CN102884274B - 用于打开钻孔设备的螺纹接头的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于通过利用岩石钻机（1）的撞击装置击打钻孔设备（6）并且通过在击打期间测量源自钻孔设备（6）的振动来打开钻孔装备（6）的螺纹接头的方法和设备。除了振动，测量仪器（9）测量定义至少一个附加条件的参数，基于该附加条件来作出停止击打的决定。

Description

用于打开钻孔设备的螺纹接头的方法和设备

发明领域

本发明涉及用于通过利用岩石钻机的撞击装置击打钻孔设备来打开钻孔设备的螺纹接头的方法，该方法包括在击打过程中测量源自钻杆的振动并根据用于确定螺纹接头是否已经打开的预定原理分析测量到的振动。

本发明还涉及用于通过利用岩石钻机的撞击装置击打钻孔设备来打开钻孔设备的螺纹接头的设备，该设备包括控制装置，所述控制装置用于控制岩石钻机并具有测量装置和分析仪器，该测量装置用于在击打过程中测量源自钻杆的振动，该分析仪器根据用于确定螺纹接头是否已经打开的预定原理分析测量到的振动。

背景技术

当在岩石或地表中钻长孔时，使用钻杆，其中，多个螺纹钻杆接连地连接在一起。在钻孔期间，螺纹由于由撞击装置而引导到其的转矩和冲击以及由于该冲击而产生的应力波而被拧紧，并且在实践中，通常不能仅靠旋转马达来打开螺纹。

如已知的，通常以这样的方式解决这一问题，即：操作者在结束钻孔后使用撞击装置同时在钻杆不受进给力的情况下击打钻杆，由此适当数量的冲击松开该螺纹。操作者根据经验完成该操作并且通常在听到某种类型的噪声或来自钻杆的振动时停止击打。

实践中，由于操作者难以检测螺纹的松开的事实而导致问题的发生并且且经常不能在第一次就成功。一个问题是在螺纹已经打开之后不必要的击打导致钻杆磨损并且可能甚至损坏钻杆。此外，操作者必须手动进行该操作的事实阻碍了自动化。

已经进行了不同类型的尝试来提供自动化的钻杆打开和螺纹打开检测。例如在公报EP 1671011、JP56966/1986和JP 1864566中描述了这些尝试。但是，在上述公报中呈现的方案在实践中并不完全可靠。

一个已知的方案还使用计时器来尝试控制击打的持续时间。但是，这不是完全可靠的，因为击打所需要的时间取决于例如钻孔参数值、岩石条件和甚至具体的岩石钻机。因此，击打时间变化显著，并且难以确定合适的数值。相应地，在已知自动击打方案中，结果完全独立于设备的操作和精确度，这在实践中是不足的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方法，通过该方法，可以比已知方案更可靠地进行击打并且甚至能够使用完全自动的击打。

本发明的方法的特征在于：不仅为击打定义比较，而且还为其定义至少一个附加条件，基于该附加条件来作出停止击打的决定。

本发明的设备的特征在于该设备包括测量仪器，该测量仪器用于测量定义至少一个附加条件的参数，基于该附加条件来作出停止击打的决定。

本发明的理念在于，定义至少一个附加条件，该至少一个附加条件优选地是最小击打次数，当其它条件满足时，在击打可以停止之前击打必须超过该最小击打次数。根据本发明的实施例，替代地或附加地，定义另一附加条件，即最大击打次数，如果基于信号测量和分析还没有成功打开螺纹，则击打在该最大击打次数之后停止。此外，在本发明的方法中，例如可以针对每个设备，或甚至根据环境和设备来调节这些限值，使得击打可以在使用时适于所述环境和设备。

本发明提供了这样的优势：操作不仅仅限于固定或可调节的计时器或机械传感器，而是可一起考虑设备和环境。此外，在利用这些限值来确保该操作的可靠结果时，避免了仅检测打开的不可靠性这一方式。另一优点是，在钻孔期间，能够调节最小或最大击打次数，或甚至自动化这一操作，或例如以这样的方式实施该操作，即：控制系统建议改变并且操作者接受或拒绝该建议。

附图说明

在附图中将更详细地描述本发明，其中：

图1是岩石钻机的示意性图示，

图2示出本发明的实施例的方框图，

图3以方框图的形式示出本发明的另一实施例，

图4以方框图的形式示出本发明的又一实施例。

具体实施方式

图1是岩石钻机1的示意性说明，该岩石钻机1具有载架2，载架2连接有吊臂3。吊臂3的一端连接到进给梁4，在使用过程中岩钻机器5沿该进给梁4移动。钻孔设备6连接到岩钻机器5，且在钻孔期间，利用属于岩钻机器的撞击装置旋转和击打该设备。

钻孔设备6包括一个或更多个钻杆6a和钻头6b，所述一个或更多个钻杆6a和钻头6b以本身已知的方式通过螺纹接头彼此连接。在一些岩石钻机中使用的钻柄也是岩石钻机中的钻孔设备的一部分，所述钻柄在这里未示出，但是对于本领域的技术人员而言，其本身是已知的并通常被设置在岩石钻机器内部。

该类型的岩石钻机及其操作通常是已知的且因此不需要对此进行详细描述。

岩石钻机1的岩钻机器5具有用于钻孔且本身已知的撞击装置。撞击装置的操作和结构通常是已知的，并且因此不需要详细描述。为了打开钻孔设备6的螺纹接头，使用岩石钻机的撞击装置击打钻孔设备，并且可能利用本身已知且属于岩石钻机的旋转马达7沿螺纹的打开方向旋转钻孔设备。在钻孔设备中产生的力然后缓慢地使得螺纹接头松开。在本专利申请和权利要求书中，击打意味着利用岩石钻机的撞击装置或利用单独的击打设备沿钻杆的纵向方向击打钻孔设备，而不朝正被钻孔的岩石进给钻孔机器。

岩石钻机1还具有控制装置8，该控制装置8在钻孔和其它使用期间控制岩石钻机的功能。控制装置8具有：单独或集成的测量装置，用于在击打期间测量源自钻杆的振动；和分析仪器，用于分析测量到的振动。

测量装置8具体地借助于连接到测量装置的传感器10在击打期间测量源自钻孔设备的振动。测量装置8可以是控制装置8的组成部分或可以是单独的装置，并且该测量装置还可以由控制装置8中的计算机程序来实现。传感器10则可以是测量音频信号的麦克风、测量应力波的应变仪、或测量加速度的加速度传感器、或任何其它合适的传感器。

测量可涉及钻孔设备6、岩石钻机本体或连接到其的部位，在空气中传播的声音等。

分析仪器则根据预定原理分析测量到的振动以确定螺纹接头是否已经被打开。控制装置还包含作为单独的或集成的部件的测量仪器，诸如测量装置，用于测量定义至少一个附加条件的参数，基于该附加条件来作出停止击打的决定。这在下文中更详细地解释。

图2示出本发明的实施例的方框图。图2中，在第一步骤12中，在进行击打的同时，利用测量装置测量源自钻孔设备的振动。在第二步骤13中，通过根据预定原理（通常是分析模型）测量振动信号来获得信号，并且能够将由此获得的结果与代表打开了螺纹接头或其打开的预定模型进行比较。只要模型的分析或比较指示螺纹没有打开，则根据步骤12’继续击打，直至检测到螺纹打开。在这之后，程序进行到下一步骤14，在步骤14中检查是否已经超过了最小击打次数。如果还没有超过最小限值，则程序返回到击打12’并且以适当的时间间隔检查是否已经超过了最小击打次数。能够在步骤之间停止击打或可以继续不停止地击打，直至作出完全停止击打的决定。当在步骤14中检测到已经超过最小击打次数时，在结束步骤15中自动地停止击打或在控制设备的显示器上向操作者提供诸如光、音频信号、或信息的信号以停止击打。可替代地，可以通过向击打致动器诸如水平仪或按钮提供反作用力或振动来指示操作者停止。所有的情形中，操作者是钻孔者、维修人员或在岩石钻机的运行期间使用岩石钻机的任何其他人员。

图3示出本发明的另一实施例。该实施例与图2的实施例的不同之处在于，定义最大击打次数而不是最小击打次数。该实施例中，在击打12之后的步骤13中，程序检查螺纹是否已经被打开。如果没有检测到打开，则在步骤14’中程序检查是否已经超过最大击打限值。如果还没有超过最大击打限值，则程序返回到击打并且继续击打，直至指示打开或超过了最大击打次数。同样地，该实施例中，能够在步骤之间停止击打或可继续不停止地击打，直至作出完全停止击打的决定。如果在步骤12中检测到螺纹打开，则程序移动到最后的步骤15，在步骤15中击打自动地停止或向操作者提供信号，如在图1所描述。可替代地，如果没有检测到螺纹的打开，但是已经超过了最大击打次数，则程序再次移动到步骤15并且停止击打或向操作提供停止击打的信号。

图4以图表形式示出又一实施例。该实施例同时使用最小击打次数和最大击打次数作为限值。对于螺纹的打开和最小击打次数，操作与图1中的操作大致相同，即，在步骤13中，程序检查螺纹是否打开，并且如果是，则程序在步骤14中检查是否已经超过最小击打次数。如果还没有超过最小击打次数，则程序返回至击打，在击打之后程序再次检查螺纹是否打开。如果已经超过最小击打次数，则自动地停止击打或向操作者提供信号，如在图1中所描述。

如果没有检测到螺纹打开，则程序在步骤14’中检测是否已经超过最大击打次数。如果没有超过最大击打次数，则程序返回至击打，在击打之后程序再次检查螺纹是否打开。如果已经超过了最大击打次数，则程序移动到结束步骤15，在步骤15中击打自动地停止或向操作者提供停止击打的信号。同样地，在该实施例中，能够在步骤之间停止击打或可以继续不停止地击打，直至作出完全停止击打的决定。

在上面的说明和附图中，仅通过示例的方式描述本发明。可通过控制装置以及其装置和仪器自动执行功能，或以控制设备以合适的方法向操作者提供信号的方式执行功能。还能够以其它方式完成图3-5中所示的方式的不同实施例的组合。击打次数可被定义为冲击的数量、引导到钻杆的冲击能的量、击打时间，或以代表击打量的一些其它方式定义击打次数。类似地，能够使用合适的测量装置测量振动，将其测量成音频信号的形式、超声波信号的形式、加速度的形式，以光学方式测量振动，测量成应力波的形式，或以本身已知的其它测量方式测量振动。可从钻孔设备、岩石钻机本体、或岩石钻机中的一些其它合适部位测量应力波。光学测量则可以通过使用激光测量装置或适于该目的的一些其它光学测量装置来实现。

属于控制装置的各种测量装置或其它仪器可以是连接到控制装置或安装在控制装置内部的单独的装置，或者这些装置可以部分地或完全地由用于运行该控制装置的计算机程序来实现。

最小和最大击打次数可以是视岩石钻机而定的，或甚至可以是单独用于每个岩石钻机。必要时，可以根据每种情形改变最小和最大击打次数。例如，当注意到在某些钻孔情形中早先设定的更短击打时间足以打开螺纹时，则降低最大击打次数。类似地，如果因为螺纹在该钻孔条件中已经变得比之前更紧，所以早先限定的更长击打时间是有必要的，则增加最小击打次数。可以在控制单元的控制下完全自动地完成这些值的改变，或者控制单元可以基于已经执行的击打自动地建议改变限值，并且操作者接受或拒绝该建议。另一替代是操作者在已经注意到在该情形中击打在一个方向或另一个方向上偏离后作出这些改变。

此外，可以基于在从振动的分析/比较得到的螺纹的打开的检测与附加条件之间的差别来作出改变。例如这可以在击打之后通过将测量振动的系统的检测结果与限制条件的实现进行比较来完成。如果限制条件的值太宽、太严格，或不同于检测结果，或在某些方面不合适，则可以基于该检测将值调节成更合适的，或在控制装置的显示器上向操作者示出例如关于新设定的建议，以便同意或修改。

作为螺纹接头的打开的附加条件，还能够使用当在击打期间沿螺纹接头的打开方向旋转钻孔设备时旋转扭矩的变化，由此，一个螺纹接头的打开降低其余的连接到岩石钻机的钻杆，即其余钻孔设备的转矩。

在击打之后，为了安全的原因，可沿闭合方向旋转钻孔设备，使得打开的螺纹接头被稍微拧紧，并且钻孔设备的各部件不会彼此脱离。这也可以是自动完成的，使得控制设备被布置用以在击打已经停止之后稍微拧紧钻孔设备。

Claims (32)

1.一种用于通过利用岩石钻机(1)的撞击装置击打钻孔设备来打开所述钻孔设备的螺纹接头的方法，该方法包括在击打期间测量源自钻杆的振动和根据预定原理分析测量到的振动来确定所述螺纹接头是否已经打开，并且为所述击打定义至少一个附加条件，基于所述至少一个附加条件来作出停止击打的决定，其特征在于，使用在沿螺纹的打开方向旋转所述钻孔设备时转矩的变化作为一个附加条件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还使用击打次数限值作为一个附加条件。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，使用最小击打次数限值作为击打次数限值，在击打期间，在停止击打之前所述最小击打次数限值应被超过。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，使用最大击打次数限值作为击打次数限值，在所述最大击打次数限值之后，应停止击打。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，使用最大击打次数限值作为击打次数限值，在所述最大击打次数限值之后，应停止击打。

6.根据权利要求2-5中任一项所述的方法，其特征在于，将击打次数定义为冲击的数量。

7.根据权利要求2-5中任一项所述的方法，其特征在于，基于引导到所述钻杆的冲击能定义击打次数。

8.根据权利要求2-5中任一项所述的方法，其特征在于，将击打次数定义为击打所用的时间。

9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将测量到的信号与代表螺纹打开的预定模型进行比较，并且如果比较表示螺纹已经打开，则检查是否超过所述最小击打次数限值，并且如果没有超过所述最小击打次数限值，则继续击打，而相应地，如果已经超过所述最小击打次数限值，则停止击打。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，继续不停止地击打，直至达到所述最小击打次数。

11.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，将击打次数与所设定的最大击打次数限值进行比较，如果信号比较指示螺纹接头还没有打开，并且如果没有超过所述最大击打次数限值，就继续击打，而相应地，如果已经超过所述最大击打次数限值，就停止击打。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，继续击打，直至已经超过所述最大击打次数限值。

13.根据权利要求3-5中的任一项所述的方法，其特征在于，在所述岩石钻机(1)的控制单元的控制下自动地停止击打。

14.根据权利要求3-5中的任一项所述的方法，其特征在于，基于实际击打次数调节所述击打次数的限值。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，基于从所述钻杆测量到的振动信号调节所述击打次数的限值。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，通过将测量到的信号与至少一个存储的预定振动模型进行比较来调节所述击打次数的限值。

17.一种用于通过利用岩石钻机(1)的撞击装置击打钻孔设备(6)来打开所述钻孔设备(6)的螺纹接头的设备，所述打开所述钻孔设备(6)的螺纹接头的设备包括用于控制所述岩石钻机(1)的控制装置(8)，所述控制装置(8)具有测量装置和分析仪器，所述测量装置用于在击打期间测量源自钻杆(6a)的振动，所述分析仪器用于根据预定原理分析测量到的振动来确定螺纹接头是否已经打开，并且所述打开所述钻孔设备(6)的螺纹接头的设备包括测量仪器，所述测量仪器测量定义至少一个附加条件的参数，基于所述至少一个附加条件来作出停止击打的决定，其特征在于，用于测量至少一个附加条件的所述测量仪器被布置用以测量在沿螺纹的打开方向旋转所述钻孔设备(6)时转矩的变化。

18.根据权利要求17所述的打开所述钻孔设备(6)的螺纹接头的设备，其特征在于，还测量击打次数值。

19.根据权利要求18所述的打开所述钻孔设备(6)的螺纹接头的设备，其特征在于，用于测量至少一个附加条件的所述测量仪器被布置用以测量最小击打次数限值，在击打期间，在停止击打之前应超过所述最小击打次数限值。

20.根据权利要求18所述的打开所述钻孔设备(6)的螺纹接头的设备，其特征在于，用于测量至少一个附加条件的所述测量仪器被布置用以测量最大击打次数，在击打期间，在停止击打之前应超过所述最大击打次数。

21.根据权利要求20所述的打开所述钻孔设备(6)的螺纹接头的设备，其特征在于，所述控制装置(8)被布置用以控制所述岩石钻机(1)继续击打，直至已经超过所述最大击打次数值。

22.根据权利要求19或20所述的打开所述钻孔设备(6)的螺纹接头的设备，其特征在于，用于测量至少一个附加条件的所述测量仪器被布置用以测量冲击的数量。

23.根据权利要求19或20所述的打开所述钻孔设备(6)的螺纹接头的设备，其特征在于，用于测量至少一个附加条件的所述测量仪器被布置用以测量引导到所述钻杆(6a)的冲击能的量。

24.根据权利要求19或20所述的打开所述钻孔设备(6)的螺纹接头的设备，其特征在于，用于测量至少一个附加条件的所述测量仪器被布置用以将击打次数测量成击打中使用的击打时间的形式。

25.根据权利要求19所述的打开所述钻孔设备(6)的螺纹接头的设备，其特征在于，用于分析测量到的振动的所述分析仪器被布置用以将测量到的信号与代表螺纹打开的预定模型进行比较，且如果比较表示螺纹已经打开，则所述控制装置(8)被布置用以检查最小击打次数限值是否已经超过，并且如果所述最小击打次数限值没有超过，则所述控制装置(8)被布置用以控制所述岩石钻机(1)继续击打，而相应地，如果已经超过最小击打次数限值，则所述控制装置(8)被布置用以控制所述岩石钻机(1)停止击打。

26.根据权利要求25所述的打开所述钻孔设备(6)的螺纹接头的设备，其特征在于，所述控制装置(8)被布置用以控制所述岩石钻机(1)继续不停止地击打，直至已经达到所述最小击打次数。

27.根据权利要求20或21所述的打开所述钻孔设备(6)的螺纹接头的设备，其特征在于，如果信号比较指示螺纹接头还没有打开，则所述控制装置(8)布置用以将击打次数与所设定的最大击打次数值进行比较，并且如果还没有超过最大击打次数值，则所述控制装置(8)被布置用以继续击打，而相应地，如果已经超过最大击打次数值，则所述控制装置(8)被布置用以停止击打。

28.根据权利要求27所述的打开所述钻孔设备(6)的螺纹接头的设备，其特征在于，所述控制装置被布置用以控制所述岩石钻机(1)继续不停止地击打，直至已经达到所述最大击打次数。

29.根据权利要求18至21中的任一项所述的打开所述钻孔设备(6)的螺纹接头的设备，其特征在于，在所述岩石钻机(1)的所述控制装置(8)的控制下自动地执行击打的停止。

30.根据权利要求18至21中的任一项所述的打开所述钻孔设备(6)的螺纹接头的设备，其特征在于，所述控制装置(8)被布置用以基于实际击打次数调节击打次数的限值。

31.根据权利要求30所述的打开所述钻孔设备(6)的螺纹接头的设备，其特征在于，所述控制装置(8)被布置用以基于从所述钻杆(6a)测量到的振动信号调节所述击打次数的限值。

32.根据权利要求31所述的打开所述钻孔设备(6)的螺纹接头的设备，其特征在于，所述控制装置(8)被布置用以通过将测量到的信号与至少一个存储的预定振动模型进行比较来调节所述击打次数的限值。