[發明專利]用于控制鉆鑿參數的設備及方法

有效

• 申請號: 200580039468.0
• 申請日: 2005-11-29
• 公開（公告）號: CN101076654A
• 公開（公告）日: 2007-11-21
• 發明（設計）人: M·彼得松
• 申請（專利權）人: 阿特拉斯科普科鑿巖機股份公司
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 范莉

技術領域

本發明涉及在鑿巖期間用于控制鉆鑿參數的設備及方法。

背景技術

在鑿巖時，經常使用通過一個或多個鉆柱組件與鉆機相連的鉆具。鉆鑿可以以多種方式執行，譬如旋轉式鉆鑿，其中利用高壓將鉆具壓向巖石，然后利用譬如由碳化鎢制成的硬金屬元件來壓碎巖石。執行鑿巖的另外一種方式是使用沖擊式鉆機，其中鉆柱在活塞沖擊的位置配備有釬尾(drill?steel?shank)，由此將沖擊脈沖通過鉆柱傳遞給鉆具，然后進一步傳遞至巖石。沖擊式鉆鑿與鉆柱的旋轉相結合，以便鉆頭的鉆頭元件在每次沖擊時總是擊打新巖石(譬如，并不擊打前次沖擊所產生的鉆孔)，這樣增加了鉆鑿的效率。

使用旋轉式鉆鑿的問題在于，在某些情況下，鉆頭(鉆頭的鉆頭元件)可能“卡”在巖石中，由此鉆頭在鉆柱由于系統慣性而繼續旋轉的同時卻停止旋轉。這樣導致了鉆柱中的扭轉振動，該扭轉振動進而成為傾向于使鉆具和/或鉆柱和/或鉆機的接頭發生松散(脫離)的松散(脫離)力的源頭，因為這些接頭通常由帶螺紋的接頭構成，其可能由于上述松散力而松脫。接頭的松開會導致破壞性的發熱并毀壞螺紋。

發明內容

本發明的一個目的在于提供一種用于控制鉆鑿參數的設備，該設備能夠解決上述的問題。

本發明的另一目的在于提供一種用于控制鉆鑿參數的方法，該方法能夠解決上述的問題。

通過以下技術方案所限定的用于控制鉆鑿參數的設備和方法，這些及其他目的按照本發明能夠得以實現。

按照本發明，上述目的可以通過一種在鑿巖期間用于控制鉆鑿參數的設備而得以實現，其中該設備被布置為鉆具可通過一個或多個鉆柱組件與鉆機相連。該設備包括譬如旋轉馬達的裝置，用于在鉆鑿期間旋轉鉆具并對從以下組中選擇的一個或多個結構之間的緊固接頭提供緊固轉矩：鉆具、一個或多個鉆柱組件以及鉆機。上述設備還被布置為基于可用的緊固轉矩來控制鉆具的轉速。

這樣的優點在于，當將接頭保持在一起所需的緊固轉矩取決于轉速而定時，鉆柱的轉速可以降低，以致可用的緊固轉矩也變得足以將接頭保持在一起。

此外，這樣的優點在于，本發明可較好地適用于所謂的啟動鉆鑿(start-up?drilling)或打眼過程。由于在啟動鉆鑿期間使用了較小的進給力，既然緊固轉矩與進給力相關，所以這樣也會影響可用的緊固轉矩。通常，將轉速設定為與完全鉆鑿期間的沖擊壓力相適應，該沖擊壓力通常又連同完全鉆鑿期間所用的進給壓力一起使用。如此，將基于顯著大于啟動鉆鑿期間的可用緊固轉矩來確定轉速，這樣增加了上述的產生松散轉矩的風險，由此可能發生對鉆柱的損壞。與此相反，利用本發明，轉速得以降低并與可用的緊固轉矩相適應，由此避免了松散和與其相關的損壞。

可用的轉矩可以作為旋轉壓力的函數而獲得。這樣的優點在于，可以以簡單的方式獲得可用的緊固轉矩。

上述設備還可以包括用于將鉆具壓在巖石表面上的進給裝置，其中上述設備可以進一步被布置為，通過增大/減小進給壓力來增大/減小可用的緊固轉矩。

上述設備可以進一步被布置為，通過感測、監測、測量或計算從而連續地和/或以一定間隔獲得旋轉壓力，并將所獲得的旋轉壓力與鉆具當前轉速所需的旋轉壓力相比較，如果當前壓力小于所需壓力，則降低鉆具的轉速。這種比較可以利用所需旋轉壓力與鉆具轉速之間的關系式來執行，和/或利用包含所需旋轉壓力與鉆具轉速之間關系式的一覽表來執行。

這樣的優點在于，在整個鉆鑿處理期間，可以確保轉速相對于旋轉壓力而言不會過高。

上述設備可以進一步被布置為，利用進給壓力來控制轉速。

本發明還涉及類似的方法，由此可獲得與上述相一致的優點。所述方法為在鑿巖期間用于控制鉆鑿參數的方法，其中鉆具可以通過一個或多個鉆柱組件與鉆機相連，該鉆具在鉆鑿期間發生旋轉并且緊固轉矩被提供給從以下組中選擇的一個或多個結構之間的緊固接頭，所述組包括：鉆具、一個或多個鉆柱組件以及鉆機，其中，基于可用的緊固轉矩來控制鉆具的轉速。

其他的優點，可以從本發明的多個方面獲得并通過以下具體描述而變得明顯。

附圖說明

圖1顯示了可以應用本發明的鉆機的示例。

圖2顯示了所需旋轉壓力與轉速之間關系的圖表。

圖3顯示了按照本發明的控制系統。

具體實施方式