鑽探工作中，用於監測鑽進參數，以便對鑽進過程和鑽探設備的運行狀況進行定量分析和最佳化控制的儀器和儀表。鑽機上的指重表和泥漿泵上的壓力表實質上就是最簡單的單參數鑽進參數儀，但通常所說的鑽進參數儀是指獨立於鑽機和泥漿泵之外自成單元的監測鑽進參數的儀器和儀表。
基本介紹
- 中文名：鑽進參數儀
- 外文名：instrument of drilling parameter
- 學科：鑽探工程
- 作用：監測鑽進參數
- 測量方法：鑽壓測量等
- 類型：鑽探設備
參數監測,功用,測量方法及感測器,發展概況,
參數監測
目前，利用鑽進參數儀直接監測的參數有鑽壓、鑽具轉速、沖洗液量(泵量)、泵壓、扭矩、鑽速、累積進尺和液動衝擊器工作頻率等。性能較完善的新型鑽進參數儀還可由此導出岩石破碎係數、岩石可鑽性指數、參數的變化率、鑽頭的每轉進尺等參數。這些參數不僅可以指導鑽探施工，而且還可為科研人員進行鑽探工藝和機具的分析研究提供可靠依據。
鑽進參數儀工作環境惡劣，對其防震、防潮、耐溫度變化和電源電壓波動等性能要求較高。鑽進參數儀的測量精度，與測量方法和感測器的種類有關，其誤差一般為滿量程的±1%～±5%。
功用
(1) 便於進行鑽進工藝參數的最佳化，提高鑽進速度，延長鑽頭壽命。鑽壓、鑽具轉速和沖洗液量 (泵量)是三個重要的迴轉鑽進參數，在鑽進過程中，通過鑽進參數儀可隨時監視、測量這些參數的值，並針對具體條件進行相應的調整和組合。
(2) 用以監視鑽孔內岩層的岩性變化和鑽具的工作狀況。在岩層岩性發生較大變化時，鑽進參數也會相應變化，總結這些參數變化的規律，可作為判層的依據。在煤田鑽探中，常利用這種變化進行見煤預報。此外，根據扭矩、鑽速等參數的變化，可對岩心堵塞、鑽頭磨損等情況作出較可靠的判斷。
(3)用以發現孔內事故和機械故障的徵兆，以便及時採取措施，防止重大事故發生。泥漿泵密封不良或摩擦傳動副打滑時，泵量會下降;鑽頭水眼堵塞或孔內岩粉過多，沖洗液循環阻力增大，泵壓會明顯上升;孔內出現坍塌掉塊時，鑽桿迴轉扭矩會劇烈變化。通過鑽進參數儀的監測，及時發現這些情況，便可及時予以處理，避免燒鑽、埋鑽和卡鑽等孔內事故及因設備帶病運轉或過負荷而引起機械事故。為增強這種作用，又不使操作人員長期處於精神緊張的狀態，鑽進參數儀上常設有聲、光報警裝置。
(4)發生孔內事故時，鑽進參數儀顯示的數據，有助於判斷事故類型和檢查處理效果，縮短停鑽時間。在鑽進過程中，扭矩經短暫升高后很快降低到正常值以下，泵壓也隨之降低，通過稱量鑽具又發現其重量減小，可判定已發生鑽桿折斷事故，根據鑽具稱重結果，還可推斷鑽桿折斷的位置;在打撈鑽具時，通過鑽具稱重，可確定矢錐是否已把折斷的部分抓住。
測量方法及感測器
不同參數的測量方法及所用的感測器也不同。
鑽壓測量在液壓給進鑽機上，通過特製的雙盤壓力表測量給進油缸的壓力，可方便地稱量鑽具和指示鑽壓。在採用主動鑽進方法時，為達到同一目的可在提升鋼絲繩死端連線一塊拉力表。在上述部位接入應變式壓力感測器，即成為現代鑽進參數儀的鑽壓信號源。
泵壓及泵量測量用於監測泵壓的儀表，除了抗震壓力表之外，一般都用壓力感測器及二次儀表。鑽孔沖洗液的化學成分和流變特性變化大，腐蝕性強，壓力較高，適用於泵量測定的感測器不多，生產中多選用浮子式流量計。
主軸轉速測量在一般情況下，都是按照鑽機的使用說明書上給出的數據選擇主軸轉速，而不去對其實際值進行監測。隨著無級調速鑽機的推廣和對鑽探工藝科學化的要求不斷提高，監測主軸轉速已成為對鑽進參數儀的基本要求。對轉速的測量，以往常用測速發電機作感測器，現在則多用精度較高的磁電式轉速感測器，以其所產生電脈衝信號的頻率反映鑽機主軸的轉速。
扭矩測量大多數鑽進參數儀都採用測量與扭矩有關的其它物理量來間接反映扭矩變化的方法，包括測量電動機的工作電流、液壓馬達進、出油口處的壓力差等。有時，將相位差扭矩感測器安裝在動力機與主摩擦離合器之間，但需對鑽機作局部改裝，測得的扭矩須乘以相應檔次的速比和機械效率才能求出主軸的扭矩。
鑽速測量鑽速受到鑽進工藝和地質條件等多種因素的影響，因而也是反映鑽進效果最全面的參數。在現代鑽進參數儀上，常用位移感測器對鑽速進行較準確的測量。有時，先將線位移轉換成角位移，再用低速測速發電機或磁電式感測器進行測量。鑽速的變化範圍較大，在低速時近於“爬行”，一般要通過機械或電子裝置進行換檔和放大。
累積進尺測量利用儀器進行累積進尺測量並非必要，只有少數鑽進參數儀有這種功能。在一個回次的鑽進過程中，通常要進行多次倒桿，因此在測量累積進尺的傳動系統中必須設單向傳動機構。
衝擊器工作頻率測量用於液動衝擊迴轉鑽進的測頻儀是根據衝擊器工作頻率與管道中水擊波頻率相一致的原理設計的。它由接在送水管上的壓力感測器與頻率計兩部分組成。
發展概況
由於多方面的原因，多參數鑽進參數儀在中國套用還不廣泛，但在該領域的研究工作多年來卻一直沒有停止，從20世紀70年代後期開始，進展明顯加快，至80年代初，已有多種儀器定型投產。80年代中期，微機技術進入該領域，鑽進參數儀也跨入了發展的新階段。90年代初，出現了適於生產現場使用的具有一定人工智慧的實時監測和最佳化控制系統，即除了對鑽進過程進行監測之外，還能根據現代鑽探理論和實踐經驗進行分析判斷，給出正確提示;當出現孔內事故徵兆時，能自動使鑽具提離孔底或停車。有的，還可以通過列印和磁記錄積累實鑽資料。這種新型鑽進參數儀已與鑽機緊密結合，為研製自動鑽機和實現自控鑽進奠定了基礎。
西方國家多將發展重點放在石油鑽井參數儀表上，只有英國、瑞典等少數國家研製過一些單參數地質鑽探儀表。前蘇聯在這一領域做了許多工作，從20世紀50年代開始，一直延續至今，生產單參數儀表、綜合鑽進參數儀和鑽進參數記錄儀等，品種較多，在生產中套用也較普遍。
