CN110230480B - 深海海底钻机用绳索取芯钻具防跑钻装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深海海底钻机用绳索取芯钻具防跑钻装置，包括捞矛头、收卡筒、弹卡组件及跑钻监测机构；弹卡支架固定在跑钻监测机构上，跑钻监测机构底部固定有芯管连接轴；收卡筒固定在弹卡支架外侧，弹卡支架与弹卡组件之间设有弹簧；弹卡组件的一弹卡板底部固定有磁铁；跑钻监测机构包括设备舱、位置传感器、电源、声信号发生器及信号采集与处理模块；电源分别与位置传感器、声信号发生器、信号采集与处理模块连接，位置传感器与信号采集与处理模块连接，信号采集与处理模块与声信号发生器连接。本发明可对跑钻事故进行实时自动报警，可防止绳索取芯钻具因跑钻事故未能及时处理而造成外管总成堵塞、钻头烧坏问题的发生。
Description
技术领域
本发明涉及钻探用绳索取芯钻具领域，尤其是涉及深海海底钻机用绳索取芯钻具防跑钻装置。
背景技术
利用深海海底钻机对深海海底目标地层进行钻探取芯作业以获取深海海底地层岩芯样品，是开展海洋地质工程建设、海底地质资源评估以及海洋环境科学研究等的重要技术手段。绳索取芯钻具是深海海底钻机配备的主要取芯工具，为适用不同的深海海底钻机和不同地层钻进的需要，现有的绳索取芯钻具总类十分繁多，现有的绳索取芯钻具在钻探取芯钻进过程中，由于岩芯在进入内管总成过程中与内管总成产生摩擦，岩芯将对内管总成施以向上的作用力，如果其作用力大于弹卡室对左、右弹卡板的支撑力时，左、右弹卡板将回缩，导致弹卡室对内管总成的限位失效，内管总成将岩外管总成向上运动造成跑钻，此时外管总成已成为空管。由于现有的绳索取芯钻具缺少防跑钻装置，当发生跑钻事故后，若未能得到及时处理，在后续钻进时，钻获的岩芯将进入外管总成内，造成外管总成堵塞，不仅导致钻头因没有冷却液冷却而烧坏，而且由于外管总成内装有岩芯，使得下一次下放新的内管总成时无法下放到位，造成连续多根内管总成发生跑钻事故，进而导致该钻孔报废；为此亟待发明一种集成在内管总成，一旦内管总成发生跑钻事故，可对跑钻事故进行实时自动报警的绳索取芯钻具防跑钻装置。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、可靠性高、可对跑钻现象实时自动报警的绳索取芯钻具防跑钻装置。
本发明采用的技术方案是：一种深海海底钻机用绳索取芯钻具防跑钻装置，包括捞矛头、收卡筒、弹卡支架、收卡筒固定销、弹卡组件及跑钻监测机构；所述的弹卡支架固定在跑钻监测机构上，跑钻监测机构底部固定有芯管连接轴；收卡筒通过收卡筒固定销套装固定在弹卡支架外，收卡筒与弹卡支架同轴，弹卡支架与弹卡组件之间设有弹簧；所述捞矛头固定在收卡筒顶部；所述弹卡组件通过圆柱销铰接在弹卡支架上，弹卡组件包括两个弹卡板，两个弹卡板中的一个底部固定有磁铁；
所述跑钻监测机构包括设备舱、位置传感器、电源、声信号发生器及信号采集与处理模块；所述位置传感器、电源、声信号发生器、信号采集与处理模块放置在设备舱内，电源分别与位置传感器、声信号发生器、信号采集与处理模块连接，位置传感器对应于磁铁设置，与信号采集与处理模块连接，信号采集与处理模块与声信号发生器连接。
上述的深海海底钻机用绳索取芯钻具防跑钻装置中，所述位置传感器的探测杆伸出设备舱，对应于磁铁设置；位置传感器的探测杆与设备舱之间设有密封圈。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明集成在内管总成上，一旦内管总成发生跑钻事故，可对跑钻事故进行实时自动报警，此时操作人员即可进行干预处理，从而有效解决了现有绳索取芯钻具因跑钻事故未能及时处理而造成外管总成堵塞，引起钻头烧坏以及使得下一次下放新的内管总成时无法下放到位，造成连续多根内管总成发生跑钻事故，进而导致钻孔报废的难题。
附图说明
图1是本发明绳索取芯钻具正常工作状态的结构示意图。
图2是本发明绳索取芯钻具跑钻状态的结构示意图。
图3是本发明信号采集与处理模块的电路图。
图中：1-外管钻具，101-弹卡室，2-捞矛头，3-收卡筒，4-弹卡支架，5-弹簧，6-收卡筒固定销，7-弹卡组件，701-弹卡板，702-弹卡板，8-圆柱销，9-磁铁座，10-磁铁，11-跑钻监测机构，12-设备舱，13-密封圈，14-位置传感器，15-电源，16-声信号发生器，17-电线，18-信号线，19-信号采集与处理模块，20-芯管连接轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1-2所示，本发明包括捞矛头2、收卡筒3、弹卡支架4、收卡筒固定销6、弹卡组件7及跑钻监测机构11。所述的弹卡支架4固定在跑钻监测机构的顶部，跑钻监测机构底部固定有芯管连接轴20；收卡筒3通过收卡筒固定销6固定在弹卡支架4外侧，收卡筒3与弹卡支架4同轴，弹卡支架4顶部与弹卡组件7顶部之间设有弹簧5，弹簧5位于收卡筒3和弹卡支架4形成的环形间隙内，弹簧5用于弹卡组件7复位。所述捞矛头2固定在收卡筒3顶部；所述弹卡组件7下端处通过圆柱销铰接在弹卡支架4上，弹卡组件7包括两个弹卡板701、702，弹卡板702的底部固定有磁铁座9，磁铁座的底部设有磁铁10。
所述跑钻监测机构11包括设备舱12、位置传感器14、电源15、声信号发生器16及信号采集与处理模块19。所述位置传感器14、电源15、声信号发生器16、信号采集与处理模块19放置在设备舱12内，电源15通过电线17分别与位置传感器14、声信号发生器16、信号采集与处理模块19连接，位置传感器14对应于磁铁10设置，位置传感器14采用专利号为ZL201810031035.6中公开的非接触式位置传感器，位置传感器14的探测杆伸出设备舱12，位置传感器14的探测杆与设备舱12之间设有密封圈。位置传感器14通过信号线18与信号采集与处理模块19连接，信号采集与处理模块19通过信号线18与声信号发生器16连接。
如图3所示，信号采集与处理模块的主控芯片的型号是STC89C51，主控芯片的管脚P1.0为位置传感器14信号入口，与位置传感器14连接。管脚P2.3为信号采集与处理模块19输出端，依次连接电阻、开关管后连接声信号发生器16。当发生跑钻事故后，管脚P1.0将接收来自位置传感器14的跑钻信号，经信号采集与处理模块19处理后转化为相应的脉冲信号来控制声信号发生器16发出跑钻声信号。
本发明的工作过程如下：
先将含有本发明的内管总成投放入外管钻具1内，本发明的弹卡组件7的两个弹卡板701、702在弹簧5作用下张开并进入外管总成的弹卡室101内并卡紧。在钻探取芯钻进时，钻机驱动外管总成旋转、外管总成底部的环形钻头旋切进入深海海底目标地层中，与此同时岩芯将经过外管总成的环形钻头逐渐进入内管总成，由于岩芯在进入内管总成过程中与内管总成产生摩擦，岩芯将对内管总成施以向上的作用力，如果该作用力大于弹卡室101对两弹卡板701、702的支撑力时，两弹卡板701、702将回缩，导致弹卡室101对内管总成的卡紧限位失效，内管总成将沿着外管总成向上运动，从而造成跑钻事故。
当发生跑钻事故时，由于两弹卡板701、702将回缩，固定在弹卡板702底部侧面的磁铁座及磁铁座上的磁铁将顺时针旋转一个角度，此时磁铁10与位置传感器14的探测杆之间的距离将会缩短，进而促使磁铁10触发位置传感器14发出跑钻信号，信号采集与处理模块19采集位置传感器该跑钻信号后，将控制声信号发生器16发出跑钻声信号，该跑钻声信号将通过外管总成传递给钻机上的声信号接收器16上，进而指导操作人员及时干预处理。
Claims (2)
1.一种深海海底钻机用绳索取芯钻具防跑钻装置，其特征是：包括捞矛头、收卡筒、弹卡支架、收卡筒固定销、弹卡组件及跑钻监测机构；所述的弹卡支架固定在跑钻监测机构上，跑钻监测机构底部固定有芯管连接轴；收卡筒通过收卡筒固定销套装固定在弹卡支架外，收卡筒与弹卡支架同轴，弹卡支架与弹卡组件之间设有弹簧；所述捞矛头固定在收卡筒顶部；所述弹卡组件通过圆柱销铰接在弹卡支架上，弹卡组件包括两个弹卡板，两个弹卡板中的一个底部固定有磁铁；
所述跑钻监测机构包括设备舱、位置传感器、电源、声信号发生器及信号采集与处理模块；所述位置传感器、电源、声信号发生器、信号采集与处理模块放置在设备舱内，电源分别与位置传感器、声信号发生器、信号采集与处理模块连接，位置传感器对应于磁铁设置，与信号采集与处理模块连接，信号采集与处理模块与声信号发生器连接；
信号采集与处理模块的主控芯片的型号是STC89C51，主控芯片的管脚P1.0为位置传感器信号入口，与位置传感器连接， 管脚P2.3为信号采集与处理模块输出端，依次连接电阻、开关管后连接声信号发生器。
2.根据权利要求1所述的深海海底钻机用绳索取芯钻具防跑钻装置，其特征是：所述位置传感器的探测杆伸出设备舱，对应于磁铁设置；位置传感器的探测杆与设备舱之间设有密封圈。
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