有逆变器，所以不受外界电源、电压、频率变化的影响，当停电、断电时，还可直接供应仪器用电。美国的发电机进 口一台十万美元，而我们的逆变器折合人民币1400元，大大降低了成本。

另外，我们近两年从英国引进的IS-I型西月牌钻速仪，它的目的是测量钻速和井深，它的构成是采用开口水瓶装置在方钻杆与水龙头相接处，水瓶与水龙带顺立管而下，接通到仪器房的1151压力传感器上，当方钻杆上升或下降时，水瓶随之上升或下降，则压力信号线性转变相应的电信号输出，经过插件转换后，变为记录仪的输入信号，记录出信号随时间变化的曲线，再根据曲线换算出钻速和钻时。

英国的钻速仪不足之处是：

（1）水管线百米长，冬天需要有防冻设备。

（2）装置复杂，仪器房里配用1151压力传感器和IDB配电器，使用设备复杂，安装、检修使用不方便，出了故障，停钻时间长，耽误钻井时间，增加钻井成本，井队都不愿用。

（3）因为它测出的数据是根据曲线转换来的，所以它测出的井深与实际井深误差较大。而本发明是根据实际井深直接显示，误差几乎为零。

（4）它的仪器只能测两项参数，只能用于钻井工程上，而满足不了地质人员的需要。

本发明的目的是要改善上述的记录仪在各方面的缺点和不足。

本发明所提供的自动记录仪，包括已有技术有：

1、逆变器是属于已有设备，配有逆变器可解决野外现场用电难的问题，可使本仪器不受外界电源、电压、频率变化的影响，当现场停电、断电时还可直接供应仪器用电。

2、定时电路属已有通用电子技术，在本仪器中主要是保证准时记录每一个参数，不漏掉一个，保证各部分装置能正常运转。

3、电磁计数器在本发明中是用来直接显示数字用的。它的工作原理是计数器线圈通入脉冲电流后，铁心吸着衔铁做连续的吸合释放动作，推动数字轮不断地一次加入一个数字，每走十个字依次进一位，若停止脉冲，计数停止。在本发明中由于需要自动显示多项参数，故用了五个电磁计数器。

4、自整角机是属已有的仪表电机。在本发明中用了两台，型号可用ND404型或NS404型。

5、定时走纸速电机、指重表、差速齿轮、机械计数器、记时仪表电机都属于已有通用技术设备。

由于以上均属现有通用技术设备不需祥细介绍。

本发明是通过如下措施来达到：

在靠紧天车第二慢速轮的侧面，离天车轴中心距H为180cm的地方特设置了一个直径为120cm的井深轮，H的位置选择根据计算公式算出，计算公式如下：

(天车轮弧长（a）)/(井深轮周长（b）) ＝ (天车轮半径（R）)/(井深轮安放位置（H）) 从此公式可看出井深轮安放的位置是随天车轮的大小而变化，不同直径的天车轮，井深轮安放的位置H不同。同时根据不同的安放位置，推算出不同直径的井深轮，以便适应多种天车轮大小的变化。

由于井深轮是紧紧靠在天车第二慢速轮的侧面，所以天车轮运转就推动井深轮一起运转为使井深轮长期运转不打滑，必须在该轮的园周内槽紧套上一圈橡胶皮带使其天车轮转动推动井深轮一起运转。为使井深轮能传递信号，必须将井深轮连接在自整角机轴上，使其自整角机与井深轮同步运转，同时还从该自整角机上引出五芯电缆线连接在另一台自整角机上，使期两台自整角机同步运转，再通过电磁离合器，使后一台自整角机的轴与齿轮啮合，带动齿轮变速箱中的齿轮一起同步运转，经过齿轮变速箱的齿轮变速与传动比，使其齿轮变速箱中未端齿轮转动一周为1米井深，并在该齿轮一周的位置上装有个凸头，使其每转动一周就启动开关一次，并发出一个脉冲信号传输到电磁计数器上直接显示钻进实际井深。另外同时输入到印刷数字表上，将钻进实际井深打印在记录纸上。

加配钻井指重表，指重表是一种液压传感器仪表，从表上引出四根线连到电磁离合器上，使电磁杆与园形齿轮连接，达到自动记录钻井接单根的长度及起下钻井深。

加配捞砂间距信号装置来选择各种不同的捞砂间距，此装置分别由0.25m信号微动开关、0.5m信号微动开关、1m信号微动开关、2m信号微动开关、3m信号微动开关、4m信号微动开关，加上打孔继电器及打孔机和定时电路组成。以上六种信号不能同时使用，每次只能选用一个信号，通过多线转换开关来选择。

加配自动记钻时装置来记录全井纯钻进时间与停钻时间。纯钻进时间是通过微动开关与1转/分仪表电机运转的圈数信号输入到电磁计数器和印刷数字表来显示。停钻时间是通过1转/分仪表电机转的圈数信号输入给电磁计数器来记录。

加配捞砂实际井深信号与泥浆循环时间，自动装置来测量捞砂实际井深与泥浆循环时间。由打孔机、定时走纸速电机，记录纸和纸孔眼，铜板电极、电铃、自动捞砂机及电磁计数器来显示捞砂实际井深，并通过1转/分仪表电机和电磁计数器来显示泥浆循环时间。

下面将结合附图对发明作进一步的详细描述。

附图的图面说明：

图1是本发明的整体原理图

图2是井深轮安放在天车轮的位置图

图3a是橡胶皮带安放在井深轮的外园周主视图

图3b是橡胶皮带安放在井深轮的外园周俯视图

图4是齿轮变速箱的传动机构图

图5是钻井指重表接线图

图6是自动记钻时装置图

图7是捞砂间距信号装置图

图8是捞砂实际井深信号与泥浆循环时间自动记录装置图

图9是定时电路图

图10是逆变器原理图

结合附图进一步描述各种地质参数实施情况：

一、自动记录钻进井深

从图1、图2可看出，在靠紧天车轮的第二个慢速轮（3）的侧面，离天车轴中心距H为180cm的地方装置了一个井深轮（5），当天车轮正、反运转，推动井深轮（5）也正、反运转。为使井深轮（5）带动着自整角机（6）同步运转，必须将井深轮（5）连接在自整角机（6）轴上。为使自整角机（6A随着自整角机（6）同步运转，必须从自整角机（6）上引出五根电缆线与自整角机（6A）连接。通过以上措施，使天车轮运转推动着井深轮一起运转，井深轮又带动着自整角机（6）同步运转，自整角机（6）又带着自整角机（6A）同步运转，再通过电磁离合器（27）使自整角机（6A）的轴与齿轮（60）啮合，便带动齿轮变速箱的齿轮一起运转。经过齿轮变速箱的齿轮变速与传动比，使其齿轮箱未端齿轮（71）转动一周恰为一米钻进井深。

由图1、图4可知如何通过齿轮变速箱的齿轮变速与传动比使齿轮（71）转动一周为1米井深，因为经过测绘，当天车轮第二个慢速轮（3）弧长走2米，方钻杆就下降1米，即意味着井深1米。再根据前面公式的推算，确定出井深轮的直径为120cm时井深轮转二周，即为1米井深。本发明又由于齿轮（60）到齿轮（64）之间的传动比都为1∶1，所以齿轮（64）也是转二周为1米井深。再经过齿轮（64）与齿轮（65）的传动比为2∶1，齿轮（65）与齿轮（66）的传动比为1∶2，齿轮（66）与齿轮（71）的传动比为2∶1，这样三组齿轮的变速传动使得齿轮（71）转一周为1米井深。在齿轮（71）一周的位置上装个凸头与微动开关（55）接触一次，使图9所示的定时电路闭合接通一次，并在继电器（40）上产生一个脉冲信号，传输到图6的电磁计数器（17D上直接显示钻井实际井深。另外，同时输入到印刷数字表（19）上，将钻井实际井深打印在图8的记录纸（39）上。

二、自动记录起下钻井深

当起钻时，方钻杆上提，天车轮开始反转，井深轮、自整角机带动变速箱中齿轮一起反转，图4上的齿轮（73）要做成棘轮，只许它正转，不得反转，这样在反转时齿轮（73）这一条轴上的齿轮全部停止转动，只好通过差速齿轮 （67）（是四个相同的互相啮合的锥形齿轮），开始传向齿轮（66A）。由于齿轮（66A）转二周为1米井深，齿轮（66A）与齿轮（72）的传动比为2∶1，所以齿轮（72）转一周为1米起下钻井深。使蜗杆（77）与齿轮（72）的传动比为1∶1，那么蜗杆（77）转一周起下钻井深也为1米。再使蜗杆（77）与蜗轮（76）的传动比为1∶100，这样使蜗轮（76）转一周起下钻井深为100米，那么转100周起下钻井深为10000米。目前我国钻井井深达7000米够用了。

三、自动记录钻井接单根的长度

从图1、图5可看出，钻井指重表里面有四根线连接在电磁离合器（27）上，起钻时方钻杆上提，卡放在钻台的钻盘上，此时指重表的指针无负荷，指针回到零位时，m、n两根线导通，这时从图4看出电磁离合器（27）使齿轮（60）与自整角机（6A）轴脱开，自整角机（6A）轴空转，齿轮全不转了，起钻“原井深数”不动了，进行钻井接单根，当单根接好后，方钻杆往上提升时，指重表有负荷重量，指重表的指针已有指示，则m、n两根线断开，使电磁离合器（27）无电，使齿轮（60）与自整角机轴啮合，又开始记井深数，自动记录每次接单根的长度，自动换算方钻杆到井底的深度，并直接显示在蜗轮轴上的刻度盘（75）上。

四、自动记录钻时

1、自动记录全井纯钻进时间

从图1、图6看出，记钻进纯钻时间是通过微动开关（14），使1转/分仪表电机（10）有电连续运行，每转动一周，1转/分仪表电机（10）轴上有个凸头（31B）与触点（32A）接触一次，产生信号输入到电磁计数器（17）和印刷数字表（19）各进一个数，即一分钟。连续钻进连续累积全井纯钻进时间。

2、自动记录停钻时间

从图6看出，当停钻时，记非钻进时间是用1转/分仪表电机（10B）每转动一周时，轴上的凸头（31C）与触点（32B）接触一次，产生个信号，输 入给电磁计数器（17A）进一个数，即一分钟，连续累积出非钻进时间（即停钻时间）。

五、自动记录实际捞砂井深

从图8看出，在钻井过程中，利用泥浆流动的冲力，冲动泥浆槽开关（24）导通定时走纸速电机（12）运转，并带动打好孔眼（38）的记录纸走动，当纸孔眼（38）走到捞砂触头（35）与铜板电极（21）导通，把信号输入到电磁计数器（17B）直接显示捞砂实际井深，并同时由电铃（34）发出响声，通知值班人员、自动捞砂机（36）已自动取出砂样。因为有了自动控制，这样可以避免人工失误漏掉砂样。

六、自动记录钻井泥浆循环时间

从图8看出当，钻井泥浆循环流动时，产生冲力将泥浆槽开关（24）导通，使定时走纸速电机（12）运转，并带动1转/分仪表电机（10A）转动，每转一周，仪表电机（10A）轴上凸头（31A）与触点（32）接触一次，将信号输入到电磁计数器（17C）上，每进一个数，即1分钟，连续进入连续累积出泥浆循环时间。

七、自动记录捞砂间距和选择捞砂间距

从图7可看出，捞砂间距信号装置由0.25m信号微动开关（53），0.5m信号微动开关（54），1m信号微动开关（56），2m信号微动开关（57），3m信号微动开关（58），4m信号微动开关（59）组成。各种信号的选择分别通过变速箱中齿轮的变速与传动比得到各种不同的捞砂间距信号。

0.25m信号通过在齿轮（71）每1/4周的位置上装置一个凸头与微动开关（53）接触得到。因为根据前面所述经过变速箱中齿轮的变速与传动比，使变速箱中末端齿轮（71）每转一周即为1米，那么在齿轮（71）每1/4周的侧面位置装一个凸头（31）与微动开关（53）接触，即每接触一次即得0.25m捞砂间距信号。

0.5m捞砂间距信号，通过齿轮（71）与齿轮（50A）的传动比为1∶1，因为齿轮（71）转一周为1米，所以齿轮（50A）转一周为1米，即在齿轮转 1/2周的位置上装置一个凸头与微动开关（54）每接触一次即得到0.5m的捞砂间距信号。

1m捞砂间距信号的选择，由于齿轮（71）转一周为一米，即在齿轮（71）每一周位置上装一个凸头与微动开关（56）接触，即得到1m捞砂间距信号。

2m捞砂间距信号通过齿轮（50A）与齿轮（50）的传动比为1∶2得到。

3m捞砂间距信号通过齿轮（51A）与齿轮（51）的传动比为1∶3得到。

4m捞砂间距信号通过齿轮（52A）与齿轮（52）的传动比为1∶4得到。

以上六种信号不能同时使用，每次只能选用一个信号，通过多线转换开关（25）来选择，接着将选择的信号，输入到打孔继电器（42），使打孔机（37）打穿记录纸（39）出现纸孔眼（38），根据孔眼可看出捞砂间距。

从图3a，图3b可看出井深轮（5）的园周内槽紧套着一圈橡胶皮带（8），其横截面为多边形，为的使井深轮（5）长期运转不打滑。同时从图3b可看出本发明选用的橡胶皮带（8）的横截面是五边形。

Claims (2)

1、一种由逆变器(84)，定时电路(13)，自整角机(6，6A)，1转/分仪表电机(10，10A，10B，10C)，电磁计数器(17，17A，17B，17C，17D)，定时走纸速电机(12)，指重表(4)，机械计数器(20)，差速齿轮(67，68，69)所组成的钻井地质多参数自动记录仪，其特征是由以下部件和装置构成：

a、在靠紧天车慢速轮(3)的侧面，离天车轴中心距H为180cm的地方特设置了一个井深轮(5)，并在其园周内槽紧套上一圈橡胶皮带(8)，使其天车轮转动推动井深轮(5)一起运转，为使井深轮(5)传递信号，必须将井深轮(5)连接在自整角机(6)轴(9)上，使自整角机(6)与井深轮(5)同步运转，再从自整角机(6)上引出五芯电缆线连接自整角机(6A)使自整角机(6A)随着自整角机(6)同步运转，再通过电磁离合器(27)，使自整角机(6A)的轴与齿轮(60)啮合，带动齿轮变速箱中的齿轮一起同步运转；

b、齿轮变速箱中齿轮的变速与齿轮传动比分别如下：

齿轮(50A)与齿轮(50)的传动比为1∶2，

齿轮(51A)与齿轮(51)的传动比为1∶3，

齿轮(52A)与齿轮(52)的传动比为1∶4，

齿轮(60)与齿轮(62)的传动比为1∶1，

齿轮(62)与齿轮(64)的传动比为1∶1，

齿轮(64)与齿轮(65)的传动比为2∶1，

齿轮(65)与齿轮(66)的传动比为1∶2，

齿轮(66A)与齿轮(72)的传动比为2∶1，

齿轮(66)与齿轮(71)的传动比为2∶1，

齿轮(72)与蜗杆(77)的传动比为1∶1，

蜗杆(77)与蜗轮(76)的传动比为1∶100，

c、从钻井指重表(4)里引出四根电线连接到电磁离合器(27)上，使电磁杆(29)与圆型齿轮(60)连接，达到自动记录钻井接单根长度及起下钻井深；

d、还配有自动记钻时装置(80)，该装置通过微动开关(14)使1转/分仪表电机(10、10B)运转，并在仪表电机(10、10B)轴上各装有一个凸头，分别与触点(32A、32B)接触产生信号，信号输入到电磁计数器(17、17A)和印刷数字表(19)及定时电路(13)构成回路来显示钻时；

e、还配有自动捞砂实际井深信号与泥浆循环时间自动记录装置(82)，该装置由打孔机(37)、定时走纸速电机(12)、记录纸(39)、纸孔眼(38)、迟到时间标尺(22)、铜板电极(21)、电铃(34)、自动捞砂机(36)、电磁计数器(17B)组成，并在仪表电机(10A)轴上装一个凸头(31A)与触点(32)接触产生信号，将信号输入到电磁计数器(17C)上显示泥浆循环时间；

f、还配有捞砂间距信号装置(81)，该装置有0.25m、0.5m、1m、2m、3m、4m六种捞砂信号，0.25m的捞砂信号是在齿轮(71)1/4周的位置上装一个凸头(31)与微动开关(53)接触得到，

0.5m捞砂信号是在齿轮(50A)1/2周的位置上装一个凸头与微动开关(54)接触得到，

1m捞砂信号是在齿轮(71)一周的位置上装一个凸头与微动开关(56)接触得到，

2m捞砂信号是通过齿轮(50A)与齿轮(50)的传动比为1∶2及微动开关(57)得到，

3m捞砂信号是通过齿轮(51A)与齿轮(51)的传动比为1∶3及微动开关(58)得到，

4m捞砂信号是通过齿轮(52A)与齿轮(52)的传动比为1∶4及微动开关(59)得到，每种捞砂信号的选择是通过多线转换开关(25)来完成，并将选择的信号输入到打孔继电器(42)，使打孔机(37)打穿记录纸(39)出现纸孔眼(38)，根据孔眼可看出捞砂间距。

2、根据权利1所述的自动记录仪，其特征是橡胶皮带（8）的横截面为多边形，

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