CN102359347B

CN102359347B - 机锁式钻机的钻杆监测方法及控制器、监测系统和钻机

Info

Publication number: CN102359347B
Application number: CN 201110320010
Authority: CN
Inventors: 李志杰; 罗建利; 孙涛; 李昱
Original assignee: Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2031-10-20
Also published as: CN102359347A

Abstract

本发明公开了一种机锁式钻机的钻杆监测方法，所述钻机包括多节钻杆，钻杆从外向内分别为第1节至第N节，每节钻杆上具有M个加锁点，以第1节钻杆为基准杆，第i节钻杆的最大伸长量为L_i，其中i＝2，3，…，N，第j个加锁点距离该节钻杆的顶端的距离为J_j，其中j＝1，…，M，其中，接收测量的被操作的钻杆为第i节，并且测量该第i节钻杆的实际伸长量为l_i，根据l_i＝L_i-J_j，确定第i节钻杆运动到第j个加锁点。本发明还提供了一种机锁式钻机的钻杆监测控制器、装置以及包括该装置的钻机。上述技术方案通过简单的方法监测当前被操作的钻杆运动到哪一个加锁点处，提示操作者及时根据需要进行加锁或解锁操作，提高了操作效率，并且有助于解除带杆的问题。

Description

机锁式钻机的钻杆监测方法及控制器、监测系统和钻机

技术领域

本发明涉及旋挖钻机，具体地，涉及一种实时监测机锁式旋挖钻机的钻杆加锁点的监测方法、控制器、监测系统及钻机。

背景技术

目前，旋挖钻机的应用日益广泛。旋挖钻机通常采用伸缩式钻杆，在该伸缩式钻杆的提钻作业中，伸缩钻杆将按照由内到外的顺序逐节提升。伸缩式钻杆通常分为摩擦式钻杆、机锁式钻杆和组合式钻杆等。

机锁式钻杆是比较常用的一种伸缩式钻杆。在旋挖钻机采用机锁式钻杆施工时，将机锁式钻头下放是按照由外到内的顺序逐节伸出，提钻时则按相反的顺序，即由内到外的顺序逐节缩回。机锁式钻杆的所有钻杆的外表面的外键上都形成有多个加锁点，最外层钻杆，是通过动力头的内键与最外节钻杆的外键的加锁点配合，除最外层钻杆外的所有钻杆，是通过外节钻杆的内键与内节钻杆的外键的加锁点的配合，两节钻杆之间能够通过机械连接的方式相互锁定，因此钻杆之间能够传递的力较大，所以机锁式钻杆能够应用于土层较硬的情况。

但是，对于机锁式钻杆来说，操作者无法自己观看到钻杆之间的加锁情况，对于机锁式钻杆的加锁和解锁只能凭借经验，有时候需要反复尝试才能成功，降低了作业效率；而当解锁不成功时会造成“带杆”现象，如果无法及时发现和处理，将造成极大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种机锁式钻机的钻杆监测方法，该方法能够对机锁式钻机的钻杆的加锁和解锁进行监控。

为了实现上述目的，本发明提供一种机锁式钻机的钻杆监测方法，所述钻机包括多节钻杆，钻杆从外向内分别为第1节至第N节，每节钻杆上具有M个加锁点，以第1节钻杆为基准杆，第i节钻杆的最大伸长量为L_i，其中i＝2，3，…，N，第j个加锁点距离该节钻杆的顶端的距离为J_j，其中j＝1，…，M，其特征在于，确定测量的被操作的钻杆为第i节，并且接收测量的该第i节钻杆的实际伸长量为l_i，根据l_i＝L_i-J_j，确定第i节钻杆运动到第j个加锁点。

另外，本发明的另一个目的是提供一种用于机锁式钻机的钻杆监测控制器，该钻杆监测控制器能够实现上述钻杆监测方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于机锁式钻机的钻杆监测控制器，所述钻机包括多节钻杆，钻杆从外向内分别为第1节至第N节，每节钻杆上具有M个加锁点，以第1节钻杆为基准杆，第i节钻杆的最大伸长量为L_i，其中i＝2，3，…，N，第j个加锁点距离该节钻杆的顶端的距离为J_j，其中j＝1，…，M，所述控制器包括依次连接的输入设备、处理设备和输出设备，其特征在于：

所述输入设备用于采集所述钻杆的位置和被操作钻杆的实际伸长量的信号；

所述处理设备用于根据接收到的所述钻杆的位置信号判断被操作钻杆为第i节、通过被操作钻杆为第i节确定该第i节钻杆的最大伸长量L_i、通过第i节钻杆的实际伸长量l_i＝L_i-J_j确定j的值、并将j的值传送到输出设备；

所述输出设备用于输出j的值的信号。

另外，本发明的另一目的是提供一种机锁式钻机的钻杆监测系统，该钻杆监测系统包括本发明的上述钻杆监测控制器，并能实现本发明所提供的钻杆的监测方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种机锁式钻机的钻杆监测系统，所述钻机包括多节钻杆，钻杆从外向内分别为第1节至第N节，每节钻杆上具有M个加锁点，以第1节钻杆为基准杆，第i节钻杆的最大伸长量为L_i，其中i＝2，3，…，N，其中L₁＝0，第j个加锁点距离该节钻杆的顶端的距离为J_j，其中j＝1，…，M，其特征在于，所述监测系统包括检测装置、用于输出指示锁定的加锁点的信号的控制器和根据所述控制器输出信号进行显示的显示装置，所述控制器为根据本发明的钻杆监测控制器。

另外，本发明的另一目的是提供一种机锁式钻机，该机锁式钻机包括本发明所提供的钻杆监测系统。

通过上述技术方案，本发明对钻杆的位置和实际伸长量进行测量，通过检测被操作的所述钻杆为第i节，判断该第i节钻杆是否运动到加锁点。上述技术方案通过简单的方法就能监测当前被操作的钻杆运动到哪一个加锁点处，从而提示操作者及时根据需要进行加锁或解锁操作，提高了操作效率，并且有助于解除带杆的问题。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的旋挖钻机的优选实施方式示意图；

图2是根据本发明的钻杆末端示意图；

图3是根据本发明的钻杆的加锁点情况示意图；

图4是根据本发明的内节钻杆和外节钻杆的连接示意图。

附图标记说明

1外键 2内键

31、32、33、34加锁点

11加压装置 12动力头

14主卷扬 15导向环

17提绳器 18托盘

19钻斗

D钻杆末端所处地下的深度

H动力头距地面的高度

T第1节钻杆的长度

E钻杆末端的伸出长度

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

为了便于理解本发明的技术方案，首先介绍机锁式钻杆的各部分的工作情况。如图1至图3所示，机锁式钻杆除了最外节钻杆外，每节钻杆顶部都有导向环15；除最内节钻杆外，每节钻杆底部内表面具有内键2；最内节钻杆顶部有提绳器17，该提绳器17连接着主卷扬14的钢丝绳，最内节钻杆底部具有托盘18，并且最内节钻杆底端连接有钻斗19。当钻杆伸出时，最外层钻杆通过随动架落在动力头12上。当第i节钻杆从第i-1节钻杆中并未完全伸出时，该第i节钻杆的底端必然落在托盘18上；当第i节钻杆完全伸出时，该第i节钻杆的底端已经脱离托盘18，因此其顶端的导向环15必然落在上一节钻杆的内键2上。

一般在钻杆的周向上均匀分布3个内键2，该内键2与外键1的数量相对应。在钻杆外表面的轴向方向上按一定间距分布多个加锁点，该加锁点是由外键向内凹进而形成的纵向方向上的台阶，图3中示意性的画出四个加锁点31、32、33和34举例说明。一般机锁式钻杆从外到内由多节此类钻杆组成，任意两节相邻钻杆之中的内节钻杆可以在外节钻杆内伸缩。在进行钻孔作业时，内节钻杆从外节钻杆中伸出，外节钻杆的内键驱动内节钻杆的外键，从而由外节钻杆带动内节钻杆旋转。当内节钻杆伸出后，机锁式钻杆需要进行加锁操作，即外节钻杆的内键到达内节钻杆的外键的加锁点并与外键的凹进部分相贴合，此时外节钻杆向下施加的压力就能够通过内键与外键的加锁点台阶传递到内节钻杆，从而实现对钻杆的加压。

在旋挖钻机采用机锁式钻杆施工时，将机锁式钻头在钻孔内下放是按照钻杆由外到内的顺序逐节伸出，直到钻头碰触钻孔的底部，接着操纵动力头正向旋转，通过钻孔的底部与钻头的摩擦力，使得各节钻杆之间发生正方向的相对转动、外节钻杆的内键与内节钻杆的外键互相配合，完成加锁。在钻杆工作时，钻机的加压装置11用于为钻杆提供向下的压力。提钻时则按相反的顺序，首先操纵动力头反向旋转，通过钻孔底部与钻头的摩擦力，使得各节钻杆之间发生反方向的相对转动、外节钻杆的内键与内节钻杆的外键互相脱离，完成解锁，然后将钻杆由内到外的顺序逐节缩回。

本发明提供一种机锁式钻机的钻杆监测方法，所述钻机包括多节钻杆，钻杆从外向内分别为第1节至第N节，每节钻杆上具有M个加锁点，以第1节钻杆为基准杆，第i节钻杆的最大伸长量为L_i，其中i＝2，3，…，N，第j个加锁点距离该节钻杆的顶端的距离为J_j，其中j＝1，…，M，其特征在于，确定测量的被操作的钻杆为第i节，并且接收测量的该第i节钻杆的实际伸长量为l_i，根据l_i＝L_i-J_j，确定第i节钻杆运动到第j个加锁点。

由于在工作过程中，机锁式钻机的钻杆之间的加锁情况难以观察，而且对钻杆的安全有着重要的影响，因此需要对该状态进行监测。

本发明提供一种对钻杆的加锁和解锁情况进行监测的方法，该方法能监测机锁式钻杆在加锁点的加锁情况。首先要确定当前被操作的钻杆为哪一节钻杆，因为每节钻杆的最大伸长量都是预先测量的，所以需要先知道当前操作的是哪节钻杆，才能对应地知道该节钻杆的最大伸长量，再根据该节钻杆的伸长和加锁点距离该节钻杆顶端的距离，来确定该节钻杆目前运动到多个加锁点中的哪一个处，以提醒操作者根据需要及时进行加锁或解锁操作。

钻杆外表面沿轴向方向上按一定间距分布有多个加锁点，每个加锁点与钻杆顶端的距离已知，钻杆的实际伸长量应当等于钻杆的最大伸长与加锁点距离钻杆顶端的距离。

上述钻杆的最大伸长量和实际伸长量的测量都很简单易行，因此本发明的上述监测方法很容易实现，并且只需提高测量的精度就能够提高监测的精度和可靠度。

通过上述技术方案，本发明对钻杆的位置和实际伸长量进行测量，通过检测被操作的所述钻杆为第i节，判断该第i节钻杆是否运动到加锁点。上述技术方案通过简单的方法就能监测当前被操作的钻杆运动到哪一个加锁点处，从而提示操作者及时根据需要进行加锁或解锁操作，提高了操作效率，并且降低了发生带杆等故障的风险。

优选地，所述确定测量的被操作的钻杆为第i节具体为：所述钻机包括主卷扬14的钢丝绳，接收检测的当前主卷扬14的钢丝绳的收缩长度S，如果L₁+…+L_i-1＜S＜L₁+…+L_i，其中L₁＝0，则确定被操作的钻杆为第i节钻杆。

在本发明中，首先要确定被操作的钻杆是哪一节，因此，优选地提供了一种确定被操作钻杆为第i节的优选实施方式，由于最内层钻杆通过主卷扬14的钢丝绳向上牵引，因此主卷扬14的钢丝绳收缩的长度就是钻杆运动的高度。

由于第i节钻杆的最大伸长量为L_i，最外节的第1节钻杆由于不能伸缩所以L₁＝0，这样，第i节钻杆的最大伸缩范围就是L_i，而在当前的第i节钻杆发生伸缩时，整个钻杆的长度范围应该是介于L₁+…+L_i-1和L₁+…+L_i之间，因此当检测到的主卷扬钢丝绳的收缩长度S在这个范围内时，被操作的钻杆为第i节。

优选地，所述确定测量的被操作的钻杆为第i节具体为：所述钻机还包括动力头12，接收检测的钻杆末端所处地下的深度D，所述动力头12距地面的高度H，第1节钻杆的长度T，则所述钻杆末端的伸出长度为E＝D+H-T，如果L₁+…+L_i-1＜E＜L₁+…+L_i，则确定被操作的钻杆为第i节钻杆。

前面的优选实施方式中的方法是通过主卷扬钢丝绳的运动来判断被操作的钻杆为第i节，但是由于动力头也会发生上下移动，因此本发明的另一种优选实施方式提供了一种判断方式，该方式将动力头2的位置考虑进来，判断结果更加准确。

上述计算方式是测量钻杆末端和动力头之间的距离，再去掉第1节钻杆的长度，即最外层钻杆的长度，就可以得到钻杆从第1节钻杆中伸出的长度。在当前的第i节钻杆发生伸缩时，整个钻杆的长度范围应该是介于L₁+…+L_i-1和L₁+…+L_i之间，当判断L₁+…+L_i-1＜E＜L₁+…+L_i时则被操作的钻杆为第i节所述钻杆。

以上描述了本发明例举的两种判断被操作的钻杆为第i节的方式。其中，第一种根据主卷扬钢丝绳的收缩长度来直接判断的方法比较简单，但是由于动力头12也能够上下移动而存在误差，准确度较低，但是仅需要测量主卷扬钢丝绳收缩长度这一个物理量；第二种方法将动力头12的位置考虑进来，但是至少需要测量动力头12距地面的高度和钻杆的末端的深度，测量方法较为复杂，但提高了准确性。

更优选地，所述第i节钻杆的实际伸长量为l_i＝E-(L₁+…+L_i-1)。

通过上文对钻杆末端的伸出长度E的计算方法的介绍可知，E的值的计算避免了动力头12的位置引入的误差而体现了实际的钻杆的整体长度，从该值中减去第i节钻杆之外的完全伸出的钻杆的总长度即为该第i节钻杆的实际伸长量。当然，除此之外，第i节钻杆的实际伸长量也可以通过其他方式获得，例如直接测量等。

优选地，所述监测方法还包括监测所述钻杆是否发生带杆，在发生带杆的同时输出所述j的值。

在上述优选实施方式中，本发明的钻杆监测方法还同时对带杆现象进行监测，当监测到发生带杆现象时，本发明的监测方法将当前的加锁点情况及时反馈给操作者，操作者就可以以此作为参考而进行有针对性的解锁操作，从而有利于带杆现象的解除。

另外，本发明提供了一种用于机锁式钻机的钻杆监测控制器，所述钻机包括多节钻杆，钻杆从外向内分别为第1节至第N节，每节钻杆上具有M个加锁点，以第1节钻杆为基准杆，第i节钻杆的最大伸长量为L_i，其中i＝2，3，…，N，第j个加锁点距离该节钻杆的顶端的距离为J_j，其中j＝1，…，M，所述控制器包括依次连接的输入设备、处理设备和输出设备，其特征在于：

所述输出设备用于输出j的值的信号。

本发明提供一种对钻杆的加锁和解锁情况进行监测的控制器，该控制器能监测机锁式钻杆在加锁点的加锁情况。首先，该控制器的输入设备能够采集所述钻杆的位置信号，并将该信号传输给处理设备从而判断当前被操作的钻杆为哪一节钻杆，因为每节钻杆的最大伸长量都是预先测量的，所以需要先知道当前操作的是哪节钻杆，处理设备才能对应地获取该节钻杆的最大伸长量，再根据输入设备输入的该节钻杆的实际伸长量信号和预先储存在处理设备中的各加锁点距离该节钻杆顶端的距离，来确定该节钻杆运动到多个加锁点中的哪一个处，从而提醒操作者根据需要进行加锁或解锁操作。钻杆外表面沿轴向方向上按一定间距分布有多个加锁点，每个加锁点与钻杆顶端的距离已知，钻杆的实际伸长量应当等于钻杆的最大伸长与加锁点距离钻杆顶端的距离。

上述钻杆的最大伸长量和实际伸长量的测量都很简单易行，因此本发明的控制器容易实现上述监测方法，并且只需提高测量的精度就能够提高监测的精度和可靠度。

优选地，所述钻机包括主卷扬14的钢丝绳，所述输入设备接收所述主卷扬14的钢丝绳的收缩长度S的信号，所述处理设备判断当L₁+…+L_i-1＜S＜L₁+…+L_i，其中L₁＝0，此时被操作的钻杆为第i节钻杆。

在本发明中，处理设备为了确定加压装置11的额定拉力，首先要确定被操作的钻杆是哪一节，因此需要有关被操作的钻杆的位置的信号。由于最内层钻杆通过主卷扬14的钢丝绳向上牵引，因此主卷扬14的钢丝绳收缩的长度就是钻杆运动的高度，输入设备接收该信号以便处理设备进行判断。

由于第i节钻杆的最大伸长量为L_i，最外节的第1节钻杆由于不能伸缩所以L₁＝0，这样，第i节钻杆的最大伸缩范围就是L_i，而在当前的第i节钻杆发生伸缩时，整个钻杆的长度范围应该是介于L₁+…+L_i-1和L₁+…+L_i之间，因此当处理设备判断输入设备检测到的主卷扬4的钢丝绳的收缩长度S在这个范围内时，被操作的钻杆为第i节。

优选地，所述钻机还包括动力头12，所述输入设备接收钻杆末端所处地下的深度D的信号，所述动力头12距地面的高度H的信号，第1节钻杆的长度T的信号，所述处理设备计算所述钻杆末端的伸出长度为E＝D+H-T，并判断当L₁+…+L_i-1＜E＜L₁+…+L_i时被操作的钻杆为第i节钻杆。

前面的优选实施方式中，控制器的输入设备接收主卷扬14的钢丝绳的收缩长度信号，但是由于动力头12也会发生上下移动，因此处理设备仅根据主卷扬14的钢丝绳的收缩长度来进行判断很容易产生误差。本发明的另一种优选实施方式的控制器，输入设备接收动力头12的距地面的高度和钻杆末端所处地下的深度的信号，再去掉第1节钻杆的长度，即最外层钻杆的长度，就可以得到钻杆从第1节钻杆中伸出的长度。在当前的第i节钻杆发生伸缩时，整个钻杆的长度范围应该是介于L₁+…+L_i-1和L₁+…+L_i之间，当L₁+…+L_i-1＜E＜L₁+…+L_i时则处理设备判断被操作的钻杆为第i节所述钻杆。

以上描述了本发明例举的处理设备的两种判断被操作的钻杆为第i节的方式。其中，第一种根据主卷扬钢丝绳的收缩长度来直接判断的方法比较简单，但是由于动力头12也能够上下移动而存在误差，准确度较低，但是仅需要测量主卷扬钢丝绳收缩长度这一个物理量；第二种方法将动力头12的位置考虑进来，但是至少需要测量动力头2距地面的高度和钻杆的末端的深度，测量方法较为复杂，但提高了准确性。

更优选地，所述第i节钻杆的实际伸长量为l_i＝E-(L₁+…+L_i-1)。通过上文对钻杆末端的伸出长度E的计算方法的介绍可知，E的值的计算避免了动力头12的位置引入的误差而体现了实际的钻杆的整体长度，从该值中减去第i节钻杆之外的完全伸出的钻杆的总长度即为该第i节钻杆的实际伸长量。这样，第i节钻杆的实际伸长量就可以通过测量动力头12的高度、钻杆末端的深度以及第一节钻杆的长度等而计算出来，并且该计算值较为准确。当然，第i节钻杆的实际伸长量也可以通过其他方法测量或者计算得出，比如直接测量等。

优选地，所述输入设备还用于接收指示所述钻杆是否发生带杆的信号。

另外，本发明还提供一种机锁式钻机的钻杆监测系统，所述钻机包括多节钻杆，钻杆从外向内分别为第1节至第N节，每节钻杆上具有M个加锁点，以第1节钻杆为基准杆，第i节钻杆的最大伸长量为L_i，其中i＝2，3，…，N，其中L₁＝0，第j个加锁点距离该节钻杆的顶端的距离为J_j，其中j＝1，…，M，其特征在于，所述监测系统包括检测装置、用于输出指示锁定的加锁点的信号的控制器和根据所述控制器输出信号进行显示的显示装置，所述控制器为根据上述权利要求6-10所述的钻杆监测控制器。

本发明提供一种对钻杆的加锁和解锁情况进行监测的监测系统，该监测系统能监测机锁式钻杆在加锁点的加锁情况。首先，检测装置对钻杆的位置进行检测，并将信号通过控制器的输入设备传送到处理设备，从而确定当前被操作的钻杆为哪一节钻杆，因为每节钻杆的最大伸长量都是预先测量的，所以需要先知道当前操作的是哪节钻杆，处理设备才能对应地获得该节钻杆的最大伸长量，再根据由检测装置测得的该节钻杆的实际伸长量和加锁点距离该节钻杆顶端的距离，来确定该节钻杆在多个加锁点中的哪一个处锁定，并通过控制器的输出设备将加锁点的监测结果传送到显示装置，从而提示操作者根据需要进行加锁或解锁操作。钻杆外表面沿轴向方向上按一定间距分布有多个加锁点，每个加锁点与钻杆顶端的距离已知，钻杆的实际伸长量应当等于钻杆的最大伸长与加锁点距离钻杆顶端的距离。

而且，钻杆外表面沿轴向方向上按一定间距分布有多个加锁点，每个加锁点与钻杆顶端的距离已知，钻杆的实际伸长量应当等于钻杆的最大伸长与加锁点距离钻杆顶端的距离。

根据钻杆监测控制器的优选实施方式，所述钻机包括主卷扬14的钢丝绳，所述检测装置包括深度传感器，该深度传感器测量所述主卷扬14的钢丝绳的收缩长度S，如果L₁+…+L_i-1＜S＜L₁+…+L_i，其中L₁＝0，则被操作的钻杆为第i节钻杆。

在本发明的监测系统中，控制器的处理设备为了确定加压装置11的额定拉力，首先要确定被操作的钻杆是哪一节，因此需要被操作的钻杆的位置的信号。由于最内层钻杆通过主卷扬14的钢丝绳向上牵引，因此主卷扬14的钢丝绳收缩的长度就是钻杆运动的高度，检测装置可以对此主卷扬14的钢丝绳的收缩长度进行检测，从而传送到控制器的处理设备中进行计算和处理。

通常，在本优选实施方式中，检测装置可以包括深度传感器，该深度传感器通常安装在主卷扬轴上。但是上述深度传感器的安装位置并不限制于本实施方式中的优选情况，任何适当的位置都可以安装该深度传感器。

由于第i节钻杆的最大伸长量为L_i，最外节的第11节钻杆由于不能伸缩所以L₁＝0，这样，第i节钻杆的最大伸缩范围就是L_i，而在当前的第i节钻杆发生伸缩时，整个钻杆的长度范围应该是介于L₁+…+L_i-1和L₁+…+L_i之间，因此当处理设备判断输入设备检测到的主卷扬14的钢丝绳的收缩长度S在这个范围内时，被操作的钻杆为第i节。

根据钻杆监测控制器的优选实施方式，所述检测装置包括深度传感器和距离传感器，所述深度传感器测量钻杆末端所处地下的深度值D，所述距离传感器测量所述动力头12距地面的高度H，已知或手工测量第1节钻杆的长度T，则所述钻杆末端的伸出长度为E＝D+H-T，如果L₁+…+L_i-1＜E＜L₁+…+L_i，则被操作的钻杆为第i节钻杆。

前面的监测系统的优选实施方式中，采用检测主卷扬14的钢丝绳的收缩长度信号的方案，但是由于动力头12也会发生上下移动，因此控制器处理设备仅根据主卷扬14的钢丝绳的收缩长度来进行判断很容易产生误差。本发明的另一种优选实施方式的监测系统，其中检测装置包括深度传感器和距离传感器，分别利用该距离传感器和深度传感器对动力头12的距地面的高度和钻杆末端所处地下的深度的信号进行检测，再在将上述检测到的值求和后减去第1节钻杆的长度(即最外层钻杆的长度)，就可以得到钻杆从第1节钻杆中伸出的长度。在当前的第i节钻杆发生伸缩时，整个钻杆的长度范围应该是介于L₁+…+L_i-1和L₁+…+L_i之间，当L₁+…+L_i-1＜E＜L₁+…+L_i时则处理设备判断被操作的钻杆为第i节所述钻杆。

以上描述了本发明例举的处理设备的两种判断被操作的钻杆为第i节的方式。其中，第一种根据主卷扬钢丝绳的收缩长度来直接判断的方法比较简单，但是由于动力头12也能够上下移动而存在误差，准确度较低，但是仅需要测量主卷扬钢丝绳收缩长度这一个物理量；第二种方法将动力头12的位置考虑进来，但是至少需要测量动力头12距地面的高度和钻杆的末端的深度，测量方法较为复杂，但提高了准确性。

通常，该深度传感器通常安装在主卷扬轴上，该距离传感器通常安装在钻机的桅杆上。但是本发明并不对上述深度传感器和距离传感器的安装位置进行限制，任何适合的安装位置都可以应用到本发明中。

根据钻杆监测控制器的优选实施方式，第i节钻杆的实际伸长量为l_i＝E-(L₁+…+L_i-1)。通过上文对钻杆末端的伸出长度E的计算方法的介绍可知，E的值的计算避免了动力头12的位置引入的误差而体现了实际的钻杆的整体长度，从该值中减去第i节钻杆之外的完全伸出的钻杆的总长度即为该第i节钻杆的实际伸长量。当然，该第i节钻杆的实际伸长量也可以通过其他的方法获得，例如直接测量等。

另外，优选地，所述显示装置包括显示器、声报警器和光报警器中的一种或多种。

为了使操纵人员得知本发明的监测系统的监测结果，本发明的显示装置可以采用显示器来详细显示加锁点监测的结果，也可以采用简单的蜂鸣器等声报警器或指示灯等光报警器等来简单地指示被操作的钻杆当前位于加锁点处。报警装置可以根据实际应用的需要而具体选择。

根据钻杆监测控制器的优选实施方式，所述输入设备还用于接收指示所述钻杆是否发生带杆的信号。

本发明还提供一种机锁式钻机，其中，所述钻机具有本发明上述的监测系统。该钻机通过本发明的上述监测系统，可以实时地对被操作钻杆当前所在的加锁点进行监测，从而能够及时发现并避免钻杆发生损坏等更加严重的故障。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

1.一种机锁式钻机的钻杆监测方法，所述钻机包括多节钻杆，钻杆从外向内分别为第1节至第N节，每节钻杆上具有M个加锁点，以第1节钻杆为基准杆，第i节钻杆的最大伸长量为L_i，其中i=2,3,…,N，第j个加锁点距离该节钻杆的顶端的距离为J_j，其中j=1,…,M，其特征在于，确定测量的被操作的钻杆为第i节，并且接收测量的该第i节钻杆的实际伸长量为l_i，根据l_i=L_i-J_j，确定第i节钻杆运动到第j个加锁点。

2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述确定测量的被操作的钻杆为第i节具体为：所述钻机还包括主卷扬（14）的钢丝绳，接收检测的当前主卷扬（14）的钢丝绳的收缩长度S，如果L₁+…+L_i-1<S<L₁+…+L_i，其中L₁=0，则确定被操作的钻杆为第i节钻杆。

3.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述确定测量的被操作的钻杆为第i节具体为：所述钻机还包括动力头（12），接收检测的钻杆末端所处地下的深度D，所述动力头（12）距地面的高度H，第1节钻杆的长度T，则所述钻杆末端的伸出长度为E=D+H-T，如果L₁+…+L_i-1<E<L₁+…+L_i，则确定被操作的钻杆为第i节钻杆。

4.根据权利要求3所述的监测方法，其特征在于，所述第i节钻杆的实际伸长量为l_i=E-(L₁+…+L_i-1)。

5.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述监测方法还包括监测所述钻杆是否发生带杆，在发生带杆的同时输出所述j的值。

6.一种用于机锁式钻机的钻杆监测控制器，所述钻机包括多节钻杆，钻杆从外向内分别为第1节至第N节，每节钻杆上具有M个加锁点，以第1节钻杆为基准杆，第i节钻杆的最大伸长量为L_i，其中i=2,3,…,N，第j个加锁点距离该节钻杆的顶端的距离为J_j，其中j=1,…,M，所述控制器包括依次连接的输入设备、处理设备和输出设备，其特征在于：

所述处理设备用于根据接收到的所述钻杆的位置信号判断被操作钻杆为第i节、通过被操作钻杆为第i节确定该第i节钻杆的最大伸长量L_i、通过第i节钻杆的实际伸长量l_i=L_i-J_j确定j的值、并将j的值传送到输出设备；

所述输出设备用于输出j的值的信号。

7.根据权利要求6所述的钻杆监测控制器，其特征在于，所述钻机包括主卷扬（14）的钢丝绳，所述输入设备接收所述主卷扬（14）的钢丝绳的收缩长度S的信号，所述处理设备判断当L₁+…+L_i-1<S<L₁+…+L_i，其中L₁=0，此时被操作钻杆为第i节钻杆。

8.根据权利要求6所述的钻杆监测控制器，其特征在于，所述钻机还包括动力头（12），所述输入设备接收钻杆末端所处地下的深度D的信号，所述动力头（12）距地面的高度H的信号，第1节钻杆的长度T的信号，所述处理设备计算所述钻杆末端的伸出长度为E=D+H-T，并判断当L₁+…+L_i-1<E<L₁+…+L_i时被操作钻杆为第i节钻杆。

9.根据权利要求8所述的钻杆监测控制器，其特征在于，第i节钻杆的实际伸长量为l_i=E-(L₁+…+L_i-1)。

10.根据权利要求6所述的钻杆监测控制器，其特征在于，所述输入设备还用于接收指示所述钻杆是否发生带杆的信号。

11.一种机锁式钻机的钻杆监测系统，所述钻机包括多节钻杆，钻杆从外向内分别为第1节至第N节，每节钻杆上具有M个加锁点，以第1节钻杆为基准杆，第i节钻杆的最大伸长量为L_i，其中i=2,3,…,N，其中L₁=0，第j个加锁点距离该节钻杆的顶端的距离为J_j，其中j=1,…,M，其特征在于，所述监测系统包括检测装置、用于输出指示锁定的加锁点的信号的控制器和根据所述控制器输出信号进行显示的显示装置，所述控制器为根据上述权利要求6-10中任意一项所述的钻杆监测控制器。

12.一种机锁式钻机，其特征在于，所述钻机具有上述权利要求11所述的钻杆监测系统。