JPS62242091A - 掘削負荷自動制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は坑月掘削方法に係り、特に掘削負荷を自動調整
して掘削する掘削負荷自動制御方法に関する一ｂのであ
る。

［従来の技術］ 海上石油掘削リグ、海上鉱物資源掘削リグ及び陸上石油
掘削リグなと坑井を掘削する場合、掘削用ビットを回転
しながら、その細則用ビットの自重を利用して降下掘進
させ坑井を掘削している。

この坑井掘削において、地中内の層は掘削方向で一様で
なり、ソのため掘削用ピッ１〜の回転９荷も地層により
様々に変化する。

従来、この掘削用ビットを回転駆動させるには、ロータ
リーマシン用電動機や内燃機関などがあり、その電ｆｌ
Ｉ機や内燃機関の負荷を、トルク計などを見ながら手動
で負荷調整を行っていた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、手動のため負荷調整が正確に行えず、過
負荷によるロータリーマシン用電動機の停止ヤ侃削用ビ
ットが過摩耗したり、掘削用ピッ］・を支持するドリル
バイブが曲がってしまうなど様々の問題を生じる。

本発明は、上記事情を考＋１してなされたもので、掘削
用ビットを回転駆動するにおいて、その回転負荷が過負
荷とならないよう自動的に負荷調整できる掘削負荷自動
詞０ＩＩｆＪ法を提供することを、目的とする。

１問題点を解決するための手段及び作用］本発明は、上
記の目的を達成するために、掘削用ビットを回転駆動手
段で回転すると共にその掘削用ビットを掘進駆動手段で
降下掘進させて坑井を掘削する方法において、上記回転
駆動手段の負荷を検出し、その負荷に応じて上記掘進手
段での降下掘進速度を！、ＩＩ　ＩＩＩするようにした
もので、回転駆動手段の負荷が大きいときは、掘進駆動
手段で掘削用ビットの降下掘進速度を遅くして負荷が増
大しないようになし、また負荷が小さいとぎは、掘進駆
動手段で掘削用ビットの降下掘進速度を速くして所定の
負荷となるようにしたもので、回転駆動手段の負荷を検
出し、その負荷が所定値となるよう掘進駆動手段での掘
削用ビットの降下掘進速度を調整することで、回転駆動
手段の過負荷を防止できると共に掘削用ビットの過摩耗
やドリルバイブの曲がりを防止し、効率の良い坑井掘削
を自動的に行うようにしたものである。

［実施例］ 以下本発明に係る掘削負荷自動制御方法の好適実施例を
添付図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の方法を実施する装置を示し、図にＪ３
いて１は櫓で、掘削１べさ・地盤２士に設置される。

櫓１にはドリルバイブ３が上下移動自在に設けられ、そ
の先端に掘削用ビット４が取り付けられる。ドリルバイ
ブ３の上端にはワイヤ５が連結され、そのワイヤ５が、
櫓１の上部に設けた滑市６に掛Ｉプられると共に掘進駆
動装置であるド【コ１−ワークス用直流電動機７のドラ
ム８にさき付けられている。

櫓１内にはドリルバイブ３を介して掘削用ビット４を回
転する回転駆動手段であるロータリーマシン用型１ＦＩ
Ｉ！１９が段番プられ、その電動Ｉａ９の駆動歯巾１０
よりドリルバイブ３に設りた被動歯型１１を介してドリ
ルバイブ３を回転し、掘削用ピッ］−４を回転駆動する
ようになっている。

ロータリーマシン用型！ＩＪＪ　ｍ　９の負荷は、負荷
調整制御回路１２により検出され、イの負荷に応じてド
ローワークス用直流電動１７の回転数をｆｌｄＪ　Ｉｌ
ｌする回転速度制御装置１３に出力され、負荷に応じて
ドローワークス用直流電動機７の回転数を制御し、ワイ
ヤ５を介して掘削用ビット４の降下掘進速度を制御する
ようになっている。

負荷調整制御回路１２はロータリーマシン用電動機９の
電源ケーブル１４を通る入力電流を検出する電流検出器
１５と、その電流検出器１５の検出値に応じた速度信号
を回転速度制御装置１３に信号線１６を介して出力する
ｗ４整回路１７とから構成される。

この負荷ＩＩ！’！制御回路１２を第２図によりさらに
詳しく説明する。

電流検出器１５で検出される電ＦＩｌ値は、ロータリー
マシン用電動機９の負荷電流に比例した値として検出さ
れ、この電流値が抵抗器１８により電圧値の入力信号ａ
として減算器１９に入力される。

減ｑ器１９には正電源に接続された可変抵抗器からなる
電流基準器２０が接続され、その電流基準器２０にＪ：
リロータリーマシン用電動機９の定格負荷状態時の負荷
電流値に対応する電流基準電圧の信号すが減口器１９に
入力される。減算器１９は電流検出器１５の入力信号ａ
と電流基へ？器２０で設定した電流基準ｍ号すを減算し
てドローワークス用直流電動機７の過負荷電流分に対応
する４３　Ｎ　Ｇを積分？Ａ２１に出力する。

積分器２１はロータリーマシン用電動機９の過負荷状態
が続けば過負荷電流分に対応する電圧信号を積分し、定
格負荷以下になれば、その分減少させるもので、その出
力信号ｄが上限比較器２２及び■限比較器２３に入力さ
れる。

上限比較器２２には正電源に接続された可変抵抗からな
る上限基準器２４が接続され、上限基準器２４より、予
め設定された【］−タリーマシン用電動機９の過負荷耐
重に対応する上限基準電圧の信号ｅが上限比較器２２に
入力される。この上限比較ｉ！！ｉ　２２は、積分器２
１の信号ｄが上限基準器２４で設定された信号ｅよりも
大きければ上限リレーコイル２５を励磁し、ぞの上限リ
レー接点２Ｇを閉じるＪ：うになっている。

また下限比較器２３には、正電源に接続された可変抵抗
からなる下限基準器２７が接続され、その下限基準器２
７より予め設定された（コータリーマシン用電動機９の
定格負荷に対応する下限基準電圧の信号ｆが下限比較器
２３に入力される。この下限比較器２３は、積分器２１
の信号ｄが下限基準器２７で設定された信号ｆよりも小
さければ下限リレーコイル２８を励磁し、その下限リレ
ー接点２９を閉じるようになっている。

上限リレー接点２６には正電源に接続された可変抵抗か
らなる充電器３０が接続され、上限リレー接点２６が閏
じられたときに、充ｆｆｆｉ３３０の電位が積分器３１
に入力され、積分器３１の電位が一定的に上昇していく
。また下限リレー接点２９には、負電源に接続された可
変抵抗からなる放電器３２が接続され、下限リレー接点
２９が閉じられたとぎに積分器３１の電位を一定的にＦ
降させていく。

積分器３１の出力信号ｇは、減算器３３に入力される。

減算器３３には、正電源に接続された可変抵抗からなる
速度基準器３４が接続され、その速度Ｍ準器３／Ｉより
、ドローワークス用直流゛市動機７の定格回転数のワイ
ヤ繰り出し速度に対応した速度基準電圧の信号りが減算
器３３に入力される。

減Ω′／４３３は、速度基準器３４の信号りから、先は
どの積分器３１よりの信号９を減算し、その結果を速度
信号ｉとして回転速度ｔ１１１ｉ１装置１３に出力する
ようになっている。

以上において、第１図に示すように掘削用ビット４Ｇよ
、回転駆動手段であるロータリーマシン用型＠１１９に
より回転され、同時に掘進駆動手段であるドローワーク
ス用直流電動機７及びそのドラム８よりワイＶ５の繰り
出し速度がｆｉ４１１１されながら地中を掘削しながら
降下掘進する。

この坑井の掘削において、ロータリーマシン用型ｆＩＪ
機９の負荷が、負荷調整制御回路１２の電流検出器１５
により検出され、その検出値により調整回路１７が負荷
に応じた速度信号を信号線１６を介して回転速度制御装
置１３に出力し、【］−タリーマシン用電電ｌＪＪＩＡ
９の負荷が定格負荷の範囲になるよう、そのドローワー
クス用直流電動ｔ１１７の回転速度が制御され、掘削用
ビット４の降下掘進速度が制御される。

すなわら、ロータリーマシン用電動１１１９の負荷が過
負荷となった場合には負荷調整制御回路１２は掘削用ビ
ット４の降下掘進速度が遅くなるよう、また負荷が定格
より低い場合には降下掘進速度が速くなるよう調整する
。

これを第２図及び第３図の信号の電圧波形図に従って詳
しく説明する。

第３図は第２図に示した負荷調整制御回路１２の各信号
ａ−ｉの各電圧波形変化を示したものである。

先ずロータリーマシン用電動１ｍ１９の負荷に比例した
信号ａが、電流検出器１５で検出され、減算器１９にて
電ｉ基準器２０の信＠ｂで減算される。

今、たとえば第３図のグラフ（Ａ）に示すように入力信
＠ａが変化したとし、その信＠ａを基準信号すで減算し
た場合、減算器１９の出力信号Ｃはグラフ＜８）に示し
たようになる。

この出力信号Ｃが積分ｉ１！ｉ２１で積分された信号ｄ
　Ｇ、ｌｔグラフ（Ｃ）で示した電圧波形となり、それ
が上限比較器２２と下限比較器２３に入力されるため、
各比較器２２．２３は、その下限基準電圧信号Ｃと下限
基準電圧信号ｆとを比較する。信号ｄが上限基準電圧信
＠ｅを越えた過負荷信＠ｄ１のとき、上限比較器２２は
、リレー接点２６を閏じ、その結果、積分器３１は、そ
の出力ｑがグラフ（［〕）が示すように、今までゼロ電
位であった信号より、充電器３０で入力される電位をリ
レー接点２６がｌじている間積分して電位が徐々に上昇
した信号ｇ１を減算器３３に出力する。

次に、減算器３３は、グラフ（Ｅ）が示すＪ：うに、今
まで定格の速度信＠１０から徐々に電位が下がった信号
１１を出力し、その結果ドローワークス用直流電動機７
の回転速度を定格より落し、掘削用ビット４の降下掘進
速度を設定速度Ｊ、り遅くする。

掘進速度が遅くなることにより、【］−タリー７シン用
電動機９にかかる負荷は低減され、従ってグラフ（Ｃ）
に示すように１１時間後は下限基準電圧信号ｅより下が
り、以後ｆｉｖ１が下限基準電圧信号ｆより低くなるま
での時間ｔ２は、そのままの速度信号１２に対応した時
下掘進速度で掘削する。そして下限基準電圧信号ｆより
低い信号ｄ２になったとぎ下限比較器２３は下限リレー
接点２９を閉じ、積分ｉ１！Ｉ３１のそれまでの信号Ｑ
２を減少さＵ、低負荷の信号ｄ２が下限基準電圧信号ｆ
を越えるまでのｔ３時間積分し、グラフ（Ｅ）が示すよ
うにその速度信号ｉを増加した信号ｉ３とし、以後負荷
信号ｄが下限基準電狂信＠ｆを越えたならば、減算器３
３の減少積分が停止され、停止されたときの速度信号ｉ
４に応じた時下掘進速度で掘削される。

このＪ、うにロータリーマシン用電動機９の負荷を検出
し、負荷に応じて掘削用ビット４の降下掘進速度を調Ｗ
１することでロータリーマシン用電動機９にかかる負荷
を常時定格値に調整することができる。

第４図は本発明の他の実施例を示すものである。

第１四の実施例においては回転駆動手段としてロータリ
ーマシン用電動機９を用いる例で説明したが、本例にＪ
３いては回転駆動手段としてロータリーマシン用内燃機
関３５を用い、その負荷を軸トルク−電流変換器３６で
検出する例を示す。

この場合の負荷調整制御回路１２は、第５図に示ずよう
に、その調整回路１７は、第２図に示した例とＩｉ’ｉ
＋−であり、その減算器１９に入力する９荷入力Ｍ　＠
　ａが、電流抵抗器１８から軸トルク−電流変換器３６
の負荷入力信号ａ１に変えて構成すればよい。

また第５図の負荷ｗＪ整制御回路１２の各信号ａ１−・
ｉの電圧波形図は第６図に示したとおりであり、グラフ
（Ａ）で示Ｊようにロータリーマシン用内燃機関３５の
負荷が軸トルク−電流変換器３６の入力信′ｒ３ａ１と
して検出される他は第３図で説明したとおりである。

第７図は本発明のさらに他の実施例を示すもので、回転
駆動手段として［１−タリーマシン用内燃曙関３５を用
い、さらに掘進駆動手段としてド【］−ワークス用内燃
機圓３７を用いた例を示す。

この場合、ロータリーマシン用内燃機関３５の負荷は、
第４図の実施例と同様軸トルク−電流変換器３６で検出
されるが、負荷調整制御回路１２ａの調整回路１７ａか
らの速度信号は、空気信号ライン３８を介してドローワ
ークス用内燃機関３７に伝達され、その内燃機関３７の
燃料供給系及び吸気系の制御がなされて回転速度が制御
されるようになっている。

第８図は、第７図の負荷調整ｌｌ１ｔ１１回路１２ａの
詳細を示すもので、基本的には第２図の例と略同−であ
るが、ロータリーマシン用内燃機関３５の負荷が軸トル
ク−電流変換器３６で検出され、その人力信＠ａ１が減
ｎ器１９に入力される点及び掘進速度制御のための減算
器３３の速度信号ｉが電圧−空気変換器３９に入力され
、速度信号ｉに対応した電圧が空気信号ｊとして第７図
の空気信号ライン３８を介してドローワークス用内燃機
関３７に出力される点が第２図の例と相違するだけで他
は第２図と同一である。

本例にＪ３ける負荷ｗＡｐｉＩＩｌＩ１１回路１２ａの
各信号０１〜ｊは第９図に示したとＪ３っで、グラフ（
Δ）〜〈１−）までは第６図の例と同一であるが、グラ
フ（Ｅ）で示す減算器３３の速度信号ｉがその電圧変化
に対応し、グラフ（Ｆ）で示すように空気圧変化の空気
信号ｊとして出力される点が相違する。。

本例においては回転駆動手段及び掘進駆動手段が内燃機
関で構成されるので、大電流を必要とせず、電力源の乏
しい海上石油Ｂ削リグや海上鉱物掘削りグなどの坑井掘
削に最適である。

［発明の効果１ 以上詳述してきたことから明らかなように本発明によれ
ば次のごとぎ優れた効果を発揮する。

＋１）　　Ｉｉ削用ビットを回転する回転駆動手段の負
荷を検出し、イの負荷に応じて掘削用ビットを時下掘進
させる掘進駆動手段を制御づ゛るＪ：うにしたので、そ
の回転駆動手段の過負荷を自動的に防止できる。

（２）　　回転駆動手段が過負荷となることがないので
、掘削用ピットの過摩耗が防止できると共にドリルパイ
プの曲がりを防止できる。

（３）　　負荷を自動調整できるので、効率の良い坑井
掘削化が図れると共に自動化により安全性が自重づる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施する装置の一例を示す図、
第２図は第１図の負荷調整制御回路の詳細図、第３図は
第２図の回路の各信号の電圧波形を示す図、第４図は第
１図の装置の他の例を承り図、第５図は第４図の負荷調
！ｌ！！制御回路の詳細図、第６図は第５図の回路の各
信号の電圧波形を示す図、第一７図は第１図の装置のさ
らに他の例を示ず図、第８図は第７図の０荷調整制御回
路の詳細図、第９図は第８図の各信号の電圧及び空気圧
波形を示す図である。 図中４は掘削用ピット、７は促進駆動手段であるドロー
ワークス用直流電動機、９は回転駆動手段であるロータ
リーマシン用電動機、１２は負荷調整制御回路である。 ４・・・オ忌肖’＋ＷＩＦ：−ット 第１図 第２図 第３図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 掘削用ビットを回転駆動手段で回転すると共にその掘削
   用ビットを掘進駆動手段で降下掘進させて坑井を掘削す
   る方法において、上記回転駆動手段の負荷を検出し、そ
   の負荷に応じて上記掘進手段での降下掘進速度を制御す
   るようにしたことを特徴とする掘削負荷自動制御方法。