[发明专利]钻孔过程监测系统

说明书

本申请要求2000年9月22日提交的美国临时申请No.60/234,535的优先权，并以该临时申请作为参照。

发明领域

本发明涉及地面钻孔系统。

背景技术

在钻孔作业中，使用钻孔机组在地面钻孔。人们往往希望对钻孔作业的进程进行监测。

发明内容

一种装置用于钻孔机组。该钻孔机组上装有钻头。钻孔机组的冲击机构跟钻头相连接。该冲击机构由第一种压力下的第一种流体驱动，将冲击力传递给钻头。冲击力随所述的第一种压力改变。钻孔机组的顶推机构跟钻头相连。该顶推机构由第二种压力下的第二种流体驱动，将推力传递给钻头。推力随所述第二种压力改变。另外，钻孔机组的旋转机构跟钻头相连。该旋转机构由第三种压力下的第三种流体驱动，将转矩传递给钻头。转矩随所述第三种压力改变。所述装置包括与第一种流体连通的第一种压力传感器，输出个随第一种压力改变的第一种电信号。第二种压力传感器与第二种流体连通，输出随第二种压力改变的第二种电信号。第三种压力传感器与第三种流体连通，输出随第三种压力改变的第三种电信号。位置传感器输出第四种电信号，该信号随钻头相对于基准点的深度改变。所述第一种、第二种、第三种与第四种信号由一台仪器监测。该仪器产生作为所述冲击力、推力、转矩与深度的函数的相应的图表曲线。

在最佳实施例中，所述仪器在钻孔作业过程中实时地产生上述图表曲线。第一种、第二种与第三种电信号为模拟信号。第四种电信号为数字信号。所述图表曲线反映向下钻孔、钻孔停顿、钻头抬起和钻杆加接等动作的发生。

附图说明

图1为依据本发明的钻孔系统的原理图。

图2-9为图1所示的钻孔系统产生的曲线图。

具体实施方式

图1给出了本发明的最佳实施例的实例。该最佳实施例即为钻孔系统10，其中包括钻孔机组14和监测系统16。钻孔机组14执行在地层22钻井眼20这样的钻孔作业。监测系统16测量并显示与钻孔作业有关的动态参数。

在本实施例中，钻孔机组14为一个气动冲击旋转式钻机。钻孔机组14的钻头24位于钻柱26的前端，钻柱26由一串钻杆组成。在钻孔作业中，钻头24一边旋转、振动，一边被顶推进入井眼20的底端28。

钻头24跟冲击机构30以一种众所周知的方式连接。冲击机构30把用箭头32表示的、经钻柱26传递的冲击力加到钻头24上、使地面破裂，并驱动钻头24进入井眼20的底端28。冲击机构30由第一种压力下的第一种流体驱动。钻头24上的冲击力的大小取决于第一种压力。

钻头24也跟顶推机构42相连接。顶推机构42把用箭头44表示的、经钻柱26传递的向下的力加到钻头24上，将钻头顶入地面22。顶推机构42还可以把用箭头46表示的、经钻柱26传递的向上的力加到钻头24上，将钻头24抬起。顶推机构42由第二种压力下的第二种流体48和第三种压力下的第三种流体50驱动。所述向下的力的大小取决于第二种压力，向上力的大小取决于第三种压力。

钻头24还跟旋转机构54连接。旋转机构54可以把用箭头56表示的、经钻柱26传递的正向转矩加到钻头24上，以便正向旋转钻头24。钻头24的正向旋转使钻头24磨削地层，向下钻入井眼20的底端28。旋转机构54也可把用箭头58表示的、经钻柱26传递的反向转矩加到钻头24上。钻头24的反向旋转有助于钻头24从井眼20的底端28退出。旋转机构54的正向旋转由第四种压力下的第四种流体60驱动。旋转机构54的反向旋转由第五种压力下的第五种流体62驱动。正向转矩随第四种压力而变。反向转矩随第五种压力而变。

本实施例中，第一种、第二种、第三种、第四种与第五种流体(36、48、50、60与62)均为气体。但是，若用于液压钻孔机组，这些流体即可为液体。流体36、48、50、60与62由压缩机68从共用流体源64压缩进入多支管66，然后输送到各相应的机构30、42与54。这些流体36、48、50、60与62中每一种流体向各自机构30、42与54的输送，均由控制机构70控制。