专利名称：带有报警传感器的牙轮钻头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于石油钻井等领域的带有报警传感器的牙轮钻头，它可以实时检测牙轮钻头在井下的工况并对可能发生的失效情况及时报警。
背景技术：
在石油、天然气等钻井领域，各种牙轮钻头已经获得了广泛的应用。由于地表岩层相当复杂，牙轮钻头在钻井时的工作环境往往十分恶劣，因而了解和掌握钻头在井下的工作状况，相应地采取合理的钻井参数，调整钻井工艺是提高牙轮钻头使用寿命和钻井效率的重要环节。然而现有的牙轮钻头都不具备实时检测的装置，操作人员难以及时掌握牙轮钻头在井下的工作状况，对钻具的合理使用和操作尚存一定的盲目性。另一方面，牙轮钻头中，牙轮是钻头的切削部件和钻头轴承的重要组成部分，牙轮钻头的许多异常工况变化，如牙轮蹩跳、卡死、轴承旷动、壳体破碎、轴颈断裂、锁紧失效、掉牙轮等都可以从牙轮与牙掌的相对转动和它们间的间隙变化反映出来。因此实时检测牙轮的工况，可以充分掌握牙轮钻头在井下的实际工况。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种能实时检测钻头工作状态的带有报警传感器的牙轮钻头。
本实用新型为解决上述提出的问题所采用的技术方案为包括有牙掌2和牙轮1，其不同之处在于在牙轮钻头上设置有检测传感器3和数据存储处理器4，所述的检测传感器3由安装在牙掌颈部的非接触式磁敏检测传感器5和安置在牙轮底平面上的磁条6构成。
按照上述方案，非接触式磁敏检测传感器5安设在斜钻于牙掌颈部的安装孔7内，检测端置于安装孔下端对应牙轮底平面；数根磁条6沿周向间隔排布在牙轮的底平面上，与非接触式磁敏检测传感器5相配置；所述数据存储处理器4包括有存储器10、CPU9和信号传输发射器8，安装在牙掌上，通过信号传输电缆11与非接触式磁敏检测传感器5导通。
本实用新型在井下使用工作时，牙轮在公转的同时绕牙掌轴颈自转，安设在牙轮后端底平面上的磁条6会以一定的旋转速率并保持一定的间距通过牙掌颈部的非接触式磁敏检测传感器5的检测端，由此产生一定的磁通量而形成传感信号；当牙轮转速发生变化或轴向跳动时，磁条6相对于非接触式磁敏检测传感器5的检测端的通过速率和间距就会发生变化，而形成变化的传感信号。这样，检测传感器就可以准确采集到各种工况下牙轮旋转产生的磁通量变动情况及牙轮的轴向跳动变化情况，并将采集到的数据转换为相应的电磁脉冲信号通过信号传输电缆传输给数据存储处理器4，经转换过滤出需要的数据。然后通过无线传输至钻杆上安设的数据传输装置(MWD)12，通过MWD将数据输送至地面操作平台微机，提供实际的牙轮钻头工况信息，指导工作人员合理操作。
本实用新型与现有牙轮钻头相比具有以下的有益效果1.由于能够直接、真实地检测出牙轮钻头的工作状态，有助于钻井工作人员随时调整钻进参数，对钻头是否起钻做出科学的判断，避免因保守起钻造成钻井成本的浪费或盲目钻进导致的井下事故，提高了钻井的安全性及钻头的使用寿命；2.有助于技术研究人员掌握牙轮钻头在井下的实际工作参数，对牙轮钻头进行针对性的研究开发及改进工作。
图1为本实用新型的一个实施例的结构剖面图。
图2为图1的A-A剖视图。
图3为本实用新型的一个实施例的使用连接示意图。
图4为本实用新型的一个实施例在井下检测信号的传输路线示意图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例。在普通牙轮钻头牙掌2背上，平行于牙掌轴颈斜钻一安装孔7，孔的另一开口位于牙掌靠近牙轮一侧内背面C上，与牙轮底平面相对应，孔端部呈锥形。非接触式磁敏检测传感器5的锥面保护套14与此锥形孔形成检测端的锥面密封。安装孔7的另一端安设有密封圈15和压紧螺杆16，以保持安装孔和非接触式磁敏检测传感器5的密封，四根磁条6沿周向间隔均布在牙轮1的底平面上，与非接触式磁敏检测传感器5相配置，空间上位于非接触式磁敏检测传感器检测头的正下方。非接触式磁敏检测传感器5和磁条6组成检测传感器3，用以检测牙轮1的底平面跳动与转动状况。数据存储处理器4由信号传输发射器8、CPU9、RAM存储器10和蓄电池17等组成，密封安装在牙掌掌背原储油孔18内，从原储油孔向安装孔7侧钻有一小孔，孔内穿有信号传输电缆11，将非接触式磁敏检测传感器5与数据存储处理器4相导通。由此构成带有报警传感器的牙轮钻头。此外，在牙掌掌背一侧沿轴颈中心线开设储油孔，安设储油装置13。本实用新型的牙轮钻头可为单牙轮或多牙轮钻头。
实际使用时，本实用新型将所测数据通过无线传输至钻杆上安设的数据传输装置12(MWD)，通过MWD将数据输送至地面，地面信号接受转换处理器19与司钻操作平台的微机20相连接。操作人员即可了解牙轮钻头的实时工况信息。通过与预先录制的标准频谱波形信号作对比，即可采取合理的钻井操作。
本实用新型的简要工作机理是当牙轮1未正式钻进时，牙轮不产生连续的转动、也未受切削震动力时，检测传感器3检测不到牙轮连续旋转产生的磁通量变化和轴向跳动位移量，输出一个直线脉冲信号；当牙轮正常钻进转动时，检测传感器检测出的牙轮产生的磁通量变化比较有规律，轴向跳动位移量也在合理的变动范围，输出的是有规律的脉动变化信号；当牙轮钻头发生牙轮蹩跳、卡死、轴承旷动、壳体破碎、轴颈断裂、锁紧失效、掉牙轮等异常情况时，牙轮所产生的磁通量变化出现异常，轴向跳动位移量也可能会超出合理的变动范围，检测传感器输出的将是振幅异变的电磁脉动信号。
权利要求1.一种带有报警传感器的牙轮钻头，包括有牙掌(2)和牙轮(1)，其特征在于在牙轮钻头上设置有检测传感器(3)和数据存储处理器(4)，所述的检测传感器(3)由安装在牙掌颈部的非接触式磁敏检测传感器(5)和安置在牙轮底平面上的磁条(6)构成。
2.按权利要求1所述的带有报警传感器的牙轮钻头，其特征在于所述非接触式磁敏检测传感器(5)安设在斜钻于牙掌颈部的安装孔(7)内，检测端置于安装孔下端对应牙轮底平面。
3.按权利要求1或2所述的带有报警传感器的牙轮钻头，其特征在于数根磁条(6)沿周向间隔排布在牙轮的底平面上，与非接触式磁敏检测传感器(5)相配置。
4.按权利要求1或2所述的带有报警传感器的牙轮钻头，其特征在于所述数据存储处理器(4)包括有存储器(10)、CPU(9)和信号传输发射器(8)，安装在牙掌上，通过信号传输电缆与非接触式磁敏检测传感器(5)导通。
5.按权利要求3所述的带有报警传感器的牙轮钻头，其特征在于四根磁条(6)沿周向间隔均布在牙轮(1)的底平面上，与非接触式磁敏检测传感器(5)相配置，空间上位于非接触式磁敏检测传感器检测头的正下方。
6.按权利要求4所述的带有报警传感器的牙轮钻头，其特征在于数据存储处理器(4)密封安装在牙掌掌背原储油孔(18)内。
专利摘要本实用新型涉及一种用于石油钻井等领域的带有报警传感器的牙轮钻头，它包括有牙掌和牙轮，其不同之处在于在牙轮钻头内置有检测传感器、数据存储处理器，检测传感器由安装在牙掌颈部的非接触式磁敏检测传感器和安置在牙轮底平面上的磁条组成。本实用新型产生了以下的有益效果1.由于能够直接、真实地检测出牙轮钻头的工作状态，有助于钻井工作人员随时调整钻进参数，对钻头是否起钻做出科学的判断，避免因保守起钻造成钻井成本的浪费或盲目钻进导致的井下事故，提高了钻井的安全性及钻头的使用寿命；2.有助于技术研究人员掌握牙轮钻头在井下的实际工作参数，对牙轮钻头进行针对性的研究开发及改进工作。
文档编号G08B23/00GK2607435SQ03235738
公开日2004年3月24日 申请日期2003年3月7日 优先权日2003年3月7日
发明者沈建诚 申请人:江汉石油钻头股份有限公司