CN1032380A - 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，迅速找到油田、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80cm重量约1吨重，往野外现场搬运，使用很不方便。

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的方便。

它的第三不足之处是需要专门配上美国发电机使用，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近十万美元，而我们的逆变器才刚折合人民币1400元，成本大大降低了。

另外我们近两年从英国引进IS-I型西月牌钻速仪，它的目的是测量钻速和井深而用的。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。连接通到仪器房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，信号随时间变化为一曲线。记录仪用的记录纸移动速度一定的。根据曲线换算出钻速和钻时。

英国的钻速仪不足之处是：

（1）水管线约百米长，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，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钻具井深误差较大。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，它们的编号，分别为：（17、17A、17B、17C、17D）。

4.自整角机是属已有的仪表电机。在本发明中用了两台。一台编号为（6），另一台编号为（6A）型号是：N_D404型或N_S404型。

5.定时走低速电机：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有技术设备不需详细介绍。

本发明是通过如下措施来达到：

在靠紧天车第二慢速轮（3）的侧面，离天车轴中心距H为180cm的地方特设制了一个直径为120cm的井深轮（5），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（H）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。天车轮正、反运转，推动井深轮也正、反运转，即两个轮的旋转角度相同。

为使井深轮能准确可靠的传递信号，必须在井深轮（5）圆周内槽紧套一圈橡胶皮带（8），其横截面为多边形，这样可使天车轮运转推动井深轮长期运转不打滑。本发明用的橡胶皮带横截面为五边形。

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，再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，使其齿轮箱末端齿轮（71）转动一周即为一米钻进井深。

具体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，请看如下分析：“因为经过测绘天车滑轮组第二个慢速轮弧长走2米，方钻杆就下降1米，这就意味着井深1米，再根据前面所介绍的公式及其原理特制一个直径为120cm的井深轮（5），使其转二周即为1米井深，由于井深轮（5）与自整角机（6、6A）同步运转。自整角机通过电磁离合器带动齿轮变速箱的齿轮一起运转。由齿轮（60）到齿轮（64）之间的传动比都为1∶1，即齿轮（64）转二周井深为1米。再经过以下齿轮的变速与传动比即可。

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

经过以上齿轮的变速与传动比使齿轮（71）转一周为1米井深。在齿轮（71）一周的位置上有个凸头与微动开关（55）接触一次，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记录纸（39）上。

测起下钻井深，通过齿轮（72）转一周为1米，通过齿轮（66A）与齿轮（72）的传动比为2∶1来实现的。齿轮（66A）转2周为1米。蜗杆（77）与齿轮（72）的传动比为1∶1，蜗杆（77）转一周起下钻井深为1米，蜗杆（77）与蜗轮（76）的传动比为1∶100，即蜗轮（76）转一周起下钻井深为100米，转10周起下钻井深为1000米，以此类推可测起下钻井深为1万米。

加配钻井指重表（4），从表上引出四根线连到电磁离合器（27）上，使电磁杆（29）与圆形齿轮（60）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（81）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（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），打孔继电器（42）及打孔机（37）及定时电路板（13）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（25）来选择。

加配自动记钻时装置（80）来记录全井纯钻进时间与停钻时间，纯钻进时间通过微动开关（14）与1转/分仪表电机（10）运转的圈数信号输入到电磁计数器（17）和印刷数字表（19）来显示全井纯钻进时间，停钻时间通过1转/分仪表电机（10B）转的圈数信号输入给电磁计数器（17A）来记录停钻时间。

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（37），定时走纸速电机（12），记录纸（39）和纸孔眼（38），铜板电极（21），电铃（34），自动捞砂机（36）及电磁计数器（17B）来显示捞砂实际井深。并通过1转/分仪表电机（10A）和电磁计数器（17C）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3是橡胶皮带安放在井深轮的外圆周图

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。

从图3可看出在井深轮（5）的圆周内槽紧套着一圈橡胶皮带（8），其横截面为多边形，使其井深轮（5）长期运转不打滑。本发明从图3中可看出橡胶皮带的横截面是五边形。

从图1和图4可看出当天车轮正、反运转推动井深轮边正、反运转，井深轮又带动自整角机（6）同步运转，自整角机（6）又带动自整角机（6A）同步运转，自整角机（6A）又通过电磁离合器（27）带动变速箱中的齿轮一起作正、反运转。

当钻进时，方钻杆往下走，天车轮是正转，通过变速箱中齿轮的变速与传动比，使齿轮（71）转一周为1米井深，齿轮（71）转一周时，该齿轮上的凸头与微动开关（55）接触一次，使图9所示的定时电路闭合接通，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，从图4可看出齿轮（73）只能顺转，不能反转，因为齿轮（73）相当一个棘轮，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）（是四个相同互相啮合的锥形齿轮）开始转向齿轮（66A）传动齿轮（72）转一周为1米起钻或下钻井深，并传到蜗杆（77）和蜗轮（76）的刻度盘上直接显示起下钻井深数，同时通过锥型齿轮（78）带动机械计数器（20）自动记录显示起钻或下钻井深。

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，自动换算新方入到井底的深度，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）轴上有个凸头与触点（32）接触一次，产生信号输入电磁计数器（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，记非钻进时间用1转/分仪表电机（10B），1转/分仪表电机（10B）每转动一周，轴上的凸头与触点（32A）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（即停钻时间）。

五、自动记录实际捞砂井深

从图8看出，在钻进过程中，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，每转动一周，仪表电机（10B）轴上凸头与触点（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1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。

Claims (6)

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)，差数齿轮(67，68，69)所组成的钻井地质多参数自动记录仪，其特征是：

a.在靠紧天车慢速轮(3)的侧面，离天车轴中心距H为180cm的地方特设制了一个井深轮(5)，利用天车轮转动推动井深轮(5)一起转动的原理，使井深轮(5)传动信号，并使井深轮(5)连接在自整角机(6)轴上，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.从钻井指重表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；

c.还配有捞砂间距信号装置(81)；

d.还配有自动记钻时装置(80)；

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)。

2、根据权利1所述的自动记录仪其特征是井深轮（5）圆周内槽紧套着一圈橡胶皮带（8）其横截面为多边形，使其长期运转不打滑。

3、根据权利1所述的自动记录仪其特征是齿轮变速箱中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。

4、根据权利1所述的自动记录仪其特征是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），打孔继电器（42）及打孔机（37）及定时电路板（13）组成。

5、根据权利1所述的自动记录仪其特征是自动记钻时装置由微动开关（14）及1转/分仪表电机（10），1转/分仪表电机（10B），电磁计数器（17，17A），印刷数字表（19）及定时电路（13）组成。

6、根据权利1所述的自动记录仪其特征是捞砂实际井深信号与泥浆循环时间自动装置，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），1转/分仪表电机（10A），电磁计数器（17C）组成。

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