[发明专利]用于检测钻柱的接头的状态的方法和系统

说明书

本发明涉及用于确定钻机的钻柱(107)的至少一个接头的状态的方法，钻机包括：冲击装置，所述冲击装置包括用于将冲击波引入到钻柱(107)中的冲击元件；以及传感器，所述传感器用于感测由冲击元件的冲击引起的钻柱(107)中的应力波，该方法包括当冲击元件将应力波引入到钻柱(107)中时进行以下操作：确定由冲击元件引起的入射应力波的表示；确定反射波的表示，所述反射波表示入射应力在到达所述至少一个接头时的反射；通过估计由所述入射波施加在至少一个接头上的力和由所述力引起的位移来估计至少一个接头的刚度；以及基于所估计的刚度生成表示所述至少一个接头的状态的信号。

技术领域

本发明涉及采矿，并且更具体地涉及用于检测钻柱的接头的状态的方法和系统。本发明还涉及实现根据本发明的方法的计算机程序。

背景技术

岩石钻机可以用于许多应用领域。例如，岩石钻机可以用于开挖隧道、露天采矿、地下采矿、岩石加固、天井钻进，并且可以用于例如钻爆破孔、灌浆孔、安装岩石锚杆的孔、水井和其他井、打桩和地基钻探等。因此，岩石钻机有广泛的用途。

岩石的实际破碎通常通过接触岩石的钻头来实施，其中钻头通常借助于钻柱连接至钻凿机。钻探可以以各种方式完成，并且例如是冲击型的，其中，例如，钻凿机的冲击元件例如冲击活塞形式的冲击元件重复地撞击钻头，通常通过撞击将钻头连接至钻凿机的钻柱，以将冲击波形式的冲击脉冲即应力波传递到钻头并进一步传递到岩石中。冲击式钻探可以与旋转结合以获得钻头的旋钮、插嵌件在每次冲程时撞击新岩石的钻探，从而提高钻探的效率。

钻头可以在钻探期间借助于进给力压靠在岩石上，以确保来自冲击装置的尽可能多的冲击能量被传递到岩石上。

为了获得有效的冲击钻探过程，重要的是设置各种钻探参数，使得以允许由冲击元件引起的冲击波能量尽可能多地传递到岩石中以使岩石破碎的方式进行冲击钻探。在钻头没有牢固地压靠在岩石上的情况下，能量可能被反射到不期望的程度并返回到钻凿机，从而可能导致过度磨损或损坏。如果钻柱的接头(通常是螺纹接头)没有充分拧紧，也会出现这种情况。如果冲击波能量相对于借助于其将钻柱压靠在岩石上的力太低，也可能发生有害的反射。

当在例如岩石中钻出更长的孔时，多个钻杆可以例如通过拧在一起而接合，以延长钻柱，从而可以钻出期望长度的孔。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法和系统，该方法和系统可以在冲击钻探期间识别松动的接头，特别是松动的螺纹接头。

根据本发明，提供了一种用于确定钻机的钻柱的至少一个接头的状态的方法，该钻机包括：冲击装置，所述冲击装置包括用于将冲击波引入到钻柱中的冲击元件；以及传感器，所述传感器用于感测由冲击元件的冲击引起的钻柱中的应力波，该方法包括当冲击元件将应力波引入到钻柱中时进行以下操作：确定由冲击元件引起的入射应力波的表示；以及确定反射波的表示，所述反射波表示入射应力在到达所述至少一个接头时的反射。

通过估计由所述入射波施加在至少一个接头上的力和由所述力引起的位移来估计至少一个接头的刚度，并且基于所估计的刚度生成表示所述至少一个接头的状态的信号。

如上所述，适当拧紧的接头是高效钻探的要求。正常螺纹接头的拧紧通常也由于在钻探期间冲击波通过接头而变得牢固。然而，在不利的情况下，接头可能变得松动，这使钻探劣化并且螺纹接头受到过度磨损。

也存在期望松动接头的情况。在钻孔之后，钻柱缩回，并且钻杆彼此松动。然而，在钻探期间，接头可能由于在钻探期间冲击波经过接头而变得如此牢固地拧紧以至于仅借助钻凿机的旋转马达无法松动接头。

为了解决这个问题，例如，操作员可以通过让冲击装置对钻柱施加短时间的冲击而不将钻柱压靠在被钻探的岩石上以便使接头松动来结束钻探。这是否成功可能取决于操作员的技能。该过程可能对钻机的部件有害，该过程执行的时间可能比必要的时间段长。