CN103449269B - 顶驱钻机卷扬恒压钻进系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地质钻探工程技术领域，具体是涉及一种顶驱钻机卷扬恒压钻进系统及其工作方法。一种顶驱钻机卷扬恒压钻进系统，具有液压泵站，液压泵站包括有液压泵、手动换向阀和通过卷扬马达驱动的钻机卷扬，卷扬马达与液压泵、手动换向阀通过液压管路组成液压油循环回路，手动换向阀用于调节卷扬马达中液压油运行方向；液压管路上设有与卷扬马达并联的支路，该支路上设置有串联的电磁截止阀和比例溢流阀。本发明通过控制钻机施工时钻进力的大小，使钻机工作时具有恒定的给进力，而给进速度随着钻进难易程度自动调整。在钻进软地层时可以快速钻进，不影响钻进效率；在硬地层中则自动降低速度，以保证钻具对地层的压力不至于过大而导致钻头快速损坏。

Description

顶驱钻机卷扬恒压钻进系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及地质钻探工程技术领域，具体是涉及一种顶驱钻机卷扬恒压钻进系统及其工作方法。

背景技术

目前地质钻探工程领域使用的岩心钻探是地质矿产勘查的主要手段之一，由于地质结构复杂，岩石硬地层较多，对钻头硬度要求很高，因此在岩心钻探中金刚石钻头被广泛使用，该钻头具有效率高、寿命长等优点，实际操作中，要使金刚石钻头效率高、寿命长，就必须要控制钻头作用在岩石上的压力在一定的范围内，但是以往旧机型的给进速度靠操作人员的经验来保证，很有可能出现钻软地层时进给速度过慢，效率低下；钻硬地层时速度过快，钻头对地压力过大导致钻头快速损坏。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种顶驱钻机卷扬恒压钻进系统及其工作方法，该恒压钻进系统通过控制钻机施工时钻进力的大小，使钻机工作时具有恒定的给进力，而给进速度随着钻进难易程度自动调整。即在钻进软地层时可以快速钻进，不影响钻进效率；在硬地层中则自动降低速度，以保证钻具对地层的压力不至于过大而导致钻头快速损坏。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种顶驱钻机卷扬恒压钻进系统，具有液压泵站，所述液压泵站包括有液压泵、手动换向阀和通过卷扬马达驱动的钻机卷扬，其中，

所述卷扬马达与液压泵、手动换向阀通过液压管路组成液压油循环回路，所述手动换向阀用于调节卷扬马达中液压油运行方向；

所述液压管路上设有与卷扬马达并联的支路，该支路上设置有串联的电磁截止阀和比例溢流阀；

所述卷扬马达的输入端串联有平衡阀。

进一步的，所述液压管路上还设置有与手动换向阀并联的系统溢流阀。

一种顶驱钻机卷扬恒压钻进系统的工作方法，具体步骤为：

①、正常工作时，电磁截止阀不得电，比例溢流阀不工作，通过手动控制手动换向阀实现卷扬正常提升与下放工作，即实现快速的起升、下落钻具；

系统溢流阀为整个系统提供过载保护功能；

在下放钻具时，平衡阀具有防止因卷扬马达吸空而导致钻具失控下滑的情况发生；

②、首先给卷扬钻具称重，控制手动换向阀使钻具稍微上提，通过压力传感器测出实际的负载压力Pg；

③、操作手动换向阀位于a位，同时电磁截止阀得电处于通路状态，电控或手动调节比例溢流阀，使溢流压力逐渐减小，压力值由电磁截止阀所在支路与液压管路相连的A点测得，当溢流压力小于负载压力即Pa＜Pg时，卷扬的提升力小于钻具重量G，钻具开始下落，继续调节比例溢流阀的旋钮，使比例溢流阀的溢流压力Pa=Pg-Ph，此处Ph是指恒压力Fh对应系统压力值；比例溢流阀溢流压力稳定在此值，则卷扬对钻具将保持一恒定提升力Fa，如钻具重量G不变，钻具对地层有一恒定压力，大小为Fh=G-Fa，钻进时的给进力就恒定不变，实现了恒压钻进；

此时，电磁截止阀、比例溢流阀不需要大流量，能满足钻进时马达液压管路补油即可；

④、施工中如果钻具重量变化，或需要调整恒压钻进力的大小，通过改变比例溢流阀的溢流压力来控制；重新给钻具称重测得负载压力Pg值，并使Pa=Pg-Ph，Ph为一恒定值，从而得到一个与负载变化无关的恒压钻进系统。

本发明的顶驱钻机卷扬恒压钻进系统及其工作方法，其有益效果表现在：

通过控制钻机施工时钻进力的大小，使钻机工作时具有恒定的给进力，而给进速度随着钻进难易程度自动调整。即在钻进软地层时可以快速钻进，不影响钻进效率；在硬地层中则自动降低速度，以保证钻具对地层的压力不至于过大而导致钻头快速损坏。

附图说明

图1是本发明的顶驱钻机卷扬恒压钻进系统的原理图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。作为本发明的一种较佳实施例，请参阅图1，一种顶驱钻机卷扬恒压钻进系统，具有液压泵站，液压泵站包括有液压泵8、手动换向阀2和通过卷扬马达6驱动的钻机卷扬7。卷扬马达6与液压泵8、手动换向阀2通过液压管路组成液压油循环回路，手动换向阀2用于调节卷扬马达6中液压油运行方向。液压管路上设有与卷扬马达6并联的支路，该支路上设置有串联的电磁截止阀5和比例溢流阀4。卷扬马达6的输入端串联有平衡阀3。液压管路上还设置有与手动换向阀2并联的系统溢流阀1。

顶驱钻机卷扬恒压钻进系统的工作方法，具体步骤为：

①、正常工作时，电磁截止阀5不得电，比例溢流阀4不工作，通过手动控制手动换向阀2实现卷扬正常提升与下放工作，即实现快速的起升、下落钻具。

系统溢流阀1为整个系统提供过载保护功能。在下放钻具时，平衡阀3具有防止因卷扬马达吸空而导致钻具失控下滑的情况发生。

②、首先给卷扬钻具称重，控制手动换向阀2使钻具稍微上提，通过压力传感器测出实际的负载压力Pg。

③、操作手动换向阀2位于a位，同时电磁截止阀5得电处于通路状态，电控或手动调节比例溢流阀4，使溢流压力逐渐减小，压力值由电磁截止阀5所在支路与液压管路相连的A点测得，当溢流压力小于负载压力即Pa＜Pg时，卷扬的提升力小于钻具重量G，钻具开始下落，继续调节比例溢流阀4的旋钮，使比例溢流阀4的溢流压力Pa=Pg-Ph，此处Ph是指恒压力Fh对应系统压力值；比例溢流阀4溢流压力稳定在此值，则卷扬对钻具将保持一恒定提升力Fa，如钻具重量G不变，钻具对地层有一恒定压力，大小为Fh=G-Fa，钻进时的给进力就恒定不变，实现了恒压钻进。

此时，电磁截止阀5、比例溢流阀4不需要大流量，能满足钻进时马达液压管路补油即可。

④、施工中如果钻具重量变化，或需要调整恒压钻进力的大小，通过改变比例溢流阀4的溢流压力来控制；重新给钻具称重测得负载压力Pg值，并使Pa=Pg-Ph，Ph为一恒定值，从而得到一个与负载变化无关的恒压钻进系统。

以上内容仅仅是对本发明的结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种顶驱钻机卷扬恒压钻进系统，具有液压泵站，其特征在于：所述液压泵站包括有液压泵（8）、手动换向阀（2）和通过卷扬马达（6）驱动的钻机卷扬（7），其中，

所述卷扬马达（6）与液压泵（8）、手动换向阀（2）通过液压管路组成液压油循环回路，所述手动换向阀（2）用于调节卷扬马达（6）中液压油运行方向；

所述液压管路上设有与卷扬马达（6）并联的支路，该支路上设置有串联的电磁截止阀（5）和比例溢流阀（4）；

所述卷扬马达（6）的输入端串联有平衡阀（3）。

2.根据权利要求1所述的顶驱钻机卷扬恒压钻进系统，其特征在于：所述液压管路上还设置有与手动换向阀（2）并联的系统溢流阀（1）。

3.一种根据权利要求2所述的顶驱钻机卷扬恒压钻进系统的工作方法，其特征在于：具体步骤为：

①、正常工作时，电磁截止阀（5）不得电，比例溢流阀（4）不工作，通过手动控制手动换向阀（2）实现卷扬正常提升与下放工作，即实现快速的起升、下落钻具；

系统溢流阀（1）为整个系统提供过载保护功能；

在下放钻具时，平衡阀（3）具有防止因卷扬马达吸空而导致钻具失控下滑的情况发生；

②、首先给卷扬钻具称重，控制手动换向阀（2）使钻具稍微上提，通过压力传感器测出实际的负载压力Pg；

③、操作手动换向阀（2）位于a位，同时电磁截止阀（5）得电处于通路状态，电控或手动调节比例溢流阀（4），使溢流压力逐渐减小，压力值由电磁截止阀（5）所在支路与液压管路相连的A点测得，当溢流压力小于负载压力即Pa＜Pg时，卷扬的提升力小于钻具重量G，钻具开始下落，继续调节比例溢流阀（4）的旋钮，使比例溢流阀（4）的溢流压力Pa=Pg-Ph，此处Ph是指恒压力Fh对应系统压力值；比例溢流阀（4）溢流压力稳定在此值，则卷扬对钻具将保持一恒定提升力Fa，如钻具重量G不变，钻具对地层有一恒定压力，大小为Fh=G-Fa，钻进时的给进力就恒定不变，实现了恒压钻进；

此时，电磁截止阀（5）、比例溢流阀（4）不需要大流量，能满足钻进时马达液压管路补油即可；

④、施工中如果钻具重量变化，或需要调整恒压钻进力的大小，通过改变比例溢流阀（4）的溢流压力来控制；重新给钻具称重测得负载压力Pg值，并使Pa=Pg-Ph，Ph为一恒定值，从而得到一个与负载变化无关的恒压钻进系统。