CN116006151A - 一种钻探设备运行状态监控预警方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钻探设备运行状态监控预警方法及系统，涉及地质勘探领域，获取钻探设备的运行参数；根据钻进阻力或/和钻进速度判断钻探设备的运行参数是否异常。通过对钻探设备的运行状态进行监控，实时收集钻探设备的钻进阻力或钻进速度，并根据钻进阻力或/和钻进速度判断钻探设备的运行参数是否异常，识别钻探设备的当前运行状态，在钻探设备将要发生异常运行的时候提前进行预警和防范，自动控制钻探设备中的执行机构，对钻探设备的运行参数进行调整，使钻探设备安稳经过地层中的特殊区域，避免钻探设备发生损伤，使用寿命减少的问题。

Description

一种钻探设备运行状态监控预警方法及系统

技术领域

本发明涉及地质勘探技术领域，具体而言，涉及一种钻探设备运行状态监控预警方法及系统。

背景技术

钻机是一种钻探设备，主要用于煤层气、页岩气、浅层石油、地热、地下水等资源的钻凿开采，也可用于矿山补给孔、救援孔、勘探孔、物探孔的钻进。钻机的动力头是旋转动力输出装置，带动钻柱和钻头旋转；进给装置带动动力头上下移动，动力头的驱动装置为液压马达。

液压马达在驱动钻柱工作时，马达的驱动扭矩表征了马达的负载，马达的驱动压力表征了马达的驱动扭矩。当钻头的旋转阻力变动时，马达的压力随之变动。钻头在钻进的过程中会出现卡钻或者钻空的情况，当发生卡钻时，钻头阻力增大，钻头转速降低，钻进工作难以继续进行，对钻头以及钻杆等部件造成损坏，进而影响钻机的寿命、可靠性和工作质量。当发生钻空时，钻头阻力降到很小，会造成动力头马达超速、钻井液流失等异常情况。

对于钻头卡钻或者钻空的异常运行状况，只有当状况发生的时候才采取一些措施进行补救，但是此时对于钻探设备本身或者周围设备的影响已经产生，仍会缩短钻探设备的使用寿命，降低其工作质量。

发明内容

本发明所要解决的问题是如何对钻探设备的异常运行状况进行监控预警。

为解决上述问题，一方面，本发明提供了一种钻探设备运行状态监控预警方法，包括：

获取钻探设备的运行参数，其中，所述运行参数为所述钻探设备的钻进阻力或/和钻进速度；

根据所述钻进阻力或/和所述钻进速度判断所述钻探设备的运行状态是否异常；

当判定所述钻探设备的所述运行状态异常时，生成预警防范信息，并将所述预警防范信息发送给执行机构，其中，所述预警防范信息用于控制所述执行机构调整所述钻探设备的所述运行参数。

进一步地，所述根据所述钻进阻力判断所述钻探设备的运行状态是否异常包括：

判断所述钻进阻力的变化速率的绝对值是否大于预设阻力变化速率；

当所述钻进阻力的变化速率的所述绝对值大于所述预设阻力变化速率时，则判定所述钻探设备的所述运行状态异常。

进一步地，所述判断所述钻进阻力的变化速率的绝对值是否大于预设阻力变化速率包括：

判断所述钻进阻力的变化速率的正负；

当所述钻进阻力的变化速率为正值时，判断所述钻进阻力的变化速率是否大于第一预设阻力变化速率；

当所述钻进阻力的变化速率大于所述第一预设阻力变化速率时，则判定所述钻探设备将发生卡钻的异常运行状态；

当所述钻进阻力的变化速率为负值时，判断所述钻进阻力的变化速率是否小于第二预设阻力变化速率；

当所述钻进阻力的变化速率小于所述第二预设阻力变化速率时，则判定所述钻探设备将发生钻空的异常运行状态。

进一步地，所述根据所述钻进速度判断所述钻探设备的运行状态是否异常包括：

判断所述钻进速度的变化速率的绝对值是否大于预设速度变化速率；

当所述钻进速度的变化速率的所述绝对值大于所述预设速度变化速率时，则判定所述钻探设备的所述运行状态异常。

进一步地，所述判断所述钻进速度的变化速率的绝对值是否大于预设速度变化速率包括：

判断所述钻进速度的变化速率的正负；

当所述钻进速度的变化速率为正值时，判断所述钻进速度的变化速率是否大于第一预设速度变化速率；

当所述钻进速度的变化速率大于所述第一预设速度变化速率时，则判定所述钻探设备将发生钻空的异常运行状态；

当所述钻进速度的变化速率为负值时，判断所述钻进速度的变化速率是否小于第二预设速度变化速率；

当所述钻进速度的变化速率小于所述第二预设速度变化速率时，则判定所述钻探设备将发生卡钻的异常运行状态。

进一步地，所述根据所述钻进阻力和所述钻进速度判断所述钻探设备的运行状态是否异常包括：

根据所述钻探设备到达的地层的地质特征参数判断所述钻探设备当前所处地层形态，其中，所述地质特征参数包括密度、硬度、粘度和含水量；

根据所述钻探设备当前所处地层形态和所述钻探设备的给进速度，结合所述钻进速度和所述钻进阻力，判定所述钻探设备的异常运行概率；

当所述异常运行概率大于预设概率时，判定所述钻探设备的所述运行状态异常。

进一步地，所述根据所述钻探设备当前所处地层形态和所述钻探设备的给进速度，结合所述钻进速度和所述钻进阻力，判定所述钻探设备的异常运行概率包括：

当判定所述钻探设备当前所处地层形态为固体形态时，结合所述钻进速度和所述给进速度，在预设关系中查询对应的所述钻探设备的卡钻概率；所述预设关系包括所述钻探设备的历史运行数据与不同卡钻概率的对应关系；

当所述卡钻概率大于第一预设概率时，判定所述钻探设备将发生卡钻的异常运行状态；

当判定所述钻探设备当前所处地层形态为固液两相混合形态时，结合所述钻进阻力和所述给进速度，在所述预设关系中查询对应的所述钻探设备的钻空概率；所述预设关系还包括所述钻探设备的历史运行数据与不同钻空概率的对应关系；

当所述卡钻概率大于第二预设概率时，判定所述钻探设备将发生钻空的异常运行状态。

进一步地，所述当判定所述钻探设备的所述运行状态异常时，生成预警防范信息，并将所述预警防范信息发送给执行机构包括：

当判定所述钻探设备将发生卡钻的异常运行状态时，调用预设防卡钻方案生成所述预警防范信息，其中，所述预设防卡钻方案包括提拉钻头方案、调节钻进速度方案以及调节动力头马达转速方案，所述预警防范信息包括预警信息和所述防卡钻方案对应的控制信息；

当判定所述钻探设备将发生钻空的异常运行状态时，调用预设防钻空方案生成所述预警防范信息，其中，所述预设防钻空方案包括调节钻进速度方案、调节动力头马达转速方案以及对空穴回填方案，所述预警防范信息包括所述预警信息和所述防钻空方案对应的所述控制信息；

将所述控制信息发送给所述执行机构，将所述预警信息发送给用户端。

进一步地，所述将所述控制信息发送给所述执行机构之后，还包括：

判断所述钻进阻力是否小于预设阻力；

当所述钻进阻力小于所述预设阻力时，则判定所述钻探设备恢复正常运行状态。

另外一方面，本发明还提供了一种钻探设备运行状态监控预警系统，包括:

检测模块，用于获取钻探设备的运行参数，其中，所述运行参数为所述钻探设备的钻进阻力或/和钻进速度；

控制模块，用于根据所述钻进阻力或/和所述钻进速度判断所述钻探设备的运行状态是否异常；当判定所述钻探设备的所述运行状态异常时，生成预警防范信息，并将所述预警防范信息发送给执行机构，其中，所述预警防范信息用于控制所述执行机构调整所述钻探设备的所述运行参数。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的一种钻探设备运行状态监控预警方法及系统，通过对钻探设备的运行状态进行监控，实时收集钻探设备的钻进阻力或钻进速度，并根据所述钻进阻力或/和所述钻进速度判断所述钻探设备的运行状态是否异常，识别钻探设备的当前运行状态，在钻探设备将要发生异常运行的时候提前进行预警和防范，自动控制钻探设备中的执行机构，对钻探设备的运行参数进行调整，使钻探设备安稳经过地层中的特殊区域，并且及时通知工作人员加强对钻探设备的人为观测，必要时进行人为干预，进一步保证了钻探设备的安全稳定性，避免钻探设备发生损伤，使用寿命减少的问题。

附图说明

图1示出了本发明实施例中钻探设备运行状态监控预警方法的流程图；

图2示出了本发明实施例中对钻进阻力进行监控判断的流程图；

图3示出了本发明实施例中对钻进速度进行监控判断的流程图；

图4示出了本发明实施例中钻探设备运行状态监控预警系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明实施例中钻探设备运行状态监控预警方法的流程图，所述钻探设备运行状态监控预警方法包括：

S100：获取钻探设备的运行参数，其中，所述运行参数为所述钻探设备的钻进阻力或/和钻进速度。

需要说明的是，上述钻探设备可以指钻机，其中钻探设备的钻进阻力、钻进速度均指钻机中钻头的钻进阻力和钻进速度，这里钻进速度指钻头的旋转速度，而不是钻头的给进速度。

S200：根据所述钻进阻力或/和所述钻进速度判断所述钻探设备的运行状态是否异常。

在对运行状态进行监控的时候，可以以一个运行参数为依据进行判断，也可以采用两个或者更多个运行参数分别单独并行监控，只要其中任意一个运行参数出现异常，就判断钻探设备工作异常，这样监测范围广；当工程实施过程中对于钻探设备施工的要求较高，需要保证钻探设备在施工过程中不出差错，此时还可以结合两个或多个运行参数综合进行判断，根据实际情况进行调整，多个运行参数相互结合相互验证，判断钻探设备工作异常，这样判断准确率较高，钻探设备的施工安全性能够得到保证，并且还能够保证钻探设备行进准确，不发生异常状况。

S300：当判定所述钻探设备的所述运行状态异常时，生成预警防范信息，并将所述预警防范信息发送给执行机构，其中，所述预警防范信息用于控制所述执行机构调整所述钻探设备的所述运行参数，另外，所述预警防范信息还用于提醒用户注意钻探设备的运行状态，在自动调整不可行的时候，及时进行人工干预，防止钻探设备发生不可逆的损伤。所述执行机构包括电液控制阀、电液控制泵或电机变频器，通过控制执行机构，进一步改变例如钻机中的钻头的钻进速度或者动力头马达转速，从而调整钻探设备的运行参数。

本实施例中，通过对钻探设备的运行状态进行监控，实时收集钻探设备的钻进阻力和钻进速度，并根据所述钻进阻力或所述钻进速度判断所述钻探设备的运行状态是否异常，识别钻探设备的当前运行状态，在钻探设备将要发生异常运行的时候提前进行预警和防范，自动控制钻探设备中的执行机构，对钻探设备的运行参数进行调整，使钻探设备安稳经过地层中的特殊区域，并且及时通知工作人员加强对钻探设备的人为观测，必要时进行人为干预，进一步保证了钻探设备的安全稳定性，避免钻探设备发生损伤，使用寿命减少的问题。

在本发明的一种实施例中，所述根据所述钻进阻力判断所述钻探设备的运行状态是否异常包括：

S210：判断所述钻进阻力的变化速率的绝对值是否大于预设阻力变化速率。钻进阻力快速降低的时候，变化速率为负值；钻进阻力快速增加的时候，变化速率为正值，在对钻进阻力进行监控的时候，由于钻进阻力快速降低或者快速增加都有可能代表钻探设备发生异常情况，因此在监控的时候需要将这两种情况均纳入识别监控范围内，钻进阻力快速降低或者快速增加的时候，钻进阻力的变化速率的绝对值都比较大。

S220：当所述钻进阻力的变化速率的绝对值大于所述预设阻力变化速率时，则判定所述钻探设备的所述运行状态异常。

在本实施例中，仅通过钻进阻力这一个运行参数对钻探设备的运行状态进行监控。

图2示出了本发明实施例中对钻进阻力进行监控判断的流程图，所述判断所述钻进阻力的变化速率的绝对值是否大于预设阻力变化速率包括：

S211：判断所述钻进阻力的变化速率的正负。

由于绝对值概括了快速降低和快速增加两种情况，钻进阻力快速降低或者快速增加都有可能代表钻探设备发生异常情况，但是钻进阻力快速降低或者快速增加对应的异常运行情况不同，因此为了更准确的判断出钻探设备可能将要发生何种异常状况时，需要对变化速率的正负进行判断，以此区别钻进阻力是快速降低还是快速增加。

S212：当所述钻进阻力的变化速率为正值时，判断所述钻进阻力的变化速率是否大于第一预设阻力变化速率。当钻进阻力的变化速率为正值的时候，说明钻进阻力正在快速增加。

S213：当所述钻进阻力的变化速率大于所述第一预设阻力变化速率时，则判定所述钻探设备将发生卡钻的异常运行状态。在钻机中，钻头的钻进阻力快速增加，钻头转速降低，钻进工作难以继续进行，钻探设备可能发生卡钻。为了避免发生卡钻，在钻进阻力刚出现快速增加的时候，就将这种状况甄别出来，并将这种状况判定为钻探设备可能发生卡装，并反馈给用户端和执行机构，此时钻机中的钻头还保持一定转速，还没有发生卡转，没有对钻机造成损伤。

S214：当所述钻进阻力的变化速率为负值时，判断所述钻进阻力的变化速率是否小于第二预设阻力变化速率。当钻进阻力的变化速率为负值的时候，说明钻进阻力正在快速降低。

S215：当所述钻进阻力的变化速率小于所述第二预设阻力变化速率时，则判定所述钻探设备将发生钻空的异常运行状态。在钻机中，当钻头的钻进阻力过低时，可能是发生钻空，即地层中出现空洞、空穴，钻头阻力降到很小，钻头转速变得很高，此时可能发生动力头马达超速、钻井液流失等状况，不仅对钻探设备造成损害，还对钻井和钻井周围的施工环境造成影响。因此当钻进阻力刚出现快速降低的趋势时，就需要对钻探设备的运行进行预警，及时调整钻探设备的运行参数，使其处于安全工作范围内。

在本发明的一种实施例中，所述根据所述钻进速度判断所述钻探设备的运行状态是否异常包括：

S230：判断所述钻进速度的变化速率的绝对值是否大于预设速度变化速率。同上述钻进阻力类似，钻进速度快速降低的时候，变化速率为负值；钻进速度快速增加的时候，变化速率为正值，当钻进速度快速降低或者快速增加的时候，均代表钻探设备可能发生异常运行状况，因此需要对钻进速度的绝对值进行监控，以将快速增加和快速降低的情况均纳入到识别范围内，而钻进速度快速降低或者快速增加的时候，钻进速度的变化速率的绝对值都比较大。

S240：当所述钻进速度的变化速率的绝对值大于所述预设速度变化速率时，则判定所述钻探设备的所述运行状态异常。

图3示出了本发明实施例中对钻进速度进行监控判断的流程图，所述判断所述钻进速度的变化速率的绝对值是否大于预设速度变化速率包括：

S231：判断所述钻进速度的变化速率的正负。由于绝对值概括了快速降低和快速增加两种情况，但是钻进速度在快速增加和快速降低的时候对应的异常情况不同，因此需要先将这两种情况区分开，然后再逐一进行监控判断。

S232：当所述钻进速度的变化速率为正值时，判断所述钻进速度的变化速率是否大于第一预设速度变化速率。当钻进速度的变化速率为正值时，说明钻进速度正在快速增加。

S233：当所述钻进速度的变化速率大于所述第一预设速度变化速率时，说明钻头钻进速度快速增加，则判定所述钻探设备将发生钻空的异常运行状态。在钻机中，钻进速度快速增加，说明此时钻头受到的阻力突然降低，此时地层中可能是是出现空洞或者类似空洞的地质，钻探设备在此时极容易发生钻空的异常状况。另外，结合上述实施例，当钻头钻进阻力已经快速降低，且钻进速度已经快速上升时，还可以进一步判断钻空已经发生。

S234：当所述钻进速度的变化速率为负值时，判断所述钻进速度的变化速率是否小于第二预设速度变化速率。当钻进速度的变化速率为负值时，说明钻进速度正在快速降低。

S235：当所述钻进速度的变化速率小于所述第二预设速度变化速率时，说明钻头钻进速度快速降低，则判定所述钻探设备将发生卡钻的异常运行状态。在钻机中，当钻进速度快速降低的时候，说明钻进阻力突然变大，此时钻机可能遇见较为硬质的地层岩石等，钻头可能会卡在岩石中，出现卡钻的现象，然而此时动力马达还处于带电工作状态，马达会快速发热，容易烧坏。因此在钻进速度的变化速率小于所述第二预设速度变化速率时，就判定钻探设备可能发生卡钻的情况，改变钻头的工作参数和工作模式，使得钻头渡过硬质岩石区。另外，结合上述实施例，当钻头阻力已经快速增加，且钻进速度也已经快速降低时，判断卡钻已经发生。

在本发明的一种实施例中，所述根据所述钻进阻力和所述钻进速度判断所述钻探设备的运行状态是否异常包括：

S250：根据所述钻探设备到达的地层的地质特征参数判断所述钻探设备当前所处地层形态，其中，所述地质特征参数包括密度、硬度、粘度和含水量。不同的地层形态其所具备的物理参数不同，因此根据一些物理参数可以判断出钻探设备所处的环境是何种地层形态。另外还可以根据钻头钻进的深度结合当地的地层史料判断出钻探设备可能处于的地层形态，然后再进一步结合地质特征参数更加准确的判断。例如，在1000米深度左右，地层组分为岩石，形态为固态，其密度为a1，硬度为b1，粘度为c1，含水量为d1，在该地质特征参数下，发生卡钻的概率较高；在地层1500米左右，地层组分多为水和松土，形态为固液两相混合形态，其密度为a2，硬度为b2，粘度为c2，含水量为d2，在该地质特征参数下，发生钻空的概率较高。

S260：根据所述钻探设备当前所处地层形态和所述钻探设备的给进速度，结合所述钻进速度和所述钻进阻力，判定所述钻探设备的异常运行概率；

S270：当所述异常运行概率大于预设概率时，判定所述钻探设备的所述运行状态异常。例如，当地层处于固态的岩石区的时候，钻头前进的给进速度很大，并且钻头旋转的钻进速度开始降低，钻进阻力持续增加的情况下，此时钻探设备发生卡钻的几率极大，因为钻进速度大使得钻头与地层之间的挤压力增加，当挤压力增加，若钻头不能轻易的破除岩石，会发生钻进阻力变大，阻力变大的话，钻进速度相应的就会降低，如果放任这种情况继续恶化，钻头会被迫停转，即卡钻。

在本发明的一种实施例中，所述根据所述钻探设备当前所处地层形态和所述钻探设备的给进速度，结合所述钻进速度和所述钻进阻力，判定所述钻探设备的异常运行概率包括：

S261：当判定所述钻探设备当前所处地层形态为固体形态时，结合所述钻进速度和所述给进速度，在预设关系中查询对应的所述钻探设备的卡钻概率；所述预设关系包括所述钻探设备的历史运行数据与不同卡钻概率的对应关系。例如，在所处地层形态为固体形态时：钻进速度为e1，给进速度为f1，发生卡钻的概率是h1；钻进速度为e2，给进速度为f2，发生卡钻的概率是h2；钻进速度为e3，给进速度为f3，发生卡钻的概率是h3，其中，e1、e2和e3以及f1、f2和f3可以是点值，也可以是范围值；上述e1＜e2＜e3,f1＜f2＜f3,h1＜h2＜h3，即在所处地层形态为固体形态时，随着钻进速度和给进速度的增加，发生卡钻的概率会增大。

S262：当所述卡钻概率大于第一预设概率时，判定所述钻探设备将发生卡钻的异常运行状态。由于在固体形态的地层中，发生卡钻的几率较大，因此在固体形态的地层中偏重于监控卡钻的异常工况。

S263：当判定所述钻探设备当前所处地层形态为固液两相混合形态时，结合所述钻进阻力和所述给进速度，在所述预设关系中查询对应的所述钻探设备的钻空概率；所述预设关系还包括所述钻探设备的历史运行数据与不同钻空概率的对应关系。所述预设关系具体可以是数据库，所述数据库内保存有所述钻探设备的历史运行数据，将历史运行数据整合成查询表，在所述查询表中保存有所述地层形态、所述给进速度、所述钻进速度或/和所述钻进阻力与卡钻概率以及钻孔概率的对照关系，利用这些历史经验数据能够进一步佐证上述判断结果，也可以根据历史经验数据直接判定钻探设备的运行状态是否异常。例如，在所处地层形态为固液两相混合形态时：钻进压力为k1，给进速度为f4，发生钻空的概率是n1；钻进压力为k2，给进速度为f5，发生钻空的概率是n2；钻进压力为k3，给进速度为f6，发生钻空的概率是n3，其中，k1、k2和k3以及f4、f5和f6可以是点值，也可以是范围值；上述k1＞k2＞k3,f4＜f5＜f6,n1＜n2＜n3，即在所处地层形态为固液两相混合形态时，随着钻进压力的减小以及给进速度的增加，发生钻空的概率增大。

S264：当所述卡钻概率大于第二预设概率时，判定所述钻探设备将发生钻空的异常运行状态。由于在固液两相混合形态的地层中，发生钻空的几率较大，因此在固液两相混合形态的地层中偏重于监控卡钻的异常工况。

需要说明的是，上述几个实施例中的监控方法可以相互结合实施，例如判断钻进阻力是否快速增加、判断钻进速度是否快速降低以及当前钻探设备的卡钻概率是否超标，若上述三个判断均为是，则判定钻探设备将发生卡钻。除此之外，还可以结合两个判断标准对钻探设备的运行进行监控。

在本发明的一种实施例中，所述当判定所述钻探设备的所述运行状态异常时，生成预警防范信息，并将所述预警防范信息发送给执行机构包括：

S310：当判定所述钻探设备将发生卡钻的异常运行状态时，调用预设防卡钻方案生成所述预警防范信息，其中，所述预设防卡钻方案包括提拉钻头方案、调节钻进速度方案以及调节动力头马达转速方案，所述预警防范信息包括向用户端发送的预警信息和所述防卡钻方案中至少一种方案对应的控制信息，可以限制钻进速度和给进速度不再升高，或适当降低。上述方案中，提拉钻头方案可以设置为提拉钻头5次，这样可以缓解钻头的压力，避免钻头一直处于高压的状态下，另外通过提拉再钻进的方式，可以利用钻头与地层刚接触时候的高速旋转力，对地层进行缓慢钻进，提拉钻头的时候，可以控制进给装置带动钻头往复运动；调节钻进速度方案可以设置为降低钻进速度到原来的50％，控制动力头带动钻头的旋转速度；调节动力头马达转速方案可以设置为降低动力头马达转速到原来的70％。

S320：当判定所述钻探设备将发生钻空的异常运行状态时，调用预设防钻空方案生成所述预警防范信息，其中，所述预设防钻空方案包括调节钻进速度方案、调节动力头马达转速方案以及对空穴回填方案，所述预警防范信息包括向用户端发送的预警信息和所述防钻空方案中至少一种方案对应的控制信息。上述方案中，所述调节钻进速度方案可以设置为降低钻进速度；调节动力头马达转速方案可以设置为降低马达的转速；对空穴回填方案可以设置为先停止钻进作业，然后提示工作人员对空穴或者空洞进行回填。

S330：将所述控制信息发送给所述执行机构。

在本发明的一种实施例中，所述将所述控制信息发送给所述执行机构之后，还包括：

S400：判断所述钻进阻力是否小于预设阻力；

S500：当所述钻进阻力小于所述预设阻力时，则判定所述钻探设备恢复正常运行状态。

在本实施例中，当判断卡钻即将发生时，执行预设防卡钻方案，并检测钻进阻力，当钻进阻力恢复到正常范围内时，恢复原钻进速度。

图4示出了本发明实施例中钻探设备运行状态监控预警系统的结构示意图，为支持上述方法顺利实施，在本实施例中设置了一种钻探设备运行状态监控预警系统，包括:

检测模块100，用于获取钻探设备的运行参数，其中，所述运行参数为所述钻探设备的钻进阻力或/和钻进速度。获取钻进阻力的装置为动力头马达的压力传感器；获取钻进速度的装置为给进油缸的速度传感器；另外还可以进一步获取地质特征参数，而获取地质特征参数的装置为预设数据读取装置。

控制模块200，用于根据所述钻进阻力或/和所述钻进速度判断所述钻探设备的运行状态是否异常；当判定所述钻探设备的所述运行状态异常时，生成预警防范信息，并将所述预警防范信息发送给执行机构，其中，所述预警防范信息用于控制所述执行机构调整所述钻探设备的所述运行参数。所述控制模块200包括集中式控制器、分布式控制器或远程控制器；所述执行机构包括电液控制阀、电液控制泵或电机变频器。

所述检测模块100与所述控制模块200连接，所述控制模块200与所述执行机构连接，在工作过程中，所述检测模块100将检测到的信息输出到所述控制模块200，所述控制模块200对接收到的信息进行处理，生成预警防范信息，并输出给执行机构，执行机构执行所述预警防范信息。本系统实现钻探设备运行参数的实时监测、钻空和卡钻工况的预测和识别、在钻空和卡钻发生时立即预警，并提示采取措施，进而提高钻机的寿命、可靠性和工作质量，保护油气井。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种钻探设备运行状态监控预警方法，其特征在于，包括：

获取钻探设备的运行参数，其中，所述运行参数为所述钻探设备的钻进阻力或/和钻进速度；

根据所述钻进阻力或/和所述钻进速度判断所述钻探设备的运行状态是否异常；

当判定所述钻探设备的所述运行状态异常时，生成预警防范信息，并将所述预警防范信息发送给执行机构，其中，所述预警防范信息用于控制所述执行机构调整所述钻探设备的所述运行参数。

2.根据权利要求1所述的钻探设备运行状态监控预警方法，其特征在于，所述根据所述钻进阻力判断所述钻探设备的运行状态是否异常包括：

判断所述钻进阻力的变化速率的绝对值是否大于预设阻力变化速率；

当所述钻进阻力的变化速率的所述绝对值大于所述预设阻力变化速率时，则判定所述钻探设备的所述运行状态异常。

3.根据权利要求2所述的钻探设备运行状态监控预警方法，其特征在于，所述判断所述钻进阻力的变化速率的绝对值是否大于预设阻力变化速率包括：

判断所述钻进阻力的变化速率的正负；

当所述钻进阻力的变化速率为正值时，判断所述钻进阻力的变化速率是否大于第一预设阻力变化速率；

当所述钻进阻力的变化速率大于所述第一预设阻力变化速率时，则判定所述钻探设备将发生卡钻的异常运行状态；

当所述钻进阻力的变化速率为负值时，判断所述钻进阻力的变化速率是否小于第二预设阻力变化速率；

当所述钻进阻力的变化速率小于所述第二预设阻力变化速率时，则判定所述钻探设备将发生钻空的异常运行状态。

4.根据权利要求1所述的钻探设备运行状态监控预警方法，其特征在于，所述根据所述钻进速度判断所述钻探设备的运行状态是否异常包括：

判断所述钻进速度的变化速率的绝对值是否大于预设速度变化速率；

当所述钻进速度的变化速率的所述绝对值大于所述预设速度变化速率时，则判定所述钻探设备的所述运行状态异常。

5.根据权利要求4所述的钻探设备运行状态监控预警方法，其特征在于，所述判断所述钻进速度的变化速率的绝对值是否大于预设速度变化速率包括：

判断所述钻进速度的变化速率的正负；

当所述钻进速度的变化速率为正值时，判断所述钻进速度的变化速率是否大于第一预设速度变化速率；

当所述钻进速度的变化速率大于所述第一预设速度变化速率时，则判定所述钻探设备将发生钻空的异常运行状态；

当所述钻进速度的变化速率为负值时，判断所述钻进速度的变化速率是否小于第二预设速度变化速率；

当所述钻进速度的变化速率小于所述第二预设速度变化速率时，则判定所述钻探设备将发生卡钻的异常运行状态。

6.根据权利要求1所述的钻探设备运行状态监控预警方法，其特征在于，所述根据所述钻进阻力和所述钻进速度判断所述钻探设备的运行状态是否异常包括：

根据所述钻探设备到达的地层的地质特征参数判断所述钻探设备当前所处地层形态，其中，所述地质特征参数包括密度、硬度、粘度和含水量；

根据所述钻探设备当前所处地层形态和所述钻探设备的给进速度，结合所述钻进速度和所述钻进阻力，判定所述钻探设备的异常运行概率；

当所述异常运行概率大于预设概率时，判定所述钻探设备的所述运行状态异常。

7.根据权利要求6所述的钻探设备运行状态监控预警方法，其特征在于，所述根据所述钻探设备当前所处地层形态和所述钻探设备的给进速度，结合所述钻进速度和所述钻进阻力，判定所述钻探设备的异常运行概率包括：

当判定所述钻探设备当前所处地层形态为固体形态时，结合所述钻进速度和所述给进速度，在预设关系中查询对应的所述钻探设备的卡钻概率；所述预设关系包括所述钻探设备的历史运行数据与不同卡钻概率的对应关系；

当所述卡钻概率大于第一预设概率时，判定所述钻探设备将发生卡钻的异常运行状态；

当判定所述钻探设备当前所处地层形态为固液两相混合形态时，结合所述钻进阻力和所述给进速度，在所述预设关系中查询对应的所述钻探设备的钻空概率；所述预设关系还包括所述钻探设备的历史运行数据与不同钻空概率的对应关系；

当所述卡钻概率大于第二预设概率时，判定所述钻探设备将发生钻空的异常运行状态。

8.根据权利要求1所述的钻探设备运行状态监控预警方法，其特征在于，所述当判定所述钻探设备的所述运行状态异常时，生成预警防范信息，并将所述预警防范信息发送给执行机构包括：

当判定所述钻探设备将发生卡钻的异常运行状态时，调用预设防卡钻方案生成所述预警防范信息，其中，所述预设防卡钻方案包括提拉钻头方案、调节钻进速度方案以及调节动力头马达转速方案，所述预警防范信息包括预警信息和所述防卡钻方案对应的控制信息；

当判定所述钻探设备将发生钻空的异常运行状态时，调用预设防钻空方案生成所述预警防范信息，其中，所述预设防钻空方案包括调节钻进速度方案、调节动力头马达转速方案以及对空穴回填方案，所述预警防范信息包括所述预警信息和所述防钻空方案对应的所述控制信息；

将所述控制信息发送给所述执行机构，将所述预警信息发送给用户端。

9.根据权利要求8所述的钻探设备运行状态监控预警方法，其特征在于，所述将所述控制信息发送给所述执行机构之后，还包括：

判断所述钻进阻力是否小于预设阻力；

当所述钻进阻力小于所述预设阻力时，则判定所述钻探设备恢复正常运行状态。

10.一种钻探设备运行状态监控预警系统，其特征在于，包括:

检测模块，用于获取钻探设备的运行参数，其中，所述运行参数为所述钻探设备的钻进阻力或/和钻进速度；

控制模块，用于根据所述钻进阻力或/和所述钻进速度判断所述钻探设备的运行状态是否异常；当判定所述钻探设备的所述运行状态异常时，生成预警防范信息，并将所述预警防范信息发送给执行机构，其中，所述预警防范信息用于控制所述执行机构调整所述钻探设备的所述运行参数。

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