專利名稱：開炮眼的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在鉆入巖石中初始階段期間控制鉆眼參數(shù)的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在鉆眼時(shí)，非常重要的是，以正確的方式進(jìn)行起動(dòng)。因此，在用沖擊巖石鉆機(jī)開始鉆入到巖石中時(shí)，必須確?？籽鄣牡谝徊糠志_地完成，以便使孔眼定位在預(yù)定位置并且具有正確的方向。
為了達(dá)到良好地開始鉆眼，最好在開始鉆眼(鉆桿支撐)時(shí)力求在鉆頭附近盡可能好地控制鉆桿，以及使用減小的推進(jìn)力和減小的鉆眼功率來鉆孔眼的第一部分，以便防止鉆桿在巖石的表面上滑動(dòng)。換句話說，鉆眼的重要部分，即開始或者所謂的開炮眼應(yīng)該平穩(wěn)而且細(xì)致，直到已形成足夠深的、具有正確方向的孔眼為止，此后，可使用全推進(jìn)力和鉆眼功率。構(gòu)成多么足夠深的深度在很大程度上取決于巖石品質(zhì)。例如，在使用全推進(jìn)力之前，具有許多裂縫的軟巖可需要較深的孔眼，以確保正確的方向。
在最初開始使用液壓鑿巖機(jī)時(shí)，通常，這些曾用簡(jiǎn)單直接控制的液壓系統(tǒng)來提供動(dòng)力。通過將降低的液壓供給到?jīng)_擊回路和鉆機(jī)的推進(jìn)傳動(dòng)裝置中開始鉆眼來實(shí)現(xiàn)開炮眼。在一定時(shí)間之后，或者到達(dá)一定的鉆眼深度時(shí)，該壓力曾被提高到使在鉆眼速度和鉆桿(全鉆)工作壽命之間產(chǎn)生理想平衡的數(shù)值。曾通過調(diào)整順序閥實(shí)現(xiàn)該壓力提高，并且壓力提高過程取決于液壓系統(tǒng)中的閥和導(dǎo)管。
當(dāng)后來更加現(xiàn)代化的電動(dòng)和計(jì)算機(jī)控制液壓系統(tǒng)得到使用時(shí)，初始鉆眼步驟的過程得到保持，其中使用了減小的鉆機(jī)功率和推進(jìn)力，并且在最后的鉆眼步驟，采用了全功率。在兩者之間產(chǎn)生合適的過渡段。
用于控制鉆眼參數(shù)的這種前面已知的方法示例公開在歐洲專利EP0564504中。該專利文獻(xiàn)公開了一種控制巖石鉆眼過程的方法，根據(jù)其中描述的方法，調(diào)整鉆機(jī)的沖擊力和推進(jìn)力，以使鉆眼的旋轉(zhuǎn)功率不會(huì)超過預(yù)定的極限值。
這通過在至少三個(gè)不同階段中控制鉆眼得以實(shí)現(xiàn)，其中，第一階段構(gòu)成開始鉆眼，第二階段構(gòu)成第三階段的過渡階段，而第三階段本身是正常的作業(yè)階段。根據(jù)這種方法，每個(gè)鉆眼階段的合適值被設(shè)定成對(duì)每個(gè)階段的沖擊力和推進(jìn)力均為最佳。
公開在EP0564504中的方法具有若干缺點(diǎn)。明顯的缺點(diǎn)在于，總是不能事先知道對(duì)于某一階段什么是最佳的，并且所述文獻(xiàn)沒有表明各個(gè)階段的預(yù)定推進(jìn)力和沖擊力值如何確定將是最佳的。另一個(gè)缺點(diǎn)是，在控制程序中有三個(gè)階段或者更多階段的過程不必要地復(fù)雜，因?yàn)槠渲幸环矫姹仨毚_定第一減少的階段要持續(xù)多長(zhǎng)，而另一方面，必須確定過渡階段應(yīng)該象什么。
過渡步驟應(yīng)該是平穩(wěn)的，但是不是多余地延長(zhǎng)，以避免浪費(fèi)時(shí)間，因?yàn)橐缘陀诂F(xiàn)有全功率的功率來鉆大部分的孔眼。因此，應(yīng)設(shè)定的參數(shù)形成了EP0564504中所示方法明顯的缺點(diǎn)。三個(gè)階段或者更多階段中的每一個(gè)都具有許多參數(shù)要調(diào)整，例如不同的時(shí)期、沖擊力、推進(jìn)力、鉆眼時(shí)間、鉆眼深度、速度等。此外，在鉆眼參數(shù)增量方向的不連續(xù)性可能對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的那些部分產(chǎn)生不正確的信息，自動(dòng)控制系統(tǒng)的那些部分監(jiān)控這些參數(shù)，以便檢測(cè)鉆眼可能被卡住。
因此，最好提供一種簡(jiǎn)化和改進(jìn)巖石鉆眼初始階段的方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種解決上述問題的方法和系統(tǒng)。更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明的目的是提供一種在開炮眼期間控制鉆眼參數(shù)的改進(jìn)方法和系統(tǒng)，使花費(fèi)的時(shí)間能夠最小化，以及使必須設(shè)定的參數(shù)數(shù)目最小化。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種在開炮眼期間控制鉆眼參數(shù)的方法和系統(tǒng)，以其確保開炮眼獲得預(yù)定的方向和位置。
根據(jù)本發(fā)明，通過如權(quán)利要求1所述的在初始階段控制鉆眼參數(shù)的方法和根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)達(dá)到這些和其它目的。
根據(jù)本發(fā)明，通過使用鉆機(jī)在巖石鉆眼的初始階段期間控制鉆眼參數(shù)的方法達(dá)到上述目的，由此，鉆機(jī)的沖擊壓力和推進(jìn)壓力在初始階段期間作為連續(xù)遞增函數(shù)進(jìn)行控制。
因此，參數(shù)的數(shù)目可以最少化，以包含沖擊壓力和推進(jìn)壓力的開始值和初始階段的持續(xù)時(shí)間。此外，利用初始階段的持續(xù)時(shí)間通過調(diào)整開炮眼深度來確保成功鉆眼。
根據(jù)本發(fā)明，初始階段于是包括從預(yù)定開始值到全力值的單一階段控制。這導(dǎo)致定時(shí)有效的初始鉆眼，其中消除了在多個(gè)不同階段設(shè)定不同參數(shù)的時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，控制用函數(shù)來表示，這些函數(shù)在時(shí)間上是連續(xù)的，并且具有漸增導(dǎo)數(shù)。于是，獲得連續(xù)漸增壓力，由此，初始階段便產(chǎn)生具有正確方向的炮眼的開孔操作，從而使鉆桿滑動(dòng)的危險(xiǎn)最小化。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，所述連續(xù)函數(shù)用指數(shù)函數(shù)來表示。這樣可以采用所熟知的算術(shù)函數(shù)，因?yàn)樵摵瘮?shù)能容易地編程和儲(chǔ)存。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，在開炮眼階段期間監(jiān)控推進(jìn)壓力，因此如果減震壓力確實(shí)沒有超過減震器的空轉(zhuǎn)壓力，則限制沖擊壓力。因此確保，當(dāng)鋼鉆桿尾不在沖擊位置時(shí)，鉆機(jī)的沖擊壓力便被限制。這種監(jiān)控例如可以通過RPCF函數(shù)(旋轉(zhuǎn)壓力控制推進(jìn))來進(jìn)行，沖擊壓力值在優(yōu)選的實(shí)施例中可被限制在沖擊壓力開始值。另一方面，當(dāng)推進(jìn)壓力低于預(yù)定水平時(shí)，沖擊壓力可以降低。
本發(fā)明還涉及這樣一種系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)取得與上述相類似的優(yōu)點(diǎn)。
在本發(fā)明各不相同的方面中將得到更多的優(yōu)點(diǎn)，從下面的詳細(xì)描述中這些優(yōu)點(diǎn)一目了然。


圖1示出開炮眼的現(xiàn)有技術(shù)方法的定時(shí)曲線圖。
圖2示出開炮眼的另一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)方法的定時(shí)曲線圖。
圖3示出本發(fā)明的開炮眼方法的定時(shí)曲線圖。
圖4示意地示出本發(fā)明可以使用的系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
用于進(jìn)行上述開炮眼的現(xiàn)有技術(shù)方法示于圖1中。在開炮眼期間，此方法開始于減小的推進(jìn)力和沖擊力。因此，沒有參數(shù)控制被執(zhí)行，由于在液壓系統(tǒng)中使用了閥和導(dǎo)管，因此壓力增大。
在圖2中，示出了用于控制電動(dòng)和計(jì)算機(jī)控制的液壓系統(tǒng)的、上面公開的以前已知的方法中的第二種，其中，在初始階段與其相應(yīng)值和最后階段之間產(chǎn)生合適的過渡段，在最后階段，鉆機(jī)全功率運(yùn)轉(zhuǎn)。
這種方法包括必須設(shè)定的許多參數(shù)。初始值必須確定，并且用減小功率的這一階段延續(xù)多長(zhǎng)也要確定。此外，在點(diǎn)T1和T2之間圖2中所示的過渡階段狀況必須確定。換句話說，必須確定過渡步驟應(yīng)該象什么，以便使其足夠平穩(wěn)。同時(shí)，不希望以減小的功率鉆眼時(shí)間太長(zhǎng)，因?yàn)槟菢永速M(fèi)了時(shí)間。
采用上述解決方案，在一些情況下，在系統(tǒng)的閥中具有滯后的危險(xiǎn)，即在系統(tǒng)中具有自振蕩的危險(xiǎn)。例如在軟的和/或裂開的巖石上鉆眼時(shí)，當(dāng)鉆桿尾突然現(xiàn)在不在沖擊位置時(shí)，可能發(fā)生這種狀況，并且需要下降到?jīng)_擊壓力的開炮眼水平值。然后，在系統(tǒng)重新以全功率運(yùn)轉(zhuǎn)之前，在過渡階段之后，必須再次從新的開炮眼階段開始起動(dòng)。這可以重復(fù)若干次，因而造成耗時(shí)太多的操作模式。
根據(jù)本發(fā)明，所有上面的缺點(diǎn)將會(huì)避免?，F(xiàn)參照?qǐng)D3描述本發(fā)明的開炮眼方法。
在本發(fā)明的開炮眼中，選擇鉆機(jī)的沖擊壓力(和由此鉆機(jī)的沖擊功率)的開始值和推進(jìn)壓力。這些值選擇得使打眼足夠平穩(wěn)，以確保孔眼獲得到正確的方向和位置，同時(shí)壓力不能低到使鉆機(jī)可能發(fā)生問題的程度。例如，有利地將開始值選擇成稍微高于蓄壓器的壓力，以避免內(nèi)夾薄膜出現(xiàn)問題。當(dāng)然，開始值也不應(yīng)太低，以致不能完成炮眼的開孔操作。例如在普通鉆機(jī)中，開始值可能大約為130巴。
然后通過連續(xù)遞增函數(shù)來控制初始階段或者開炮眼階段。在優(yōu)選實(shí)施例中，連續(xù)遞增函數(shù)具有漸增導(dǎo)數(shù)，如圖3所示那樣，該導(dǎo)數(shù)產(chǎn)生優(yōu)選平穩(wěn)的過渡段。可能有利使用的一個(gè)函數(shù)示例是在算術(shù)中熟知的指數(shù)函數(shù)，但是可以使用符合所述要求的任何基本連續(xù)函數(shù)。
使用具有漸增導(dǎo)數(shù)的時(shí)間連續(xù)函數(shù)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)只有兩個(gè)控制階段，其中第一階段開炮眼的參數(shù)包括沖擊壓力、推進(jìn)壓力和初始階段持續(xù)時(shí)間的開始值。因此，需要將設(shè)定的參數(shù)數(shù)目最少化。在開炮眼階段期間，獨(dú)立地控制沖擊壓力和推進(jìn)壓力，但是要在同一時(shí)間內(nèi)，即整個(gè)開炮眼階段。
但是，在開炮眼階段期間，推進(jìn)壓力應(yīng)該通過系統(tǒng)RPCF函數(shù)(旋轉(zhuǎn)壓力控制推進(jìn))來控制。RPCF函數(shù)控制推進(jìn)壓力，因此，旋轉(zhuǎn)壓力和/或扭矩基本上不變，以確保鉆具組部件接頭被適當(dāng)擰緊。當(dāng)功率較大時(shí)，在全鉆期間，此函數(shù)特別重要。
為了在鉆桿尾離開沖擊位置時(shí)限制鉆機(jī)的沖擊壓力，應(yīng)當(dāng)監(jiān)控鉆機(jī)的減震壓力，使得如果減震壓力確實(shí)沒有超過減震器的無載壓力，則將沖擊壓力例如限制在開始值上。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的那樣，減震器用來減弱在鉆桿沖擊巖石時(shí)產(chǎn)生的反作用。還如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的那樣，減震壓力可以用來確保在沖擊時(shí)使鉆桿與巖石相接觸。換句話說，初始階段可與減震壓力的監(jiān)控相結(jié)合，使得沖擊壓力不會(huì)離開推進(jìn)壓力。
但是，由于選擇了這些作法，其中涉及蓄壓器的壓力，即使情況通常是這樣，但也不總是需要下降到開始值。通過采用本發(fā)明，使用連續(xù)函數(shù)進(jìn)行控制，在該系統(tǒng)中便會(huì)避免自振蕩的危險(xiǎn)。因此，如果遇到軟巖，則不總是需要下降到開炮眼的最低水平，即開始值，但是有可能下降到，沖擊壓力相對(duì)于減震器的無載壓力受限制的水平。換句話說，當(dāng)推進(jìn)壓力處于或達(dá)到預(yù)定水平以下時(shí)，沖擊壓力可以降低。
操作人員可以在設(shè)定開炮眼所需的孔深或者初始階段應(yīng)該進(jìn)行多長(zhǎng)之間進(jìn)行選擇。
最后，還可以確定停機(jī)值，有利的是，這些停機(jī)值與鉆機(jī)的全功率相適應(yīng)。但是，在一些情況下，必需要使鉆機(jī)以減小的功率運(yùn)轉(zhuǎn)，從而可以設(shè)定理想值。
圖4示意地示出系統(tǒng)1，在該系統(tǒng)中，可以采用本發(fā)明。該系統(tǒng)1在其最簡(jiǎn)單實(shí)施例中包括帶有控制系統(tǒng)3的鉆機(jī)2，利用該控制系統(tǒng)3操作人員可以控制系統(tǒng)1。該控制系統(tǒng)可以與鉆機(jī)2形成一體，或者與鉆機(jī)2單獨(dú)連接。
總之，通過本發(fā)明實(shí)現(xiàn)連續(xù)平穩(wěn)地開炮眼，其中操作人員必須設(shè)定的參數(shù)可以最少化，并且完全避免數(shù)個(gè)伴有參數(shù)設(shè)定值的不同階段。
權(quán)利要求
1.一種在用鉆機(jī)進(jìn)行巖石鉆眼初始階段期間控制鉆眼參數(shù)的方法，其特征在于，鉆機(jī)的沖擊壓力和推進(jìn)壓力在所述初始階段期間作為連續(xù)遞增函數(shù)進(jìn)行控制。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制用具有漸增導(dǎo)數(shù)的連續(xù)時(shí)間函數(shù)來表示。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的方法，其特征在于，所述連續(xù)函數(shù)包括指數(shù)函數(shù)。
4.如權(quán)利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，根據(jù)旋轉(zhuǎn)壓力來控制推進(jìn)壓力。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，當(dāng)推進(jìn)壓力處于或達(dá)到預(yù)定水平以下時(shí)，沖擊壓力被降低。
6.一種在用鉆機(jī)進(jìn)行巖石鉆眼初始階段期間控制鉆眼參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括在所述初始階段期間將鉆機(jī)的沖擊壓力和推進(jìn)壓力作為連續(xù)遞增函數(shù)控制的裝置。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制由具有漸增導(dǎo)數(shù)的連續(xù)時(shí)間函數(shù)來表示。
8.如權(quán)利要求6或者7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述連續(xù)函數(shù)包括指數(shù)函數(shù)。
9.如權(quán)利要求6-8任一所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括根據(jù)旋轉(zhuǎn)壓力控制推進(jìn)壓力的裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括當(dāng)推進(jìn)壓力處于或達(dá)到預(yù)定水平以下時(shí)降低沖擊壓力的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在用鉆機(jī)進(jìn)行巖石鉆眼初始階段期間控制鉆眼參數(shù)的方法。根據(jù)本發(fā)明，鉆機(jī)的沖擊壓力和推進(jìn)壓力在初始階段期間隨著連續(xù)遞增函數(shù)進(jìn)行控制。本發(fā)明還涉及這樣一種系統(tǒng)。
文檔編號(hào)E21B44/06GK1950586SQ200580013713
公開日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2005年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月9日
發(fā)明者P·瓊森 申請(qǐng)人:阿特拉斯科普科鑿巖機(jī)股份公司