[发明专利]用于估计钻头的磨损的方法和系统

说明书

本发明涉及一种用于在冲击式岩石钻进中估计钻头的磨损的方法，其中，冲击装置(106)构造成用于在钻头(108)中产生冲击波以使岩石破碎；该方法包括，在钻进期间：确定冲击装置(106)的冲击频率；以及基于冲击装置(106)的所确定的冲击频率和钻头(108)的磨损的作为冲击频率的函数的模型表示来估计钻头(108)的磨损，其中，所述模型表示配置成利用所确定的所述冲击频率作为输入信号来输出所估计的钻头(108)的所述磨损。

技术领域

本发明涉及冲击式岩石钻进，并且更具体地涉及用于估计钻头的磨损的方法和系统。本发明还涉及钻机以及实施根据本发明的方法的控制系统。

背景技术

岩石钻机可以在多个应用领域中使用。例如，岩石钻机可以在隧道掘进、露天采矿、地下采矿、岩石加固、天井钻进中被利用，并且被用于例如钻爆破孔、注浆孔、用于安装岩石锚杆的孔、水井和其他井、打桩以及地基钻进等。因此，岩石钻机具有广泛的用途。

此外，岩石的实际破碎通常由接触岩石的钻头执行，其中，钻头通常借助于钻柱连接至钻进机器。钻进可以以多种方式完成，例如作为旋转钻进完成，在旋转钻进中，钻头在高压下被朝向岩石推进以借助于旋转力和所施加的压力将岩石压碎。

钻进也可以是冲击类型的，其中，例如冲击装置、比如锤击装置直接地或经由钻柱反复地撞击钻头，以将冲击脉冲传递至钻头并且进一步传递到岩石中。冲击钻进可以与旋转结合以便获得下述钻进：在这种钻进中，钻头的球齿、镶齿在每次冲程中撞击新岩石，从而提高钻进的效率。

钻头可以在钻进期间借助于进给力压靠岩石，以确保尽可能多的冲击能量从冲击装置传送至岩石。

以上钻进原理的共同点在于岩石在钻进期间被压碎。然而，为了获得有效的钻进过程，钻头不得磨损到不能再按预期进行钻进的程度。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够估计钻头的磨损的方法和系统。本发明的另一目的是提供一种能够展现与表示需要更换钻头的磨损状态有关的估计磨损的方法和系统。例如，估计磨损可以表示为钻进长度/深度，比如表示为到认为需要更换钻头为止所剩余的米数。

根据本发明，提供了一种用于在冲击式的岩石钻进中估计钻头的磨损的方法，其中，冲击装置构造成用于在钻头中产生冲击波以使岩石破碎；

该方法包括，在钻进期间：

确定冲击装置的冲击频率；以及

基于冲击装置的所确定的冲击频率和钻头的磨损的作为冲击频率的函数的模型表示来估计钻头的磨损，其中，所述模型表示配置成利用所确定的所述冲击频率作为输入信号来输出所估计的钻头的所述磨损。

钻进可以通过使用岩石钻机进行，其中，岩石钻机可以包括载具，并且其中，在钻进期间，由载具承载的钻柱可以将冲击装置连接至载具。

钻进可以通过使用冲击装置进行，冲击装置比如为DTH锤、顶锤或任何其他类型的冲击装置。本发明的实施方式涉及任何这样的冲击装置，并且因此涉及直接地或经由钻柱反复地撞击钻头以将冲击脉冲、冲击波传递到钻头中并且进一步传递到岩石中以使岩石破碎/压碎的冲击装置。

然而，为了获得高效的钻进过程，钻头不得磨损到下述程度：钻进不再能够进行至期望程度或不再能够以期望的钻进速率进行。

根据本发明的实施方式，目的在于提供一种用于在钻进进行的同时估计钻头的当前磨损的方法，从而由此可以在钻头实际磨损到其必须更换的程度之前确定钻头是否即将达到表示需要更换的磨损状态。一般来说，存在更换钻头的各种原因。例如，随着钻头变得磨损，钻进速率/速度劣化，并且钻进速率可能降低到继续钻进例如由于钻进速率低而不再可行的程度。