CN204804817U - 一种钻头受力计时装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种钻头受力计时装置，包括计时存储单元和显示单元，其中，所述计时存储单元包括：与钻头连接的压力感应与转换部件；与所述压力感应与转换部件连接的电压放大部件；与所述电压放大部件连接的电压比较部件；与所述电压比较部件连接的第一控制部件；与所述第一控制部件连接的存储部件；所述显示单元包括：第二控制部件和显示部件。利用本申请提供的钻头受力计时装置，能够监测钻头超出额定载荷的工作时间，从而能够衡量钻头承受载荷的能力。

Description

一种钻头受力计时装置

技术领域

本实用新型涉及石油天然气钻井技术领域，特别是涉及一种钻头受力计时装置。

背景技术

在石油天然气钻井工程中，由于地质条件的复杂和不确定性，钻头在钻井作业时常遇到各种载荷。如果载荷超出钻头的承受能力，将有可能引起钻头的破损，导致钻头的损坏，极大缩短钻头的寿命，降低钻井效率。

当钻头在超出额定载荷的情况下工作一定时间后，可能会对钻头造成损坏，因此衡量钻头承受载荷能力的一个重要指标是：钻头超出额定载荷的工作时间。那么，如何监测钻头超出额定载荷的工作时间就成为一个亟待解决的问题。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种钻头受力计时装置，能够监测钻头超出额定载荷的工作时间，从而能够衡量钻头承受载荷的能力。

本实用新型提供的一种钻头受力计时装置，包括计时存储单元和显示单元，其中，所述计时存储单元包括：

与钻头连接的压力感应与转换部件，用于将感应到的钻头压力信号转换为第一电压信号；

与所述压力感应与转换部件连接的电压放大部件，用于将所述第一电压信号放大为第二电压信号；

与所述电压放大部件连接的电压比较部件，用于比较所述第二电压信号与额定电压，并得到比较结果，其中，所述额定电压是与所述钻头的额定载荷对应的电压；

与所述电压比较部件连接的第一控制部件，用于当所述第二电压信号大于所述额定电压时开始计时；

与所述第一控制部件连接的存储部件，用于存储所述计时的结果；

所述显示单元包括：

第二控制部件，用于控制所述计时结果的读取；

显示部件，用于读取并显示所述计时结果。

优选的，在上述钻头受力计时装置中，所述计时存储单元与所述显示单元之间为可拆卸式的连接。

优选的，在上述钻头受力计时装置中，所述电压比较部件包括电平信号输出口，用于当所述第二电压信号大于所述额定电压时输出高电平信号，否则输出低电平信号；

所述第一控制部件包括电平信号输入口，所述第一控制部件用于当接收到所述高电平信号时开始计时，而当接收到所述低电平信号时不计时。

优选的，在上述钻头受力计时装置中，所述计时存储单元还包括：与所述存储部件连接的第一接口；

所述显示单元还包括：与所述第二控制部件连接的第二接口；

所述第一接口和所述第二接口相匹配。

优选的，在上述钻头受力计时装置中，所述电压比较部件包括第一输入端和第二输入端，所述第一输入端连接所述电压放大部件，所述第二输入端与电位调节部件连接，所述电位调节部件用于调节所述额定电压的大小。

优选的，在上述钻头受力计时装置中，还包括第一电源，所述第一电源分别与所述压力感应与转换部件、所述电压放大部件、所述电压比较部件、所述第一控制部件和所述存储部件连接。

优选的，在上述钻头受力计时装置中，还包括：电路板，用于固定所述电压放大部件、所述电压比较部件、所述第一控制部件和所述存储部件。

优选的，在上述钻头受力计时装置中，还包括：设置于所述电路板、所述压力感应与转换部件和所述第一电源的外周部的密封外壳。

优选的，在上述钻头受力计时装置中，所述显示单元还包括第二电源，所述第二电源分别连接所述显示部件和所述第二控制部件。

优选的，在上述钻头受力计时装置中，所述压力感应与转换部件与所述钻头之间为可拆卸式的连接。

通过上述描述可知，本实用新型提供的一种钻头受力计时装置，由于包括与钻头连接的压力感应与转换部件，用于将感应到的钻头压力信号转换为第一电压信号；与所述压力感应与转换部件连接的电压放大部件，用于将所述第一电压信号放大为第二电压信号；与所述电压放大部件连接的电压比较部件，用于比较所述第二电压信号与额定电压，并得到比较结果，其中，所述额定电压是与所述钻头的额定载荷对应的电压；与所述电压比较部件连接的第一控制部件，用于当所述第二电压信号大于所述额定电压时开始计时；与所述第一控制部件连接的存储部件，用于存储所述计时的结果；所述显示单元包括：第二控制部件，用于控制所述计时结果的读取；显示部件，用于读取并显示所述计时结果，因此该钻头受力计时装置能够监测钻头超出额定载荷的工作时间，从而能够衡量钻头承受载荷的能力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的第一种钻头受力计时装置的示意图；

图2为本申请实施例提供的第二种钻头受力计时装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本申请实施例提供的第一种钻头受力计时装置如图1所示，图1为本申请实施例提供的第一种钻头受力计时装置的示意图。该钻头受力计时装置包括：计时存储单元1和显示单元2，其中，所述计时存储单元1包括：

与钻头连接的压力感应与转换部件101，用于将感应到的钻头压力信号转换为第一电压信号；

与所述压力感应与转换部件101连接的电压放大部件102，用于将所述第一电压信号放大为第二电压信号；

与所述电压放大部件102连接的电压比较部件103，用于比较所述第二电压信号与额定电压，并得到比较结果，其中，所述额定电压是与所述钻头的额定载荷对应的电压；

与所述电压比较部件103连接的第一控制部件104，用于当所述第二电压信号大于所述额定电压时开始计时；

与所述第一控制部件104连接的存储部件105，用于存储所述计时的结果；

所述显示单元2包括：

第二控制部件201，用于控制所述计时结果的读取；

显示部件202，用于读取并显示所述计时结果。

通过上述描述可知，本申请实施例提供的一种钻头受力计时装置能够监测钻头超出额定载荷的工作时间，从而能够衡量钻头承受载荷的能力。

本申请实施例还提供了第二种钻头受力计时装置，如图2所示，图2为本申请实施例提供的第二种钻头受力计时装置的示意图。该钻头受力计时装置是建立在上述第一种钻头受力计时装置的基础上，包括：计时存储单元3和显示单元4，其中，所述计时存储单元3包括：

与钻头连接的压力感应与转换部件，该压力感应与转换部件优选为压力传感器301，用于将感应到的钻头压力信号转换为第一电压信号；

与所述压力传感器301连接的电压放大部件，该电压放大部件优选为运算放大器302，用于将所述第一电压信号放大为第二电压信号；

与所述运算放大器302连接的电压比较部件，该电压比较部件优选为电压比较器303，用于比较所述第二电压信号与额定电压，并得到比较结果，其中，所述额定电压是与所述钻头的额定载荷对应的电压；

与所述电压比较器303连接的第一控制部件，该第一控制部件优选为第一单片机304，用于当所述第二电压信号大于所述额定电压时开始计时；

与所述第一单片机304连接的存储部件305，用于存储所述计时的结果；

所述显示单元4包括：

第二控制部件，该第二控制部件优选为第二单片机401，用于控制所述计时结果的读取；

显示部件，该显示部件优选为液晶屏402，用于读取并显示所述计时结果。

上述钻头受力计时装置在工作时，钻头所承受的载荷作用于压力传感器的受力端，压力传感器直接将检测到的压力转换成电压信号并传输给运算放大器。此处需要说明的是，由于压力传感器输出的是微弱的电压信号，因此需要通过运算放大器将这种微弱的电压信号进行放大以后才能进行相关的处理。当放大后得到的第二电压信号传输到电压比较部件之后，由于所述电压比较部件可以优选的包括电平信号输出口，因此当所述第二电压信号大于所述额定电压时输出高电平信号，否则输出低电平信号。

此处需要说明的是，所述压力传感器与所述钻头之间可以优选为可拆卸式的连接，这样就可以根据钻头的规格型号来选用不同的压力传感器，而由于不同的压力传感器所对应的钻头的额定压力值不同，因此对应的所述额定电压也不同，相对应的，所述电压比较部件优选的包括第一输入端和第二输入端，所述第一输入端连接所述电压放大器，所述第二输入端优选的与电位调节部件连接，所述电位调节部件用于调节所述额定电压的大小，这里的电位调节部件可以通过设置于其上的转柄实现对所述额定电压大小的调节。这样，就能根据钻头的规格型号不同而在一定范围内设置成不同的额定电压值，以实现对于不同规格型号的钻头的压力检测，然后与对应的额定压力进行比较，当钻头超出额定压力时开始计时，将计时的数据每隔一个计时周期记录存储在存储部件中，得到钻头超出额定压力的总时间，从而为钻头的工作性能提供重要的参考数据。

而且，对应于上述能够输出高低电平信号的电压比较器，所述第一控制部件，也就是此实施例中的第一单片机优选的包括电平信号输入口，所述第一单片机用于当接收到所述高电平信号时开始计时，而当接收到所述低电平信号时不计时。这种优选方案利用高低电平之间的区别来实现对是否开始计时的控制，具有精准、误差小的优势。

作为一个优选方案，所述计时存储单元与所述显示单元之间为可拆卸式的连接。如果将两个单元集成在一起，就需要采用一个供电电源为所有器件同时供电，必然增加功耗，而且液晶屏占用的空间较大也不利于安装到钻头内部。而本优选方案将整个装置分成上述两个单元，每个单元都可以优选的有各自的供电电源：第一电源和第二电源，其中，如图2所示，所述第一电源306分别与所述压力感应与转换部件、所述电压放大部件、所述电压比较部件、所述第一控制部件和所述存储部件连接，所述第二电源403分别连接所述显示部件和所述第二控制部件。将该装置拆分成两个可拆卸式连接的单元之后，当钻头下井时，就可以将二者拆分开来，只将计时存储单元安装到钻头上，进行测量计时工作，这时就只需要利用第一电源为该计时存储单元供电，而当计时完毕上井后，就可用显示单元与计时存储单元通过接口相连，读取并在液晶屏上显示所采集的计时数据，此时第二电源才开始发挥为显示单元供电的作用。综上所述，该优选方案能够有效地减小装置的体积和功耗，便于其安装在钻头装置中，用于井下长期作业，而不对钻头的工作和机械性能产生不利影响。

优选的，在上述钻头受力计时装置中，如图2所示，所述计时存储单元还包括：与所述存储部件连接的第一接口307；所述显示单元还包括：与所述第二控制部件连接的第二接口404；所述第一接口307和所述第二接口404相匹配。利用该第一接口和第二接口之间的配合，就能够实现两个单元之间的通讯，其优点是：收集计时数据的过程中只需要将计时存储单元安装在钻头上，占用空间小，而数据收集完毕之后，利用第一接口和第二接口之间的通讯，将计时存储单元中的数据传输到显示单元中，就能对数据进行显示，可见这种分工协作的工作关系有效的节省了能源，占用空间小，具有明显的有益效果。

作为一个优选方案，上述装置还包括：电路板，用于固定所述电压放大部件、所述电压比较部件、所述第一控制部件和所述存储部件。这样就能将上述部件都设置成一个整体，结构更坚固。

另外，上述装置还包括：设置于所述电路板、所述压力感应与转换部件和所述第一电源的外周部的密封外壳，而且该密封外壳可以优选为圆柱形的金属外壳，在这种情况下，密封外壳置于钻头的内部，压力传感器、电路板、第一电源、第一接口按照从上至下的次序固定在密封外壳内。外壳内部进行密封，该密封外壳用于载荷是稀泥浆的场合，能够防止泥水渗入到壳体内部而造成电路短路。整个装置紧凑、体积小，不影响钻头装置的工作和机械性能。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种钻头受力计时装置，其特征在于，包括计时存储单元和显示单元，其中，所述计时存储单元包括：

与钻头连接的压力感应与转换部件，用于将感应到的钻头压力信号转换为第一电压信号；

与所述压力感应与转换部件连接的电压放大部件，用于将所述第一电压信号放大为第二电压信号；

与所述电压放大部件连接的电压比较部件，用于比较所述第二电压信号与额定电压，其中，所述额定电压是与所述钻头的额定载荷对应的电压；

与所述电压比较部件连接的第一控制部件，用于当所述第二电压信号大于所述额定电压时开始计时；

与所述第一控制部件连接的存储部件，用于存储所述计时的结果；

所述显示单元包括：

第二控制部件，用于控制所述计时结果的读取；

显示部件，用于读取并显示所述计时结果。

2.根据权利要求1所述的钻头受力计时装置，其特征在于，所述计时存储单元与所述显示单元之间为可拆卸式的连接。

3.根据权利要求1所述的钻头受力计时装置，其特征在于，所述电压比较部件包括电平信号输出口，用于当所述第二电压信号大于所述额定电压时输出高电平信号，否则输出低电平信号；

所述第一控制部件包括电平信号输入口，所述第一控制部件用于当接收到所述高电平信号时开始计时，而当接收到所述低电平信号时不计时。

4.根据权利要求1所述的钻头受力计时装置，其特征在于，

所述计时存储单元还包括：与所述存储部件连接的第一接口；

所述显示单元还包括：与所述第二控制部件连接的第二接口；

所述第一接口和所述第二接口相匹配。

5.根据权利要求1所述的钻头受力计时装置，其特征在于，所述电压比较部件包括第一输入端和第二输入端，所述第一输入端连接所述电压放大部件，所述第二输入端与电位调节部件连接，所述电位调节部件用于调节所述额定电压的大小。

6.根据权利要求1-5任一项所述的钻头受力计时装置，其特征在于，还包括第一电源，所述第一电源分别与所述压力感应与转换部件、所述电压放大部件、所述电压比较部件、所述第一控制部件和所述存储部件连接。

7.根据权利要求6所述的钻头受力计时装置，其特征在于，还包括：电路板，用于固定所述电压放大部件、所述电压比较部件、所述第一控制部件和所述存储部件。

8.根据权利要求7所述的钻头受力计时装置，其特征在于，还包括：设置于所述电路板、所述压力感应与转换部件和所述第一电源的外周部的密封外壳。

9.根据权利要求1-5任一项所述的钻头受力计时装置，其特征在于，所述显示单元还包括第二电源，所述第二电源分别连接所述显示部件和所述第二控制部件。

10.根据权利要求1-5任一项所述的钻头受力计时装置，其特征在于，所述压力感应与转换部件与所述钻头之间为可拆卸式的连接。