鑽井機鑽井杆數計數裝置及方法
2023-05-08 01:33:01
鑽井機鑽井杆數計數裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種鑽井機鑽井杆數計數裝置及方法，裝置包括進給壓力傳感器、退出壓力傳感器、第一運算放大器、第二運算放大器、第一A/D採樣晶片、第二A/D採樣晶片、裝置主晶片、控制按鈕、LED顯示器，所述進給壓力傳感器與第一運算放大器相連，第一運算放大器與第一A/D採樣晶片相連，所述第一A/D採樣晶片與裝置主晶片相連，所述退出壓力傳感器與第二運算放大器相連，所述第二運算放大器與第二A/D採樣晶片相連，所述第二A/D採樣晶片與裝置主晶片相連，所述控制按鈕、LED顯示器分別與裝置主晶片相連。本發明解決鑽井深度監控的技術問題，保證人工作業的安全。
【專利說明】鑽井機鑽井杆數計數裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鑽井機，尤其涉及一種鑽井機鑽井杆數計數裝置及計數方法，屬於地質勘探設備【技術領域】。
【背景技術】
[0002]煤炭，石油開採前，都會對土層進行分析，預判含水部分、含瓦斯部分等地質情況。在人工下井作業前，會用鑽井機對預判有含水、含瓦斯部分等的土層進行實際鑽探，如果探測到水、瓦斯等影響人工作業安全的因素，應立即進行排水排氣處理，降低人工作業危險。
[0003]在實際鑽井作業時，由於鑽機操作人員的疏忽或者責任心不強，可能會出現鑽井深度不夠的現象，從而導致未能探測到應該探測的位置，這樣會給人工作業埋下安全隱患。
[0004]針對上述情況，為了保證人工作業的安全，必須對鑽井深度進行監控。現有技術對鑽井深度監測的工序主要有:採用國外儀器進行高精度的深度監測，或者使用較細的鋼管重新鑽入待測量的鑽井，通過鋼管長度來計算大致的深度這兩種方式。但是，第一種方式設備成本過高，且在一般的鑽井過程中不需要過高的精度，第二種方式工序複雜，容易出現因鑽井部分坍塌導致鋼管測量深度偏差的問題。
[0005]因此開發一種鑽井機鑽井杆數計數裝置，能在鑽井的同時有效的記錄鑽井機鑽井過程，並通過軟體分析計算出鑽井過程使用的鑽杆個數，以保證鑽井探測作業的完整完成，具有十分重要意義。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在於提供一種鑽井機鑽井杆數計數裝置及方法，解決鑽井深度監控的技術問題，保證人工作業的安全。
[0007]本發明的目的通過以下技術方案予以實現:
[0008]一種鑽井機鑽井杆數計數裝置，包括進給壓力傳感器1、退出壓力傳感器2、第一運算放大器3、第二運算放大器4、第一 A/D採樣晶片5、第二 A/D採樣晶片6、裝置主晶片7、控制按鈕8、LED顯示器9，所述進給壓力傳感器I與第一運算放大器3相連，第一運算放大器3與第一 A/D米樣晶片5相連,所述第一 A/D米樣晶片5與裝置主晶片7相連,所述退出壓力傳感器2與第二運算放大器4相連，所述第二運算放大器4與第二 A/D採樣晶片6相連，所述第二 A/D採樣晶片6與裝置主晶片7相連，所述控制按鈕8、LED顯示器9分別與裝置主晶片7相連。
[0009]一種鑽井機鑽井杆數計數方法，包括:
[0010]設置狀態寄存器數組，該數組用於保存:狀態，狀態持續時間，該狀態前後5秒PA、PB平均電壓，該狀態前後25秒PA、PB平均電壓，該狀態前後50秒PA、PB平均電壓，鑽機運作過程標誌；
[0011]遍歷保存PA、PB值的寄存器並對PA、PB大小進行比較:將當前的比較結果保存與下一組比較結果相比較；[0012]當結果一樣時，計數器加I ;
[0013]當結果不同時:
[0014]1.計算之前狀態保持時間:狀態保持時間=計數器個數*單位時間；
[0015]2.計算保存該狀態前後5秒PA、PB平均電壓，該狀態前後25秒PA、PB平均電壓，該狀態前後50秒PA、PB平均電壓；計算方式:S秒平均電壓=(S*單位時間中壓力值的總和)/S*單位時間；
[0016]3.保存當前狀態:當狀態持續為PA > PB時，狀態中存入「I」；當狀態持續為PA< PB時，狀態中存入「-1」；當狀態持續為PA = PB，或者PA = PB = O時，狀態中存入「O」；
[0017]通過時間閥值過濾鑽井非有效動作:
[0018]遍歷狀態寄存器數組，讀取狀態，狀態持續時間；
[0019]如果狀態持續時間小於5S，從寄存器中刪除該狀態和狀態相關信息，如果
[0020]大於5S,則不做任何處理；
[0021]過濾空閒狀態:
[0022]遍歷狀態寄存器數組，讀取狀態；
[0023]如果狀態為「0」，則從寄存器中刪除該狀態和狀態相關信息；
[0024]重新對狀態寄存器進行整合:
[0025]遍歷狀態寄存器數組，讀取當前狀態和下一狀態；
[0026]如當前狀態和下一狀態相同，則將狀態持續時間相加，並合併平均電壓值；
[0027]分析狀態為鑽機運作哪個過程:
[0028]遍歷狀態寄存器數組，讀取狀態，時間，平均值；
[0029]如果狀態為進給狀態，狀態持續時間大於5S，且PA平均值大於lmpa，PB平均值小於lmpa，則屬於正常有載進給，鑽機運作過程標誌設為「I」 ；
[0030]如果狀態持續時間大於5S，且PA平均值小於lmpa，PB平均值小於lmpa，則屬於空載進給，鑽機運作過程標誌設為「2」 ；
[0031]如果狀態持續時間大於5S，且PA平均值大於lmpa，PB平均值大於lmpa，則屬於快速進給，鑽機運作過程標誌設為「3」 ；
[0032]如果狀態為退出狀態，狀態持續時間大於5S，且PA平均值大於lmpa，PB平均值小於lmpa，則屬於正常有載退出，鑽機運作過程標誌設為「4」 ；
[0033]如果狀態持續時間大於5S，且PA平均值小於lmpa，PB平均值小於lmpa，則屬於空載退出，鑽機運作過程標誌設為「5」 ；
[0034]如果狀態持續時間大於5S，且PA平均值大於lmpa，PB平均值大於lmpa，則屬於快速退出，鑽機運作過程標誌設為「6」 ；
[0035]遍歷狀態寄存器數組，通過狀態的鑽機運作過程標誌判斷狀態是否屬於完整操作過程:
[0036]讀取第一個狀態的鑽機運作過程標誌；
[0037]如果鑽機運作過程標誌代表的狀態持續時間大於給定的相應狀態持續的最小時間，則該操作過程屬於完整過程；
[0038]如果鑽機運作過程標誌代表的狀態持續時間小於給定的相應狀態持續的最小時間，則讀取下兩個狀態持續時間，並用後一狀態持續時間減去前一狀態持續時間得到差值，將差值加入當前狀態持續時間，如果加入後的當前狀態持續時間大於給定的相應狀態持續的最小時間，則重新保存該狀態持續時間，並從寄存器中刪除讀取的在後狀態及其相關信息；如果加入後仍不滿足最小時間，則繼續讀取下兩個狀態持續時間完成直至條件滿足；
[0039]遍歷狀態寄存器數組，通過連續鑽井機運作過程標誌及其狀態，計算進杆退杆個數:
[0040]如果連續鑽井機運作過程標誌及狀態滿足，並且先有載進給然後空載退出，則進杆數加I ;
[0041]如果連續鑽井機運作過程標誌及狀態滿足，並且先空載進給然後有載退出，則退杆數加I ;
[0042]裝置主晶片控制LED顯示器顯示軟體分析計算鑽杆個數結果。
[0043]與現有技術相比，本發明的有益效果是:解決了鑽井深度監控的技術問題，保證人工作業的安全。並且設備成本低，工序簡單。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0044]圖1是本發明的電路圖。
【具體實施方式】
[0045]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。
[0046]如圖1所示，本發明鑽井機鑽井杆數計數裝置，包括進給壓力傳感器1、退出壓力傳感器2、第一運算放大器3、第二運算放大器4、第一 A/D米樣晶片5、第二 A/D米樣晶片6、裝置主晶片7、控制按鈕8、LED顯示器9，所述進給壓力傳感器I與第一運算放大器3相連，第一運算放大器3與第一 A/D採樣晶片5相連，所述第一 A/D採樣晶片5與裝置主晶片7相連，所述退出壓力傳感器2與第二運算放大器4相連，所述第二運算放大器4與第二 A/D採樣晶片6相連，所述第二 A/D採樣晶片6與裝置主晶片7相連，所述控制按鈕8、LED顯示器9分別與裝置主晶片7相連。
[0047]本發明採用在鑽井機液壓泵兩個相對的進油口分別加裝進給壓力傳感器1、退出壓力傳感器2，並通過對兩端採集來的壓力數值進行軟體系統分析，完成用數字量化鑽井過程，通過量化的數字量分析鑽井機實際鑽入的杆數和退出的杆數，以達到在鑽井的同時記錄鑽井機狀態，在完成鑽井後計算鑽機鑽井過程中使用的鑽杆杆數，確保正確完成鑽進探測任務。
[0048]將液壓泵兩個相對進油口的壓力值分別定義為PA、PB。PA對應鑽井機鑽入鑽杆時液壓泵加壓的一端的壓力值，PB對應鑽井機退出鑽杆時液壓泵加壓的一端的壓力值。
[0049]本發明對壓力傳感器的採樣頻率是0.1S—次，可以隨實際情況進行修改，不限制為0.1S採樣頻率。軟體系統會將0.1S時的PA、PB值進行保存。
[0050]鑽井操作時可以分為:1、空閒，2、空載進給，3、空載退出，4、空載快進，5、空載快退，6、有載進給，7、有載退出。
[0051]空閒時，PA、PB相等或者趨近於零。
[0052]空載進給時，PA > PB,且PA最大值為lmpa，PB趨近於零。
[0053]空載退出時，PB > PA，且PB最大值為lmpa，PA趨近於零。[0054]空載快進時，PA > PB,且PA最大值為lmpa，PA，PB都有值。
[0055]空載快退時，PB > PA，且PB最大值為lmpa，PA，PB都有值。
[0056]有載進給時，PA >> PB，且PA最小值遠遠大於lmpa，PB趨近於零。
[0057]有載退出時，PB >> PA，且PB最小值遠遠大於lmpa，PA趨近於零。
[0058]一個理想的鑽井鑽入過程為:有載進給直至一根鑽杆鑽入完成後，空載退出，空閒(裝杆過程)如此往復。
[0059]一個理想的鑽井退出過程為:空載進給，有載退出直至一根鑽杆退出完成後，空閒(取杆過程)如此往復。
[0060]實際中，由於特殊情況如:因為巖層的不同會導致鑽頭異常進退；人為操作鑽井機進退等，使得原本理想的鑽井鑽入(退出)過程出現異常的鑽井過程，如在理想的一次完整有載進給中，會出現多次有載進給、空載退出、空閒等過程。這些過程組成了實際工作中一次完整的有載進給。
[0061]本發明定義鑽井機運作狀態持續時間大於5S為一次有效操作。小於5S的狀態為非有效操作，不用於計算鑽杆運算。
[0062]軟體通過鑽井過程PA、PB的相對關係和閥值，記錄鑽井機鑽井過程。通過對有效操作的分析，過濾非有效操作，整合整個操作過程，得出進、退杆根數。
[0063]本發明鑽井機鑽井杆數計數方法的具體步驟:
[0064]在開始鑽井時打開計數裝置。
[0065]裝置主晶片控制A/D採樣晶片以0.1S間隔採集兩個壓力傳感器數據，並保存進相應的寄存器。由於電壓數值以0.1秒間隔進行保存，即就寄存器中每個電壓值所表示的時間為0.1S，該時間以下定義為單位時間。
[0066]鑽井完成後，點擊計數裝置計數開始按鈕，該按鈕向裝置主晶片發送開始處理數據信號。
[0067]裝置主晶片收到開始處理數據信號後，主晶片中的軟體開始分析數據，具體步驟如下:
[0068]合併連續相同狀態，數字量化鑽井動作過程:
[0069]設置狀態寄存器數組，該數組用於保存:狀態，狀態持續時間，該狀態前後5秒PA、PB平均電壓，該狀態前後25秒PA、PB平均電壓，該狀態前後50秒PA、PB平均電壓，鑽機運作過程標誌。
[0070]遍歷保存PA、PB值的寄存器並對PA、PB大小進行比較:
[0071]將當前的比較結果保存與下一組比較結果相比較
[0072]當結果一樣時，計數器加I。
[0073]當結果不同時:
[0074]1.計算之前狀態保持時間:狀態保持時間=計數器個數*單位時間；
[0075]2.計算保存該狀態前後5秒PA、PB平均電壓，該狀態前後25秒PA、PB平均電壓，該狀態前後50秒PA、PB平均電壓；
[0076]計算方式:S秒平均電壓=(S*單位時間中壓力值的總和)/S*單位時間。
[0077]3.保存當前狀態:
[0078]當狀態持續為PA > PB時，狀態中存入「I」。[0079]當狀態持續為PA < PB時，狀態中存入「-1」。
[0080]當狀態持續為PA = PB，或者PA = PB = O時，狀態中存入「O」。
[0081]通過時間閥值過濾鑽井非有效動作:
[0082]遍歷狀態寄存器數組，讀取狀態，狀態持續時間。
[0083]如果狀態持續時間小於5S，從寄存器中刪除該狀態和狀態相關信息。如果大於5S，則不做任何處理。
[0084]過濾空閒狀態:
[0085]遍歷狀態寄存器數組，讀取狀態
[0086]如果狀態為「0」，則從寄存器中刪除該狀態和狀態相關信息。
[0087]重新對狀態寄存器進行整合:
[0088]遍歷狀態寄存器數組，讀取當前狀態和下一狀態
[0089]如當前狀態和下一狀態相同，則將狀態持續時間相加，並合併平均電壓值。
[0090]分析狀態為鑽機運作哪個過程:
[0091]遍歷狀態寄存器數組，讀取狀態，時間，平均值。
[0092]如果狀態為進給狀態，狀態持續時間大於5S，且PA平均值大於lmpa，PB平均值小於lmpa，則屬於正常有載進給，鑽機運作過程標誌設為「 I 」。
[0093]如果狀態持續時間大於5S，且PA平均值小於lmpa，PB平均值小於lmpa，則屬於空載進給，鑽機運作過程標誌設為「2」。
[0094]如果狀態持續時間大於5S，且PA平均值大於lmpa，PB平均值大於lmpa，則屬於快速進給，鑽機運作過程標誌設為「3」。
[0095]如果狀態為退出狀態，狀態持續時間大於5S，且PA平均值大於lmpa，PB平均值小於lmpa，則屬於正常有載退出，鑽機運作過程標誌設為「4」。
[0096]如果狀態持續時間大於5S，且PA平均值小於lmpa，PB平均值小於lmpa，則屬於空載退出，鑽機運作過程標誌設為「5」。
[0097]如果狀態持續時間大於5S，且PA平均值大於lmpa，PB平均值大於lmpa，則屬於快速退出，鑽機運作過程標誌設為「6」。
[0098]整合完整操作過程:
[0099]遍歷狀態寄存器數組
[0100]通過狀態的鑽機運作過程標誌判斷狀態是否屬於完整操作過程:
[0101]讀取第一個狀態的鑽機運作過程標誌
[0102]如果鑽機運作過程標誌代表的狀態持續時間大於給定的相應狀態持續的最小時間，則該操作過程屬於完整過程。
[0103]如果鑽機運作過程標誌代表的狀態持續時間小於給定的相應狀態持續的最小時間，則讀取下兩個狀態持續時間，並用後一狀態持續時間減去前一狀態持續時間得到差值，將差值加入當前狀態持續時間，如果加入後的當前狀態持續時間大於給定的相應狀態持續的最小時間，則重新保存該狀態持續時間，並從寄存器中刪除讀取的在後狀態及其相關信息。如果加入後任然不滿足最小時間，則繼續讀取下兩個狀態持續時間完成直至條件滿足。
[0104]計算鑽杆杆數:
[0105]遍歷狀態寄存器數組[0106]通過連續鑽井機運作過程標誌及其狀態，計算進杆退杆個數:
[0107]連續鑽井機運作過程標誌及狀態滿足:
[0108]有載進給- > 空載退出，時進杆數加I。
[0109]空載進給- >有載退出，時退杆數加I
[0110]裝置主晶片控制LED顯示器顯示軟體分析計算鑽杆個數結果。
[0111]除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式，凡採用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種鑽井機鑽井杆數計數裝置，其特徵在於，包括進給壓力傳感器(I)、退出壓力傳感器(2)、第一運算放大器(3)、第二運算放大器(4)、第一 A/D米樣晶片(5)、第二 A/D米樣晶片出)、裝置主晶片(7)、控制按鈕(8)、LED顯示器(9)，所述進給壓力傳感器(I)與第一運算放大器(3)相連,第一運算放大器(3)與第一 A/D米樣晶片(5)相連,所述第一 A/D米樣晶片(5)與裝置主晶片(7)相連，所述退出壓力傳感器(2)與第二運算放大器(4)相連，所述第二運算放大器(4)與第二 A/D採樣晶片(6)相連，所述第二 A/D採樣晶片(6)與裝置主晶片(7)相連，所述控制按鈕(8)、LED顯示器(9)分別與裝置主晶片(7)相連。
2.一種如權利要求1所述的鑽井機鑽井杆數計數裝置的計數方法，包括: 設置狀態寄存器數組，該數組用於保存:狀態，狀態持續時間，該狀態前後5秒PA、PB平均電壓，該狀態前後25秒PA、PB平均電壓，該狀態前後50秒PA、PB平均電壓，鑽機運作過程標誌； 遍歷保存PA、PB值的寄存器並對PA、PB大小進行比較:將當前的比較結果保存與下一組比較結果相比較； 當結果一樣時，計數器加I ; 當結果不同時: .1.計算之前狀態保持時間:狀態保持時間=計數器個數*單位時間； .2.計算保存該狀態前後5秒PA、PB平均電壓，該狀態前後25秒PA、PB平均電壓，該狀態前後50秒PA、PB平均電壓；計算方式:S秒平均電壓=(S*單位時間中壓力值的總和)/S*單位時間。
3.保存當前狀態:當狀態持續為PA> PB時，狀態中存入「I」;當狀態持續為PA < PB時，狀態中存入「-1」；當狀態持續為PA = PB，或者PA = PB = O時，狀態中存入「O」； 通過時間閥值過濾鑽井非有效動作: 遍歷狀態寄存器數組，讀取狀態，狀態持續時間； 如果狀態持續時間小於5S，從寄存器中刪除該狀態和狀態相關信息，如果 大於5S，則不做任何處理； 過濾空閒狀態: 遍歷狀態寄存器數組，讀取狀態； 如果狀態為「0」，則從寄存器中刪除該狀態和狀態相關信息； 重新對狀態寄存器進行整合: 遍歷狀態寄存器數組，讀取當前狀態和下一狀態； 如當前狀態和下一狀態相同，則將狀態持續時間相加，並合併平均電壓值； 分析狀態為鑽機運作哪個過程: 遍歷狀態寄存器數組，讀取狀態，時間，平均值； 如果狀態為進給狀態，狀態持續時間大於5S，且PA平均值大於lmpa，PB平均值小於Impa,則屬於正常有載進給，鑽機運作過程標誌設為「 I」 ； 如果狀態持續時間大於5S，且PA平均值小於lmpa，PB平均值小於lmpa，則屬於空載進給，鑽機運作過程標誌設為「2」 ； 如果狀態持續時間大於5S，且PA平均值大於ImpaJB平均值大於lmpa，則屬於快速進給，鑽機運作過程標誌設為「3」 ；如果狀態為退出狀態，狀態持續時間大於5S，且PA平均值大於lmpa，PB平均值小於lmpa，則屬於正常有載退出，鑽機運作過程標誌設為「4」 ； 如果狀態持續時間大於5S，且PA平均值小於lmpa，PB平均值小於lmpa，則屬於空載退出，鑽機運作過程標誌設為「5」 ； 如果狀態持續時間大於5S，且PA平均值大於lmpa，PB平均值大於lmpa，則屬於快速退出，鑽機運作過程標誌設為「6」 ； 遍歷狀態寄存器數組，通過狀態的鑽機運作過程標誌判斷狀態是否屬於完整操作過程: 讀取第一個狀態的鑽機運作過程標誌； 如果鑽機運作過程標誌代表的狀態持續時間大於給定的相應狀態持續的最小時間，則該操作過程屬於完整過程； 如果鑽機運作過程標誌代表的狀態持續時間小於給定的相應狀態持續的最小時間，則讀取下兩個狀態持續時間，並用後一狀態持續時間減去前一狀態持續時間得到差值，將差值加入當前狀態持續時間，如果加入後的當前狀態持續時間大於給定的相應狀態持續的最小時間，則重新保存該狀態持續時間，並從寄存器中刪除讀取的在後狀態及其相關信息；如果加入後仍不滿足最小時間，則繼續讀取下兩個狀態持續時間完成直至條件滿足； 遍歷狀態寄存器數組，通過連續鑽井機運作過程標誌及其狀態，計算進杆退杆個數:如果連續鑽井機運作過程標誌及狀態滿足，並且先有載進給然後空載退出，則進杆數加I ; 如果連續鑽井機運作過程標誌及狀態滿`足，並且先空載進給然後有載退出，則退杆數加I ; 裝置主晶片控制LED顯示器顯示軟體分析計算鑽杆個數結果。
【文檔編號】E21B47/04GK103883313SQ201310751348
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】徐文浩, 李紹鵬, 徐澍, 刑蘇寧, 劉建芳, 黃晶, 王瀟, 鄒作佳 申請人:鎮江海貝信息科技有限公司, 鎮江安達煤礦專用設備有限公司, 鎮江泰利豐電子有限公司