DE2342764A1 - Verfahren und vorrichtung zur ueberwachung des verschleisses eines bohrmeissels waehrend der bohrarbeiten - Google Patents

Description

I NACHGEREICHT

Patentassessor Hamburg, den 23.8.1973

Dr. Gerhard Schupfner 770/kr

Deutsche Texaco A.G.

2000 Hamburg 76 T 73 091 (D 71,691-F)

Sechslingspforte 2

TEXACO DEVELOPMENT CORPORATION

135 East 42nd Street New York, N.Y. 10017

U.S.A.

Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung des Verschleißes eines Bohrmeißels während der Bohrarbeiten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Verschleißes eines Bohrmeißels während der Bohrarbeiten, vorzugsweise bei einer Rotary-Bohranlage, bei denen eine · in der Größe sich verändernde Last auf den Bohrmeißel ausgeübt wird, wobei eine Größe abgeleitet, die ein Maß für den Verschleiß des Bohrmeißels darstellt, sowie eine Vorrichtung zur Überwachung des Verschleißes eines Bohrmeißels während der Bohrarbeiten, insbesondere bei einer Hotary-Bohranlage, bei denen eine in der Größe sich ver-

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ändernde Last auf den Bohrmeißel ausgeübt wird, und mit einer Einrichtung zur Darstellung der Verschleißerscheirmngen des Bohrmeißels.

Bei Bohrarbeiten mittels einer Rotary-Bohranlage, z.B. nach Öl, wird ein Bohrmeißel, der am unteren Ende eines Bohrstranges angeordnet ist, auf den Grund einer Bohrung abgesenkt. Das Gewicht bzw. die Last des gesamten Bohrstranges, der einen oder mehrere schwere Bohrkragen kurz oberhalb des Bohrmeißels aufweist, ist sehr groß, und normalerweise in tausenden von Kiloponds gemessen. Diese Last wird auf der Plattform als Hakenbelastung des Unterblockes des Flaschenzuges der Bohranlage ermittelt. Wenn der Bohrmeißel stillsteht oder auf dem Grunde des Bohrloches bohrt, wird ein Teil der Gesamtlast des Bohrstranges von der Erdformation unterhalb des Bohrmeißels aufgenommen bzw. gehalten, während der verbleibende Rest weiterhin vom Haken gehalten wird und somit auf die Bohranlage eine reduzierte Hakenlast wirkt. Die Größe dieser den Haken entlastenden Kraft stellt die Abwärtskraft oder Drucklast des Bohrmeißels auf die Erdformation dar. Dieser Unterschied in der Hakenlast wird als Bohrmeißellast bezeichnet und üblicherweise in Kilopond gemessen.

Nachdem ein Bohrmeißel über eine entsprechende Zeit im Einsatz war, ist er verschlissen, mit dem Ergebnis, daß optimale Bohrgeschwindigkeiten nicht mehr aufrecht zu erhalten

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sind- Kontinuierliches Arbeiten unter diesen Bedingungen ist kostspielig. Der fortgesetzte Gebrauch eines an sich verschlissenen Bohrmeißels kann zu einem Bruch bzw. Ausfall des Bohrmeißels führen, mit der Möglichkeit, daß Teile des Bohrmeißels im Bohrloch verbleiben und für die nachfolgenden Bohrarbeiten ein Hindernis bilden. Aus diesem Grunde ist es für den Bohrmeister von Interesse, den Grad des Verschleißes des Bohrmeißels während der Bohrarbeiten überwachen zu können, um die Bohranlage mit möglichst größter Effizienz zu bedienen.

Die Stärke des Verschleißes am Bohrmeißel kann als Produkt der auf den Bohrmeißel einwirkenden Last, die in Kilopond ausgedrückt werden kann, und dem Betrag der Drehbewegung (oder Winkelbewegung), gemessen in Umdrehungen, die der Bohrmeißel ausgeführt hat, gemessen werden; genauer ausgedrückt kann die Stärke bzw. das Ausmaß des Verschleißes als Produkt der während eines bestimmten Zeitintervalles auf den Bohrmeißel einwirkenden Last und dem Betrag der Drehbewegung, die der Bohrmeißel während dieses bestimmten Zeitintervalles ausführt, gemessen werden, worauf das gleiche Produkt für einen nachfolgenden Zeitintervall bestimmt wird und wieder für einen späteren Zeitintervall usw., worauf dann sämtliche Produkte dieser Zeitintervalle zur Erlangung eines Kilopond-Umdrehungs-Produktes für die gesamte Zeit, die der Bohrmeißel sich auf dem Grunde des Bohrloches bewegt, summiert werden. Die vorliegende Erfin—

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dung beinhaltet ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Erstellen von Messungen von der Bohrplattform aus und Ableiten einer Größe von diesen Messungen, die ein Maß für den Verschleiß des Bohrmeißels darstellt.

Es soll bemerkt werden, daß zur Erzeugung und Aufzeichnung analoger Signale, die eine Darstellung für die auf den Bohrmeißel einwirkende Kraft, die vom Bohrmeißel vollführten Umdrehungen sowie das Produkt dieser Größen darstellen, verschiedene Wege vorgeschlagen wurden. Die vorliegende Erfindung jedoch schafft ein überlegenes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Erledigung dieser Zielvorstellungen in einer Art und Weise, die speziell zur Ableitung der Eingangsgrößen anwendbar ist von der an sich bekannten Bohranlagen-Ausrüstung. Mit Hilfe der Erfindung läßt sich bedeutend genauer arbeiten als mit den bekannten Systemen, was daher rührt, daß bei der vorliegenden Erfindung die Summe der inkrementalen Produkte anstelle des einfachen Produktes jedes speziellen Wertes der Last mal der Umdrehungen genommen wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Messung des Produktes aus der Last und der Drehbewegung (oder Winkelbewegung) wie folgt erhalten. Für jeden Anteil bzw. jedes Inkrement vorgewählter Größe der Prehbewegung des Bohr-

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meißeis wird ein Tor-Signal von vorgewählter Zeitdauer initiert. Zur gleichen Zeit wird kontinuierlich eine Impulsreihe erzeugt, die eine Impulsrate aufweist, die proportional zu der auf den Bohrmeißel einwirkenden Last ist. Die Impulsreihe wird kontinuierlich in eine Zähleinrichtung für diese Impulse eingegeben, wobei die Zähleinrichtung in der Lage ist, nur während des Zeitintervalles, da ein externes Tor-Signal an die Zähleinrichtung angelegt ist, solche Impulse zu registrieren; d.h. mit anderen Worten ausgedrückt, nur während des Anliegens eines solchen Tor-Signals an einem Eingang der Zähleinrichtung. Jedes der vorgenannten Tor-Signale von vorgewählter Zeitdauer ist als externes Signal an die Zähleinrichtung angelegt, wodurch die Zähleinrichtung in die Lage versetzt wird, sämtliche innerhalb dieser Zeitdauer jedes der Tor-Signale auftretenden Impulse zu registrieren. Die Anzahl der auf diese Weise durch die Zähleinrichtung während des Anliegens jeden Tor-Signals registrierten Impulse, stellt eine digitale Zahl dar, deren Größe eine Messung, d.h. eine digitale Wiedergabe, des Produktes eines Inkrementes der Drehbewegung des Bohrmeißels und der auf den Bohrmeißel ausgeübten Last ist. Ein solches Produkt ist ein Maß für den Verschleiß des Bohrmeißeln während eines jeden dieser Drehbewegungs-Inkremente.

Die Ges-imtonzahl der während des Anliegens all dieser Tor-Signal« von der ZähleLniichtun.^ registrierten Impulse ist

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eine digitale Wiedergabe der Summe der Produkte aus der Last auf den Bohrmeißel mal der Größe der Drehbewegung, die der Bohrmeißel mit jeder dieser auf ihn einwirkenden Last vollführt. Der Bohrmeißel-Verschleiß wird durch eine solche Summenbildung der Produkte gemessen, und daher auch durch die Gesamtanzahl der durch die Zähleinrichtung registrierten Impulse.

Die Anteile der Drehbewegung des Bohrmeißels werden stets in der gleichen vorgewählten Größe genommen und korrespondirend dazu sind die Signale, die für jeden dieser Anteile eingeleitet werden, von gleicher vorgewählter Zeitdauer.

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, mit der kontinuierlich der Verschleiß des Bohrmeißels dargestellt werden kann.

Weiterhin wird durch diese Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, mit der kontinuierlich an der Erdoberfläche Messungen durchgeführt werden können und kontinuierlich von diesen Messungen eine Größe abgeleitet wird, die ein Maß des Verschleißes des Bohrmeißels darstellt, so daß die Bedienungsperson in der Lage ist, den Verschleiß des Bohrmeißels zu überwachen und zu jeder Zeit die verbleibende Gebrauchsdaüer des Bohrmeißels abzuschätzen.

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Weiterhin wird durch diese Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, mit der kontinuierlich an der Erdoberfläche Messungen durchgeführt werden können und von diesen Messungen kontinuierlich eine digitale Größe abgeleitet wird, die ein äußerst genaues Maß des Bohrmeißel-Verschleißes darstellt, wobei die digitale Größe ihre äußerst genauen Werte über eine ausgedehnte Zeitdauer beibehält.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung der Bohranlage und in Blockdiagramm-Form die Art und Weise, in der das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung mit der Bohranlage verbunden sein kann, um die erwünschten Ergebnisse zu erhalten,

Fig. 2 eine detaillierte Darstellung des in Fig. 1 dargestellten Block-Diagrammes und

Fig. 3 ein Zeitablauf-Diagramm der Spannungssignale, die in dem erfindungsgemäßen System, entwickelt werden.

In Fig. 1 ist ein Bohrseil 44 dargestellt, das von einem

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Hebewerk 45 über eine Turmrolle 46 zum Unterblock 47 des Flaschenzuges geführt ist. Der Unterblock 47 hält das Bohrgestänge mittels einer Gelenkverbindung des Bohrgestänges oder einer Mitnehmerstange 48. Das am Bohrturmflur befestigte Ende des Bohrseiles oder eines toten Seilendes 50 steht zu jeder Zeit unter einer Zugbelastung, die proportional zur Last des Bohrgestänges ist, die vom Bohrseil gehalten wird, d.h. proportional zur Hakenlast. Diese Zugbelastung wird kontinuierlich von einem Hakenlast-Anzeigegerät 51 gemessen, das mit dem toten Seilende 50 am Bohrturmflur befestigt ist.

Das Bohrgestänge wird durch einen Drehtisch 52 über die Mitnehmerstange 48 in Drehbewegung versetzt. Der Drehtisch 52 wird über eine Welle 53 angetrieben, die ihrerseits von einer Antriebsmaschine 54 angetrieben wird. Die Drehgeschwindigkeit wird kontinuierlich mittels eines Wechselßtrom-Umdrehungsmessers 55» der ein integraler Bestandteil der Antriebsmaschine 54 sein kann, gemessen. Ebenso wird von dem Wechselstrom—Umdrehungsmesser 55 ein Takt-Signal an einen "Drehzahl-Kanal" an dessen Eingangsklemme 2 übermittelt, das die Vollendung jedes der vorgewählten und festgelegten Anteile der Drehbewegung (oder Winkelbewegung) des Bohrmeißels in Umdrehungen (normalerweise ein Bruchwert der Umdrehung) anzeigt.

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Ein Signal, das proportional der Anzahl der Kiloponds, die vom Bohrseil gehalten werden, d.h. der Hakenlast ist, wird vom Hakenlast-Anzeigegerät 51 einem "Kilopond-Kanal" an dessen Eingangsklemme 1 übermittelt. Nach entsprechender Umwandlung des Kilopond-Signals in eine Impulsreihe mit einer Impulsrate, die proportional zu der auf den Bohrmeißel einwirkenden Last ist, was in dem "Last/Impulsraten Konverter" 3 erfolgt, summiert eine Zähleinrichtung 5 die Impulsreihe während der Zeitspanne eines Tor-Signales auf. Ein solches Tor-Signal wird vom Takt-Signal abgeleitet, und ist ein Tor-Signal von vorgewählter und feststehender Zeitdauer, das im "Tor-Generatur" 4 entwickelt wird. Daraus folgt, daß die Gesamtanzahl der Zählvorgänge, die in einem Register 6 zu jeder Zeit gezeigt werden, ein Maß für die Gesamtanzahl der Kilopond-Umdrehungen des entsprechenden Bohrmeißels ist.

Damit das Register 6 direkt in Kilopond-Umdrehungen einliest, kann man es entweder experimentell eichen oder eine gefundene Apparat-Konstante benutzen, nämlich das Verhältnis der Kiloponds zur Impulsrate für den Konverter 3 und die Anzahl oder Bruchzahl an Umdrehungen des vorgewählten Inkrementes der Drehbewegung zwischen den aufeinanderfolgenden Zeittoren für den Tor-Generator 4.

Obwohl ein Fachmann andere äquivalente Einrichtungen vorschlagen könnte, sollten in Fig. 2 einige der in Fig. 1

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schematisiert offenbarten Elemente detaillierter dargestellt werden. In Fig. 2 sind die mit Fig. 1 korrespondierenden Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Das Eingangssignal für den "Kilopond-Kanal" wird auf folgende Art und Weise vom Anzeigegerät 51 für die Hakenlast abgeleitet. Ein solches Anzeigegerät weist einen Druck-Umformer (nicht dargestellt) auf, der dem toten Seilende 50 an dessen Anker zugeordnet ist. Eine Zugbelastung auf das tote Seilende 50 übt eine Querkraft auf den Druck-Umformer auf, der seinerseits ein korrespondierendes Drucksignal in einer Hydraulik-Leitung 7 entwickelt, die zu einem Umsetzer 8 führt. Der Umsetzer 8 weist ein Potentiometer 9 auf, das von einer Bourdonschen Röhrenfeder 10 und einer mechanischen Bewegungseinrichtung 11 beaufschlagt wird. Erhöht sich die .Hakenlast, erhöht sich entsprechend der Druck in der Hydraulik-Leitung 7· Demzufolge bewegt sich ein Kontakt 12 entlang der Potentiometerwindungen, mit dem Ergebnis, daß Spannung, die an dem mit dem Kontakt 12 verbundenen Ende der Windung auftritt, sich entsprechend erhöht. Die elektromotorische Kraft für das Potentiometer 9 wird von einer Batterie 13 abgegeben. Parallel zum Potentiometer 9 "und von der gleichen Batterie 13 gespeist, ist ein zweites Potentiometer 14 vorgesehen, das im Aufbau dem Potentiometer 9 entspricht. Das Potentiometer weist einen beweglichen Kontakt 15 auf, der von Hand adjustiert werden kann. λλ

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Bei Betrieb der Anlage wird der Kontakt 15 auf den gleichen elektromotorischen Wert auf dem Potentiometer 14 wie der Kontakt 12 auf dem Potentiometer 9 eingestellt, wenn der Bohrmeißel sich oberhalb des Grundes des Bohrloches befindet· Liegt der Bohrmeißel dann auf dem Bohrlochgrund auf oder ist in Aktion, reduziert sich der Druck in der Hydraulik-Leitung 7 um den Betrag, der der Last, die auf den Bohrmeißel ausgeübt wird, entspricht, und der Kontakt 12 nimmt eine neue Position ein, die eine verminderte elektromotorische Kraft entsprechend der reduzierten Haken-Last anzeigt. Der Kontakt 15 verbleibt in der vorher eingestellten Lage auf dem Potentiometer 14. Der Unterschied der elektromotorischen Kraft zwischen den Kontakten 12 und der Potentiometer 9 und 14 ist ein Gleichstromsignal, das den Unterschied in der Hakenlast vor und nach dem Absenken des Bohrmeißels auf den Bohrlochgrund darstellt, d.h. ein Vorspannungssignal, das repräsentativ für die auf den Bohrmeißel wirkende Last ist. Demzufolge ist der durch das Potentiometer 14 vorgespannte Umsetzer 8 mit dem Potentiometer 9 ein vorgespannter Last-Umsetzer.

Das so abgeleitete Gleichstromsignal wird einem herkömmlichen Gleichstrom/Frequenz-Konverter 16 zugeführt, der ein alternierendes Ausgangssignal 17 erzeugt, das eine Frequenz proportional zur Amplitude des Eingangssignals aufweist und somit proportional der auf den Bohrmeißel ein-

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wirkenden Last. Dieses alternierende Signal 77 wird der Zähleinrichtung 5 zugeführt, in der jeder positive (oder negative) Halbzyklus des alternierenden Signals gezählt wird, vorausgesetzt, daß das Tor der Zähleinrichtung 5 geöffnet ist.

Das öffnen des Tores für die Zähleinrichtung 5 wird durch die Signale von dem "Drehzahl-Kanal", wie es nachfolgend noch näher ausgeführt wird, bestimmt. Das Register 6 zeigt die Gesamtzahl der ermittelten Halbzyklen an. Es soll darauf hingewiesen werden, daß es sich hierbei um die im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebene Impulsreihe handelt.

Das Eingangssignal an der Eingangsklemme 2 des "Drehzahl-Kanals" ist direkt vom Wechselstrom-Umdrehungsmesser" abgeleitet und ist ein alternierendes Signal mit einer Frequenz, die direkt proportional der Rotationsfrequenz des Drehtisches und somit ebenfalls der des Bohrmeißels ist. Vorteilhafterweise kann ein solches Signal von den Windungen einer Drehmoment-Meßeinrichtung, wie sie in der US-PS 3 295 367 offenbart ist, bei der 30 elektrische Schwingungen pro Umdrehung der Drehtisch-Antriebswelle erzeugt werden, abgeleitet werden. Bei einer typischen Ausbildung der Antriebsanlage mit einem Getriebe, durch das auf 5 Umdrehungen der Antriebswelle eine Umdrehung des Drehtisches kommt, werden bei einer Umdrehung desselben 30 χ oder 150 elektrische Schwingungen durch den Umdrehungsmesser erzeugt.

In diesem Fall, wenn jede positive Halbwelle des Wechselst romsignaIs vom Umdrehungsmesser benutzt wird, beträgt der vorgewählte und feststehende Anteil der Drehbewegung

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1/150 einer Umdrehung. Gemäß Fig. 3 ergibt sich aus dem Signal A nach Umformung im Teil 18 des "Drehzahl-Kanals" die Form des Signals B. Das Signal B ist nahezu ein Rechteckimpuls aufgrund des Sättigungsverhaltens eines Transistors 23.

Nach Durchlaufen der Teile-durch-2-Einrichtung 28 des Teils 19 des Tor-Generators 4 erscheint die Signalform C, bei der noch jeder zweite positive Impuls des Signals B verblieb. Es ist vorteilhaft, wie nachfolgend noch näher ausgeführt, jede zweite positive Halbwelle des Wechselstromsignals anstelle jeder Halbwelle zu verwenden. Der vorgewählte und feststehende Anteil der Drehbewegung beträgt somit nur 1/75 einer Umdrehung.

Bezugnehmend auf Fig. 2 wird im Teil 20 des Tor-Generators 4 das Signal C in seiner Form verändert, so daß das in der in Impulshöhe und Impulsbreite veränderte Signal D sich ergibt. Diese Signale D werden zum Steuern eines Tores 21 benutzt, wobei jeder Eingangs-Impuls der Signalform D die Einleitung eines Tor-Impulses von vorgewählter und feststehender Zeitdauer bewirkt. In dem dargestellten Beispiel weist dieser Tor-Impuls die Signal-Form E auf und hat eine Dauer von 5 Millisekunden. Nach dieser Zeitspanne endet jeder dieser Tor-Impulse, und der nächste Impuls wird nicht eingeleitet, bevor der nächste Steuer-Impuls mit der Signal-

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form D ankommt. Die Tor-Impulse mit der Signalform E werden in einem Verstärkerteil 22 verstärkt, so daß das Signal F ■entsteht, das eine ausreichende Amplitude zur Beaufschlagung der Zähleinrichtung 5 und ebenso die gleiche vorgewählte und feststehende Zeitdauer wie das Signal E aufweist.

Der Teil 18 zur Impuls-Umformung weist einen n-p-n-Transistor 23, der in üblicher Emitter-Schaltung verknüpft ist. Der Emitter ist geerdet, der Kollektor wird von einer 20 Volt Quelle 3 über einen Widerstand 24 gespeist und die Basis ist über einen Widerstand 25 geerdet. Das Signal A wird in den impulsumformenden Teil 18 über einen Widerstand 26 und einen Kondensator 27, die in Reihe zwischen der Eingangsklemme 2 und der Basis des Transistors 23 geschaltet sind, eingeleitet.

Der Teil 19 beinhaltet einen "Teile-durch-zwei"-Arbeitsverstärker 28, der über den Widerstand 29 vom Kollektor des Transistors 23 sein Eingangssignal erhält und sein Ausgangssignal über einen Widerstand 30 dem Eingang des Teiles 20 übermittelt. Der "Teile-durch-zwei"-Verstärker 28 kann ein integrierter Schaltkreis sein, der"als Flip-Flop mit einem "Und"-Tor ausgebildet ist. Wie es nachfolgend noch näher beschrieben wird, wird in der speziellen Ausbildung der Erfindung der ⁿTeile-durch-zwei"-Verstärker benötigt, um ausreichend lange Tor-Zeiten bei." hohen Drehzahlen und leichter Bohrmeißelbelastung zu ermöglichen, so daß die Zähleinrich-

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tung eine statistisch aussagefähige Anzahl von Halbwellen des Signals 17 (vom Gleichstrom/Frequenz-Konverter 16) zählen kann. Der Konverter kann Schwingungen von 10 bis 100 KHz aufweisen.

Der Teil 20 weist zwei n-p-n-Transistoren 31 und 32 auf, die in bekannter Emitter-Schaltung verknüpft sind und deren Emitter geerdet sind. Das Eingangssignal dieses Teiles 20, das über den Widerstand 30 von Teil 19 kommt, wird an die Basis des Transistors 31 angelegt; der Kollektor wird über einen Widerstand 33 von einer 3-^volt-Q,uelle gespeist. Der Transistor 32 ist über einen Widerstand 34· mit dem Transistor 31 verbunden, wobei der Widerstand zwischen dem Kollektor des Transistors 31 und dem einen Eingang eines Kondensators 35 geschaltet ist. Das freie Ende des Kondensators ist mit der Basis des Transistors 32 verbunden. Die Basis des Transistors 32 ist außerdem über einen Widerstand 36 geerdet. Der Kollektor des Transistors wird über einen Widerstand 37 von einer 3-Volt-Quelle gespeist.

Das Ausgangssignal des Teiles 20 ist über den Kollektor des Transistors 32 direkt mit dem Eingang eines monostabilen (on-shot) Arbeitsverstärkers 38 verbunden,.der ein Element des Tor-Teiles 21 darstellt. Dieser Arbeitsverstärker 38 erzeugt jedesmal dann einen Ausgangs-Tor-Impuls vorgewählter Spannungshöhe und Zeitdauer, wenn er einen Steuer-

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Impuls an seinem Eingang erhält. Hierfür können an sich bekannte Verstärker in integrierter Bauform verwendet werden.

Die Zeitdauer des Ausgangs-Tor-Impulses wird durch den Kondensator 39 bestimmt, der an entsprechenden Eingängen mit dem Arbeitsverstärker 38 verbunden ist. Der Tor-Teil weist den Arbeitsverstärker 38 und einen Widerstand 40 auf.

Das Ausgangssignal des Arbeitsverstärkers 38 ist über den Widerstand 40 mit dem Eingang des Tor-Verstärkungs-Teils an der Basis eines Transistors 41 verbunden. Der Transistor 41 ist in üblicher Emitterschaltung geschaltet, wobei der Emitter geerdet ist und der Kollektor von einer 5-Volt-Qiielle über einen Widerstand 42 gespeist ist. Das Ausgangssignal des Teiles 22 wird über den Kollektor des Transistors 41 direkt an die Zähleinrichtung 5 übermittelt.

Wird ein neuer Bohrmeißel abgesenkt, und während er noch bei schon eingeschalteter Schlammpumpe sich über dem Bohrlochgrund befindet, erfolgt die manuelle Abgleichung des Umsetzers 8 (Fig. 2) zwischen den Kontakten 12 und 15. Die Abgleichung kann durch ein Spannungsmeßgerät 43 überwacht werden,- das parallel zu den Eingängen des Konverters 16 geschaltet ist. Diese Null-Bedingung stellt sicher, daß der

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Kontakt 15 korrekt für eine Spannungshöhe korrespondiert mit der Null-Last auf den Bohrmeißel eingestellt ist, die an den Konverter 16 angelegt wird.

Danach wird der Bohrmeißel auf den Bohrlochgrund abgesenkt und durch die einsetzende Bohrtätigkeit wird der Kontakt automatisch und kontinuierlich an entsprechenden Positionen auf dem Potentiometer 9 adjustiert, wobei die korrespondierend zur verminderten Hakenlast - wie vorbeschrieben reduzierten Spannungswerte auftreten. Daraus folgt, daß die Gleichstrom-Spannungsdifferenz zwischen den Kontakten 12 und 15 (die das Ausgangssignal des vorgespannten Last-Umsetzers ist) ein Maß für die auf den Bohrmeißel einwirkende Last darstellt. Diese Spannungsdifferenz wird kontinuierlich an den Eingang des Konverters 16 angelegt, der das Ausgangssignal 17 erzeugt, das eine Frequenz aufweist, die proportional zur Gleichstrom-Spannungsdifferenz ist und somit auch proportional zur Last, die auf den Bohrmeißel einwirkt.

Gleichzeitig, wenn der Drehtisch ( und damit auch der Bohrmeißel) rotiert, wird das vorbeschriebene Wechselstromsignal erzeugt, das (jedesmal einen Zyklus vollendet, wenn der Drehtisch einen Inkrementalschnitt der Drehbewegung vollendet. Dieses Signal wird in den "Drehzahl-Kanal" eingegeben.

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Bei Verwendung des vorherbeschriebenen Konverters werden Ausgangssignale-in einem Bereich von 10 bis 100 EHz bei Eingangssignalen in einem Bereich von 10 % bis 100 % des Endausschlages erzeugt. Am unteren Ende dieses Bereiches weist das 10 KHz-Signal eine Schwingungszeit von 0,1 Millisekunden auf. Demzufolge können bei einer Öffnungszeit des Tores von mindestens 5 Millisekunden 50 positive Halbwellen am unteren Ende des Bereiches und 500 positive Halbwellen am oberen Ende des Bereiches gezählt werden.

Der Grund dafür, daß nur jede zweite positive Halbwelle des Signales B gewählt wird anstelle jeder positiven Halbwelle, kann nunmehr erklärt werden. Für den vorbeschriebenen Fall, bei dem 150 elektrische Zyklen pro Umdrehung des Drehtisches erfolgen, und bei einer Drehzahl, die bei 2 Umdrehungen pro Sekunde liegt, beträgt dei Frequenz des Signales A und des Signales B 300/sek, was einer Schwingungsdauer von 3» 3 Millisekunden entspricht. Bei einer Toröffnungszeit von 5 Millisekunden, die durch jede positive Halbwelle des Signals B bei einer Drehzahl von 2 Umdrehungen pro Sekunde eingeleitet wird, sind die Steuer-Signale, die in Intervallen von 3i5 Millisekunden auftreten, zu dicht zusammen, um sie mit den 5 Millisekunden Tor-Öffnungszeit in Übereinstimmung bringen zu können. Daher wird nur jede zweite positive Halbwelle des Signals B verwendet. Das ergibt 6,6 Millisekunden, was zur Übereinstimmung mit den 5

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Millisekunden der Tor-Öffnungszeit ausreicht.

Ein Vorteil dieser Erfindung besteht in der verbesserten Genauigkeit, die durch die Anwendung kombinierter Analog- und Digital-Techniken zur Messung von Größen über ausgedehnte Zeiträume erreicht werden kann, im Vergleich zu einfachen Analogmethoden, wie z.B. der Integration eines Gleichstromsignals. Es ist bekannt, daß Gleichstrom-Integrationen über Zeiträume von 10 bis 20 Stunden einen Informaitonsverlust erleiden, der die Genauigkeit erheblich senkt.

Inder vorliegenden Erfindung werden Analogsignale nur für einen kurzen Intervall gespeichert, und die Umwandlung der Analogsignale in korrespondierenden Impulsreihen oder Wechselstromsignalen, zusammen mit der Verwendung von Tor-Öffnungszeiten, in denen diese Impulse oder Zyklen einer Zähleinrichtung in Intervallen zugeführt werden, die mit den Inkrementen einer WinkeIbewegung des Bohrmeißels korrespondieren, vermeidet die Anwendung einer Gleichstrom-Integration und ermöglicht die Anwendung eines Digital-Integrations-Verfahrens mit hoher Genauigkeit.

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Claims (9)

τ 73 091 D Ansprüche

1) Verfahren zur Überwachung des Verschleißes eines Bohrmeißels während der Bohrarbeiten, vorzugsweise bei einer Rotary-Bohranlage, bei denen eine in der Größe sich verändernde Last auf den Bohrmeißel ausgeübt wird, wobei eine Größe abgeleitet wird, die ein Maß für den Verschleiß des Bohrmeißels darstellt, dadurch gekennzeichnet , daß ein Signal von vorgewählter und feststehender Zeitspanne für jeden vorgewählten und feststehenden Anteil der Drehbewegung des Bohrmeißels eingeleitet wird,

daß kontinuierlich eine Impulsreihe erzeugt wird, bei der die Impulsrate proportional der auf den Bohrmeißel einwirkenden Last ist

und daß diese Impulse nur während jeder der Signal-Zeitspannen gezählt werden, wobei die Anzahl der während dieser Signal—Zeitspannen von der Zähleinrichtung registrierten Impulse ein Haß des Produktes aus der auf den Bohrmeißel einwirkenden Last und einem Anteil der Drehbewegung ist, und die Gesamt-Anzahl der während dieser Signal-Zeitspannen von der Zähleinrichtung registrierten Impulse ein Maß für die Summe der vorgenannten Produkte ist, wobei die Sunine dieser Produkte eine quantitative Anzeige des

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Verschleißes des Bohrmeißels darstellt.

2) Verfahren nach Anspruch 1 ,dadurch gekennzeichnet , daß der vorgewählte und feststehende Anteil der Drehbewegung des Bohrmeißels weniger als eine volle Umdrehung betragt.

3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet , daß die Impulsreihe ein Wechselstromsignal enthält, von dem sämtliche Abweichungen, die ein vorbestimmtes Vorzeichen aufweisen, die Impulse der Impulsreihe bilden.

4-) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ,dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Signale vorgewählter und feststehender Zeitdauer durch ein Takt-Signal von einem Vechselstrom-Umdrehungsniesser der Antriebsmaschine der Rotary-Bohranlage eingeleitet wird und daß die Impulsreihe von einer Last-Übertragungseinrichtung abgeleitet wird, die am Bohrseil zusammen mit einem Gleichstrom-/l?requenz-Konverter angeordnet ist.

5) Vorrichtung zur Überwachung des Verschleißes eines Bohrmeißels während der Bohrarbeiten, insbesondere bei einer Rotary-Bohranlage, bei denen eine in der Größe sich verändernde Last auf den Bohrmeißel ausgeübt wird, mit einer

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Einrichtung zur Darstellung der Verschleißerscheinungen des Bohrmeißels

gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung einer Impulsreihe (3)* die eine Impulsrate aufweist, die proportional der auf den Bohrmeißel ausgeübten Last ist, durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Tor-Signals, das eine vorbestimmte Zeitspanne aufweist und für jeden vorbestimmten gleichbleibenden Anteil der Drehbewegung des Bohrmeißels auftritt, durch eine Tor-Signal-Zähleinrichtung (5), die zwei Eingänge aufweist und zur Ermittlung der während jedes Tor-Signals auftretenden Impulse vorgesehen ist, und durch eine Verknüpfungseinrichtung zur Verbindung der die Impulsreihe erzeugenden Einrichtung mit einem der Eingänge der Zähleinrichtung (5) und zur Verbindung der das Tor-Signal erzeugenden Einrichtung mit dem anderen Eingang.

6) Vorrichtung nach Anspruch 5>dadurdh gekennzeichnet , daß der vorbestimmte und feststehende Anteil der Drehbewegung des Bohrmeißels weniger als eine volle Umdrehung beträgt.

7) Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6,dadurch gekennzeichnet , daß die Impulsreihe ein Wechselstromsignal enthält, von dem sämtliche Abweichungen, die ein vorbestimmtes Vorzeichnen aufweisen, die Impulse der

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Impulsreihe bilden.

8) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7 ,dadurch gekennzeichnet , daß ein Wechselstrom-Umdrehungsmesser (55) an der die Drehbewegung erzeugenden Antriebsmaschine (5^) angeordnet ist, der ein Takt-Signal erzeugt, welches das Tor-Signal einleitet, und daß zur Ableitung der Impulsreihe eine Last-Übertragungseinrichtung (8), die mit dem Bohrseil (50) in Kombination mit einem Gleichstrom/Frequenz-Konverter verbunden ist, vorgesehen ist.

9) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 his 8,dadurch gekennzeichnet , daß das Wechselstromsignal (17) eine Frequenz in der Größenordnung zwischen 10 und 90 KHz aufweist und proportional der auf den Bohrmeißel einwirkenden Last ist, daß die Zeitspanne des Tor-Signals (F) mindestens 5 Millisekunden beträgt und daß eine gesteuerte Impuls-Zähleinrichtung (5) zur rechnerischen Ermittlung der Abweichungen des Wechselstromsignals, die ein vorbestimmtes Vorzeichen aufweisen, vorgesehen ist, wobei die rechnerische Ermittlung während des jeweiligen Tor-Signals erfolgt.

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