专利名称：一种钻机钻孔工作状态的监测装置及监测方法
技术领域：
本发明属于土木工程和资源开采领域，更具体的说，涉及一种钻机钻孔工作状态的监测装置及监测方法。
背景技术：
钻机是一种在土木工程和资源开采钻探领域广泛使用的专用设备，它通过输液管路与泵机相连接，泵机通过输液管路与液体池连接，所述钻机、泵机和输液管路形成输液通路，用于输送液体(水、泥浆、水泥浆等)，钻机的动力头驱动钻杆和钻头向地层钻进。在钻孔过程中，通过动力头和钻杆输液通道以及钻头的液体压力及流量大小，对钻孔质量和成孔直径是有影响的。例如，在岩土锚固施工和石油钻井整井时采用水力扩孔工艺施工，其影响非常显著，因此反映钻孔工作状态的这些参数是重要的，对其进行监测并记录和显示出来， 对工程管理和质量保证是必要的，但目前只能通过监测泵机的工作状态参数来估算通过动力头和钻杆输液通道的液体压力及流量，并以此来评价钻孔的质量，但事实上泵机的工作状态参数往往和通过钻机钻头的液体压力及流量并不相符，有时偏差还很大，所以不能准确地评价钻孔质量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可以监测并记录和显示钻孔工作状态的监测装置和监测方法，该监测装置和监测方法可以更准确地评价钻孔的质量。本发明的技术方案为一种钻机钻孔工作状态的监测装置，包括钻机、泵机和输液管路，所述钻机、泵机和输液管路形成输液通路，还包括安装在所述输液通路上的液体流动状态仪；用于提取液体流动状态仪的监测数据、并对监测数据进行有效判断的第一处理器；及与第一处理器相连接的第一输入装置和第一输出装置。优选的，所述第一处理器为用于提取液体流动状态仪的监测数据、并对监测数据进行有效判断、并根据判断结果选择性地对钻孔行程或/和钻孔时间或/和液体流量进行累加处理的第一处理器。优选的,所述液体流动状态仪包括液体流量计,所述液体流量计用于监测输液通路内的液体流量。优选的，所述液体流动状态仪包括液体压力计，所述液体压力计用于监测输液通路内的压力。优选的，所述液体流动状态仪包括液体流量计和液体压力计，所述液体流量计用于监测输液通路内的液体流量，所述液体压力计用于监测输液通路内的压力。优选的，所述监测装置还包括与第一处理器连接的或与液体流动状态仪连接的第
二输出装置。
优选的，所述监测装置还包括与第一处理器连接的或与液体流动状态仪连接的第二输入装置和第二处理器，第二处理器用于处理第二输入装置的输入数据并和第一处理器进行通讯。本发明的另一种技术方案为一种钻机钻孔工作状态的监测方法，所述钻机、泵机和输液管路形成输液通路，通过设置在输液通路上的液体流动状态仪获得监测数据，设定有效数据标准值，并对监测数据进行有效判断。优选的,所述液体流动状态仪包括液体流量计,所述液体流量计用于监测输液通路内的液体流量；首先，所述有效数据标准值为设定的最小有效流量为qmin ；判定当前流量是否为有效流量，当监测到的流量值q ^ Qfflin时，判定为钻孔有效，当监测到的流量值q〈qmin时，判定为钻孔无效。 优选的，所述液体流动状态仪包括液体压力计，所述液体压力计用于监测输液通路内的压力；首先，设定最小的有效压力为Pmin ;判定当前压力是否为有效压力，当监测到的压力值ρ彡Pfflin时，判定为钻孔有效，当监测到的压力值p〈pmin时，判定为钻孔无效。本发明的有益效果为本发明所述钻机钻孔工作状态的监测装置是在输液通路上设置了液体流动状态仪，液体流动状态仪用于监测输液通路上的液体流动状态，输液通路内的液体流动状态与钻机钻头内的液体流动状态一致或者直接相关，而与液体流动状态仪连接的第一处理器则用于提取液体流动状态仪的监测数据，并对监测数据进行有效判断，首先通过第一输入装置输入一个有效数据标准值，即为监测数据设定一个是否有效的标准，当监测数据大于或等于有效数据标准值时，则判定有效，认为该时段内的钻孔是有进展的或者达到了设计要求，当监测数据小于有效数据标准值时，则判定无效，认为该时段内的钻孔是无进展的或没有达到设计要求，以此来判断钻孔的质量。由于本发明所述的监测装置是监测液体流动参数，并且只有监测的参数达到一定标准时才被认为是有效数据，从而可以对钻孔质量做出更准确的评价。
图I是本发明所述钻机钻孔工作状态的监测装置实施例一的原理示意图；图2是本发明所述钻机钻孔工作状态的监测装置实施例二的原理示意图；图3是本发明所述钻机钻孔工作状态的监测装置实施例三的原理示意图；图4是本发明所述钻机钻孔工作状态的监测装置实施例四的原理示意图。其中1、钻机；2、泵机；3、输液管路；4、液体流量计；5、液体压力计；6、液体池；7、主控板；71、第一处理器；72、第一输入装置；73、第一输出装置；8、副控板；81、第二输入装置；82、第二输出装置；83、第二处理器。
具体实施例方式本发明公开一种钻机钻孔工作状态的监测装置，作为本发明所述钻机钻孔工作状态的监测装置的实施例一，如图I所示，包括钻机I和泵机2，所述泵机2从液体池6中吸取液体，所述钻机I和泵机2通过输液管路3相连接，所述泵机2和液体池6也通过输液管路3相连接，所述钻机I、泵机2和输液管路3形成输液通路，所述监测装置还包括安装在所述输液通路上的液体流动状态仪；用于提取液体流动状态仪的监测数据、并对监测数据进行有效判断的第一处理器71 ;及与第一处理器71相连接的第一输入装置72和第一输出装置73。本发明所述监测装置的监测方法为通过设置在输液通路上的液体流动状态仪获得实时或者延迟的监测数据，设定有效数据标准值，并对监测数据进行有效判断，以此来判断钻孔的质量，所述有效数据标准值是通过第一输入装置72输入的。本发明所述钻机钻孔工作状态的监测装置是在输液通路上设置了液体流动状态仪，液体流动状态仪用于监测输液通路上的液体流动状态，输液通路内的液体流动状态与钻机钻头内的液体流动状态一致或者直接相关，与液体流动状态仪连接的第一处理器71则用于提取液体流动状态仪的监测数据，并对监测数据进行有效判断，首先通过第一输入装置72输入一个或一组有效数据标准值，即为监测数据设定一个是否有效的标准，当监测数据大于或等于有效数据标准值时，则判定有效，认为该时段内的钻孔是有进展的或者达 到了设计要求，当监测数据小于有效数据标准值时，则判定无效，认为该时段内的钻孔是无进展的或者没有达到设计要求，以此来判断钻孔的质量。由于本发明所述的监测装置是监测液体流动参数，并且只有监测的参数达到一定标准时才被认为是有效数据，从而可以对钻孔质量做出更准确的评价。在本实施例中,所述液体流动状态仪包括液体流量计4,所述液体流量计4用于监测输液通路内的液体流量；液体流量计4安装在钻机I和泵机2之间输液管路3上，由于输液管路3上的液体流量和钻机钻头内的液体流量一致,所以相当于直接监测了钻机钻头内的液体流量。在本实施例中，所述监测装置还包括主控板7，所述第一处理器71、第一输入装置72和第一输出装置73均设置在主控板7上，所述第一输入装置72可以为键盘按钮，用于输入有效监测数据的有效数据标准值，所述第一输出装置73可以为显示器、打印机或数据存储器，用于显示或记录有效监测数据。在本实施例中,所述液体流动状态仪为液体流量计4,相应的监测方法为首先，通过第一输入装置72设定最小的有效流量为qmin ；判定当前流量是否为有效流量，当监测到的流量值q ^ Qfflin时，判定为钻孔有效或达到了设计要求，当监测到的流量值q〈qmin时，判定为钻孔无效或未达到设计要求。为了更清楚直接地获得最终数据来评价钻孔质量，所述第一处理器除了需要提取液体流动状态仪的监测数据、并对监测数据进行有效判断之外，还需要根据判断结果选择性地对钻孔行程、钻孔时间或液体流量等数据进行进一步处理，比如累加处理，流量累积值Q=E Aqi*ki,iq> qmin时，ki = I,当q〈qmin时，ki = O,利用流量累积值就可以更清楚直接地评价钻孔质量；又比如混加处理，把有效钻孔时间的流量进行累加处理，对无效钻孔时间的流量也进行累加处理，然后对无效钻孔时间的流量累积值进行打折处理或乘以一个系数，有效钻孔时间的流量累积值和打折后的无效钻孔时间的流量累积值相加得出最终的流量混加值，用来评价钻孔质量。实际上，这种流量累积值或流量混加值与钻孔实际成孔直径的平均值是有关的，诸如土木工程中的旋喷桩施工和高压喷射扩大头锚杆施工，以及石油开采中的整井或洗井施工等。利用本发明的装置可以真实有效的判断施工的质量是否达到设计要求的直径，也可根据经验估算钻孔直径，解决了这一套隐蔽工程施工质量控制的老大难问题。本实施例中，由于所述的监测装置是监测钻机钻头内液体流量，并且只有监测的参数达到一定标准时才被记录为有效流量，相对现有技术，该累积值与钻孔的质量更具有直接的关系，从而可以做出更准确的评价。为了使评价更准确，还可以结合钻机的有效工作时间T =Σ Ati · ki、钻机的有效钻孔行程，对钻孔质量进行更全面的评价。当然，本发明所述液体流量计也可以设置在泵机或设置在钻机动力头与钻杆的连接处，能达到同样的有益效果；另外，所述液体流量计还可以设置在泵机和液体池之间的输液管路上，此处的液体流量与钻机动力头和钻杆输液管道内液体流量基本一致，但由于泵机和液体池之间的输液管路内液体压力小，可以采用低压流量计，低压流量计的价格低于高压流量计的价格，所以可以节省设备成本。作为本发明所述钻机钻孔工作状态的监测装置的实施例二，如图2所示，与实施例一不同之处在于所述液体流动状态仪包括液体压力计5，所述液体压力计5用于监测钻 机I和泵机2之间输液管路3内的液体压力，由于输液管路3上的液体压力和钻机钻头内液体压力基本一致，所以相当于直接监测了钻机钻头内液体压力；相应的监测方法为首先，通过第一输入装置72设定最小的有效压力为Pmin ；判定当前压力是否为有效压力，当监测到的压力值ρ彡Pfflin时，判定为钻孔有效，当监测到的压力值p〈pmin时，判定为钻孔无效。本实施例中，由于本发明所述的监测装置是监测钻机动力头和钻杆输液管道内液体压力，并且只有监测的参数达到一定标准时才被记录为有效压力，相对现有技术，可以做出更准确的评价。为了更清楚直接地获得最终数据来评价钻孔质量，所述第一处理器除了需要提取液体流动状态仪的监测数据、并对监测数据进行有效判断之外，还需要根据判断结果选择性地对钻孔行程、钻孔时间等数据进行进一步处理，比如对钻孔有效时的钻孔时间进行累加处理，有效工作时间Τ=Σ Ati.ki当ρ彡Pmin时，ki = I,当p〈pmin时，ki = O,利用有效工作时间累积值就可以更清楚直接地评价钻孔质量。当然，本发明所述液体压力计也可以设置在泵机处或设置在钻机动力头与钻杆的连接处，能达到同样的有益效果。作为本发明所述钻机钻孔工作状态的监测装置的实施例三，如图3所示，与实施例一不同之处在于所述液体流动状态仪包括液体流量计4和液体压力计5,所述液体流量计4用于监测钻机I和泵机2之间输液管路3内的液体流量，所述液体压力计5用于监测钻机I和泵机2之间输液管路3内的压力，相应的监测方法为首先,通过第一输入装置72设定最小的有效流量为qmin和最小的有效压力为Pmin ;判定当前流量是否为有效流量，当监测到的流量值q ^ Qfflin时，判定为有效流量，当监测到的流量值q〈qmin时，判定为无效流量；判定当前压力是否为有效压力，当监测到的压力值ρ彡Pmin时，判定为有效压力，当监测到的压力值p〈pmin时，判定为无效压力；当前流量为有效流量，并且当前压力为有效压力时，监测数据方才被认定为有效监测数据，即认为钻进有效，否则认为钻进无效；为了更清楚直接地获得最终数据来评价钻孔质量，所述第一处理器除了需要提取液体流动状态仪的监测数据、并对监测数据进行有效判断之外，还需要根据判断结果选择性地对钻孔行程、钻孔时间或液体流量等数据进行进一步处理，比如对钻孔有效时的液体流量进行累加处理，累积值Q=E Δ qi · ki,当q彡qmin且ρ彡Pmin时，ki = I,当q〈qmin或p〈pmin时，ki = 0，利用流量累积值就可以更清楚直接地评价钻孔质量；还可以对监测数据做混加处理，把有效钻孔时间内的流量进行累加处理，对无效钻孔时间的流量也进行累加处理，然后对无效钻孔时间的流量累积值进行打折处理或乘以一个系数，有效钻孔时间的流量累积值和打折后的无效钻孔时间的流量累积值相加得出最终的流量混合累积值，用来评价钻孔质量。本实施例中，由于本发明所述的监测装置是监测钻机钻头内液体流量和液体压力，并且只有监测到的流量参数和压力参数都达到一定标准时才被记录为有效数据，把液体流量和液体压力综合起来，整体判断，从而可以做出比实施例一和实施例二都全面的评 价。当然，本发明所述液体流量计也可以设置在泵机处或设置在钻机动力头与钻杆的连接处，还可以设置在泵机和液体池之间的输液管路上；所述液体压力计还可以设置在泵机处或设置在钻机动力头与钻杆的连接处，能达到同样的有益效果。作为本发明所述钻机钻孔工作状态的监测装置的实施例四，如图4所示，与实施例三不同之处在于所述监测装置还包括副控板8，所述副控板8与主控板7相联接，所述副控板8包括第二输出装置82，第二输出装置82与第一处理器71连接或与液体流动状态仪连接，所述输出装置82为用于显示有效监测数据和用于显示对监测数据进行处理后处理值的显示器，即在泵机2处的操作人员可以通过第二输出装置82同时看到监测数据及其处理值，操作人员可以根据监测数据和处理值手动调整泵机工作状态参数。本实施例中，所述副控板8还包括与第一处理器连接的或与液体流动状态仪连接的第二处理器83和第二输入装置81，第二处理器83用于处理第二输入装置81的输入数据并实现与第一处理器之间通信数据的处理。另外，本实施例中所述泵机包括调控板，所述副控板8与泵机的调控板联接，所述副控板8包括与第一处理器71连接的或与液体流动状态仪连接的第二处理器83，第二处理器83与泵机的调控板连接，第二处理器83用于自动调控泵机的工作参数。相应的监测方法为当液体流量计4监测到的流量值q〈qmin时，第二处理器83则调整泵机2使其加大流量，使q彡qfflin,同样道理，当液体压力计5监测到的压力值p〈pmin时，第二处理器83则调整泵机2使其加大压力，使P ^ Pmin，这样实现了自动化控制，降低操作人员的工作强度，同时可以避免钻机I长时间地处于无效钻孔状态，提高钻孔效率。本发明中，所述液体流量计和主控板、液体压力计和主控板、主控板与副控板、副控板与泵机调控板均可以通过无线通讯技术联接，从而摆脱数据线的束缚，以适应各种复杂的工作环境。综上所述，本发明监测装置是通过监测液体流动状态，获得监测参数并对监测参数进行有效判断，以此为根据来判断钻孔的质量，向操作人员做出提示或者直接调控泵机改变工作参数以实现自动化控制。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种钻机钻孔工作状态的监测装置，包括钻机、泵机和输液管路，所述钻机、泵机和输液管路形成输液通路，其特征在于，还包括 安装在所述输液通路上的液体流动状态仪； 用于提取液体流动状态仪的监测数据、并对监测数据进行有效判断的第一处理器；及 与第一处理器相连接的第一输入装置和第一输出装置。
2.如权利要求I所述钻机钻孔工作状态的监测装置，其特征在于，所述第一处理器为用于提取液体流动状态仪的监测数据、并对监测数据进行有效判断、并根据判断结果选择性地对钻孔行程或/和钻孔时间或/和液体流量进行累加处理的第一处理器。
3.如权利要求I或2所述钻机钻孔工作状态的监测装置，其特征在于，所述液体流动状态仪包括液体流量计，所述液体流量计用于监测输液通路内的液体流量。
4.如权利要求I或2所述钻机钻孔工作状态的监测装置，其特征在于，所述液体流动状态仪包括液体压力计，所述液体压力计用于监测输液通路内的压力。
5.如权利要求I或2所述钻机钻孔工作状态的监测装置，其特征在于，所述液体流动状态仪包括液体流量计和液体压力计，所述液体流量计用于监测输液通路内的液体流量，所述液体压力计用于监测输液通路内的压力。
6.如权利要求I或2所述钻机钻孔工作状态的监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括与第一处理器连接的或与液体流动状态仪连接的第二输出装置。
7.如权利要求I或2所述钻机钻孔工作状态的监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括与第一处理器连接的或与液体流动状态仪连接的第二输入装置和第二处理器，第二处理器用于处理第二输入装置的输入数据并和第一处理器进行通讯。
8.一种钻机钻孔工作状态的监测方法，其特征在于，所述钻机、泵机和输液管路形成输液通路，通过设置在输液通路上的液体流动状态仪获得监测数据，设定有效数据标准值，并对监测数据进行有效判断。
9.如权利要求8所述钻机钻孔工作状态的监测方法，其特征在于，所述液体流动状态仪包括液体流量计，所述液体流量计用于监测输液通路内的液体流量； 首先，所述有效数据标准值为设定的最小有效流量为qmin ; 判定当前流量是否为有效流量，当监测到的流量值q ^ Qfflin时，判定为钻孔有效，当监测到的流量值q〈qmin时，判定为钻孔无效。
10.如权利要求8所述钻机钻孔工作状态的监测方法，其特征在于，所述液体流动状态仪包括液体压力计，所述液体压力计用于监测输液通路内的压力； 首先，设定最小的有效压力为Pmin ; 判定当前压力是否为有效压力，当监测到的压力值P ^ Pfflin时，判定为钻孔有效，当监测到的压力值P〈Pmin时，判定为钻孔无效。
全文摘要
本发明属于土木工程和资源开采钻探领域，更具体的说，涉及一种钻机钻孔工作状态的监测装置及监测方法，监测装置包括钻机、泵机和输液管路，所述钻机、泵机和输液管路形成输液通路，还包括安装在所述输液通路上的液体流动状态仪；用于提取液体流动状态仪的监测数据、并对监测数据进行有效判断的第一处理器；及与第一处理器相连接的第一输入装置和第一输出装置。由于本发明所述的监测装置是监测输液通路内液体流动状态参数，并且只有监测的参数达到一定标准时才被记录为有效数据，从而对钻孔质量可以做出更准确的评价。
文档编号E21B21/08GK102889073SQ20121037017
公开日2013年1月23日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者曾庆义 申请人:曾庆义