一种钻进深度测量方法、系统、钻机及存储介质与流程

1.本技术涉及钻探技术的领域，尤其是涉及一种钻进深度测量方法、系统、钻机及存储介质。


背景技术：

2.随着大数据、人工智能、云计算、移动互联等新兴科技正在高速与传统行业融合，在资源勘探与开发工作中，越来越多的钻机实现了钻进过程中的自动化控制，将基础的钻具行为变为控制逻辑从而实现自主执行，大大减少了现场施工的人工成本。
3.但是钻探过程是钻具与地层极其复杂的交互过程，尤其是在针对于钻进深度的测量上，许多的测量系统均无法较好的对其进行实时测量，在许多施工现场任然是采用人工测算与经验判断相结合的方式来对钻进深度进行测量，难以实现自动化测量的目的。


技术实现要素：

4.为了能够自动化对钻进深度进行测算，本技术提供一种钻进深度测量方法、系统、钻机及存储介质。
5.第一方面，本技术提供的一种钻进深度测量方法采用如下的技术方案：一种钻进深度测量方法，包括：判定钻头与地层是否接触；当判定钻头与地层接触后，获取卡盘于当前高度处的初始点信息，并根据初始点信息计算卡盘高度的初始值信息；在当卡盘下行过程中，获取当前状态下卡盘高度的当前值信息；根据卡盘单次由上至下行进时所获取的初始值信息与当前值信息实时计算钻进深度信息。
6.通过采用上述技术方案，卡盘在下行过程中，均是通过与主动钻杆上的卡槽卡接而将主动钻杆夹紧，在钻杆钻进的过程中，主动钻杆也会下行对应的距离，并且反应在卡盘上的即为卡盘对应下行的距离。因而通过对卡盘的移动距离进行测算并更新作为参考的初始值信息，即可在卡盘下行的过程中实时计算得到钻进深度。
7.优选的，在每次计算初始值信息的过程中，获取前次卡盘钻进至最低点处时卡盘的最低点信息；根据所获取的初始点信息与前次卡盘钻进至最低点处时的最低点信息计算差值信息；根据前次的初始值信息与所获取的差值信息计算并更新初始值信息。
8.通过采用上述技术方案，最低点信息以及初始点信息更新每次卡盘下行过程中的初始值信息的方式，通过考量首尾两点的具体信息来获取钻杆的钻取深度，精度较高。
9.优选的，所述卡盘通过拉绳传感器获取与参考平面之间的距离，在更新初始值信息的过程中，满足：
其中，为更新后的初始值信息，为更新前的初始值信息，为当前工作循环中卡盘位于初始点处时的拉绳长度，为前一工作循环中卡盘位于最低点处时的拉绳长度。
10.通过采用上述技术方案，采用拉绳传感器检测的方式也可以较为精确的测量出具体的距离，并且也可以满足其复杂条件下的工况，且受外界影响较低。因而，基于此，通过考量首尾两点的具体信息可以测算得出钻杆的钻取深度，精度较高。
11.优选的，所述钻进深度信息满足：其中，为更新后的初始值信息，为时刻下的拉绳长度，为钻进深度信息。
12.优选的，所述钻头与地层是否接触的判定方法包括：获取上油箱压力信息以及下油箱压力信息，并基于上油箱压力信息以及下油箱压力信息获取上下油箱的压力差信息；在卡盘下行的过程中监测压力差信息的变化量以判断钻头是否与地层接触。
13.通过采用上述技术方案，在卡盘下行的初期，钻头并不一定能保证恰好与地层发生接触，因而如果对这个部分进行重复测定会影响钻进深度在测量过程中的精度。同时，当钻头与地层发生接触并使钻头对地层进行钻压时，上油箱压力会逐渐小于下油箱压力，因而通过判断上油箱压力信息以及下油箱压力信息即可很好的得出是否处于有效钻进的情况。
14.优选的，判定卡盘是否夹紧钻杆；当判定卡盘夹紧钻杆后，间断性检测并获取压力差信息；在每次检测压力差信息的过程中，将当次获取的压力差信息与前次获取的压力差信息进行计算获得变化量信息；当变化量信息大于预设的门限阈值信息时，则视为钻头与地层发生接触。
15.通过采用上述技术方案，有时孔壁会发生部分坍塌的情况，导致了钻杆下行的过程中可能会受到一定的阻碍，通常在施加一定压力的情况下可以使钻杆顺畅通过。因而，设置门限阈值信息的方式可以有效地提高测量的精度，减少误判的情况的发生。
16.第二方面，本技术提供的一种钻杆深度自动化监测系统采用如下的技术方案：一种钻进深度测量系统，包括，钻进总成，用于驱动主动钻杆钻进，所述钻进总成包括用于夹持主动钻杆的卡盘以及位于卡盘下方的基准台；判定模块，用于判定钻头与地层是否接触；初始点获取模块，当判定钻头与地层接触后，用于获取卡盘于当前高度处的初始点信息；初始值计算模块，用于根据初始点信息计算卡盘高度的初始值信息；当前值获取模块，用于在当卡盘下行过程中，用于获取当前状态下卡盘高度的当
前值信息；钻深计算模块，用于根据卡盘单次由上至下行进时所获取的初始值信息与当前值信息实时计算钻进深度信息。
17.优选的，还包括拉绳传感器，所述拉绳传感器的两端分别固定于卡盘以及基准台上；所述初始值计算模块包括：最低点获取子模块，在每次计算初始值信息的过程中，用于获取前次卡盘钻进至最低点处时卡盘的最低点信息；差值计算子模块，用于根据所获取的初始点信息与前次卡盘钻进至最低点处时的最低点信息计算差值信息；初始值更新子模块，用于根据前次的初始值信息与所获取的差值信息计算并更新初始值信息；其中，所述初始点信息、当前值信息以及最低点信息均通过拉绳传感器采集并与拉绳传感器的采集值相关联。
18.通过采用上述技术方案，采用拉绳传感器检测的方式也可以较为精确的测量出具体的距离，并且也可以满足其复杂条件下的工况，且受外界影响较低。因而，基于此，通过考量首尾两点的具体信息可以测算得出钻杆的钻取深度，精度较高。
19.第三方面，本技术提供的一种钻机采用如下的技术方案：一种钻机，包括：钻进总成，用于驱动主动钻杆钻进，所述钻进总成包括用于夹持主动钻杆的卡盘以及位于卡盘下方的基准台；存储器和处理器，所述存储器上存储有能够被处理器加载并执行上述任一种钻进深度测量方法的计算机程序。
20.第四方面，本技术提供的一种计算机存储介质，能够存储相应的程序，具有便于实现自动化对钻杆深度进行测算的特点，采用如下的技术方案：一种计算机可读存储介质，存储有能够被处理器加载并执行上述任一种钻进深度测量方法的计算机程序。
21.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.采用全自动测量的方式对钻进深度进行实时测量；2.精度较高，误差较小。
附图说明
22.图1是本发明其中一实施例的钻进总成的结构示意图。
23.图2是本发明其中一实施例的钻进深度测量方法的流程示意图。
24.图3是本发明其中一实施例的判定钻头是否与地层发生接触的流程示意图。
25.图4是本发明其中一实施例的初始值信息的更新方法的流程示意图。
26.图5是本发明其中一实施例的钻进总成的结构示意图，其中，卡盘沿着图中箭头的方向运动以执行一个工作循环，l为拉绳传感器的读数。
27.附图标记说明：1、卡盘；2、基准台；3、驱动油缸；4、拉绳传感器；5、主动钻杆；6、卡
盘把手；7、接近开关。
具体实施方式
28.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图1-5，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，如无特殊说明，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
30.下面结合说明书附图对本发明实施例作进一步详细描述。
31.本发明实施例提供一种钻进深度测量方法，其中，该方法基于钻机构建而成，参照图1，该钻机包括一个用于驱动钻杆钻进的钻进总成，该钻进总成包括一个用于夹持主动钻杆5的卡盘1以及位于卡盘1下方的基准台2，主动钻杆5轴向贯穿基准台2并向下延伸，主动钻杆5用于与从动钻杆连接并用于驱动从动钻杆向下钻进。基准台2上固定有用于驱动卡盘1于竖直方向上升降的驱动油缸3，在驱动油缸3的带动下，卡盘1会受控而发生竖直方向上的移动。在钻进过程中，卡盘1夹紧主动钻杆5并一同向下运动，而在倒杆过程中，卡盘1松开主动钻杆5并在驱动油缸3的作用下向上回程，以进行新一轮的钻进。
32.参照图2，所述方法的主要流程描述如下。
33.步骤s1000：判定钻头与地层是否接触。
34.其中，在基于上述的满足钻机的设备装置中，钻头固定于从动钻杆的下方并用于与地层抵接以实现对地层的钻探，在钻进的初始过程中，钻头会首先与地表岩层接触，而随着钻进过程的不断继续，钻头会随着孔深的增加而逐渐向下移动。而在钻孔的过程中，钻头与孔底的接触即为所述的钻头与地层的接触。
35.在该步骤中，具体的判断方式包括如下流程：步骤s1100：获取上油箱压力信息以及下油箱压力信息，并基于上油箱压力信息以及下油箱压力信息获取上下油箱的压力差信息。
36.其中，上油箱压力信息以及下油箱压力信息分别是驱动油缸3的上油箱的具体压力值以及驱动油缸3的下油箱的具体压力值，而对压力值的检测可以通过液体压力计的方式来对具体的压力进行测量。上下油箱的压力差信息即为上油箱压力信息与下油箱压力信息之间的差值，而减数可以是上油箱压力信息，也可以是下油箱压力信息。
37.步骤s1200：在卡盘1下行的过程中监测压力差信息的变化量以判断钻头是否与地层接触。
38.其中，在钻头未与地层接触的情况下，即可以看做主动钻杆5、从动钻杆以及钻头均是通过卡盘1悬吊在孔洞或是地面上，而此时，上油箱压力信息会小于下油箱压力信息，而这部分的压力差即是由主动钻杆5、从动钻杆以及钻头的重力而提供的。而在钻进过程中，由于需要对钻头施压，导致上油箱压力会大于下油箱压力，因而若计算上下油箱的压力差信息，在钻头接触地层并不断施压的过程中，压力差信息会不断发生改变，并随着施加压力的增大而逐渐向同一方向变化。因而，通过检测压力差信息的变化量即可得知钻头是否
与地层发生接触。
39.参照图3，作为具体的检测流程，其包括：步骤s1210：判定卡盘1是否夹紧钻杆。
40.其中，卡盘1夹紧钻杆即表示为卡盘1与主动钻杆5之间无法发生竖直方向上的相对滑动，而卡盘1会对应卡设在主动钻杆5的卡槽上而实现夹紧。对于卡盘1是否夹紧钻杆的判断可以采用卡盘把手6与接近开关7的方式判断卡盘1两个部分之间的距离是否达到预设的标准的方式而实现。在当卡盘1夹紧钻杆的过程中，卡盘把手6会处于下置位，触发接近开关7。而在当卡盘1松开钻杆时，卡盘把手6会处于上置位，而不触发接近开关7。
41.步骤s1220：当判定卡盘1夹紧钻杆后，间断性检测并获取压力差信息。
42.其中，压力差信息的获取方式及为步骤s1100，而间断性检测指的是不断的对压力差信息进行采集，而相邻的采集间隔是一个恒定的时间常数。而这个恒定的时间常数通常通过程序设定的方式预设。
43.步骤s1230：在每次检测压力差信息的过程中，将当次获取的压力差信息与前次获取的压力差信息进行计算获得变化量信息。
44.其中，当次获取的压力差信息即为当前采集时刻下的压力差信息的大小，而前次获取的压力差信息为位于前一采集时刻下的压力差信息的大小。变化量信息表征的是当次获取的压力差信息与前次获取的压力差信息之间的差值。作为可实施的一种方式，可以单独调用一个地址来对压力差信息进行记录，且仅可记录两个压力差信息，在存储过程中可以采用堆录入或栈录入的方式将压力差信息录入，那么在新的压力差信息录入时，位于之前两个时刻下录入的压力差信息即会被抹除。
45.步骤s1240：当变化量信息大于预设的门限阈值信息时，则视为钻头与地层发生接触。
46.其中，门限阈值信息指代的是一个预设的常数，其单位与变化量信息相同，而该门限阈值信息可以根据实际钻进过程中的钻进强度进行调整。例如步骤s1200中所述，当钻头与地层接触且卡盘1继续在驱动油缸3的作用下施压时，由于相邻时刻的压力差信息会发生突变，因而导致变化量信息也会对应的发生突变，因此，当变化量信息大于预设的门限阈值信息时，即可代表在钻进状态的过程中，钻头首次与地层发生接触。
47.步骤s2000：当判定钻头与地层接触后，获取卡盘1于当前高度处的初始点信息，并根据初始点信息计算卡盘1高度的初始值信息。
48.其中，卡盘1于当前高度处的初始点信息采用拉绳传感器4的方式进行采集。具体的，拉绳传感器4的壳体固定于卡盘1的一侧，而其拉绳的一段连接于基准台2上。当卡盘1发生移动时，拉绳的长度即会随之发生改变。那么，卡盘1于当前高度处的初始点信息及为拉绳传感器4对应的读数。对应的，该步骤中对于初始点信息的采集也可以采用带有红外距离检测的传感器实现。
49.一般来说，在卡盘1不断的下降与上升的过程中，拉绳传感器4均会对应的输出一个数值来表示卡盘1与基准台2之间的当前间距。为了方便描述，我们将每一个工作循环（即卡盘1夹紧钻杆与卡盘1松开钻杆的一个过程）中，判定钻头与地层发生接触时的点位定义为初始点，在该点处拉绳传感器4对应输出的数值即为初始点信息。
50.初始值信息是一个与初始点信息相关联并通过初始点信息计算而得到的值，它表
征了在经过多个工作循环后卡盘1位于初始点时钻进深度的总和。参照图4，作为具体的计算方式，其步骤流程包括：步骤s2100：在每次计算初始值信息的过程中，获取前次卡盘1钻进至最低点处时卡盘1的最低点信息。
51.其次，卡盘1钻进至最低点处表征的为卡盘1松开钻杆时卡盘1所处的位置，而此位置下的最低点信息也是通过拉绳传感器4所获得的数值，其表征了卡盘1位于最低点处时与基准台2之间的间距大小。前次卡盘1钻进至最低点处表征的是位于前一个工作循环中，卡盘1松开钻杆时的状态下。
52.步骤s2200：根据所获取的初始点信息与前次卡盘1钻进至最低点处时的最低点信息计算差值信息。
53.其中，差值信息表征的是初始点信息与最低点信息之间的差，其表征的也是该次工作循环中位于初始点处的拉绳长度与前次工作循环中位于最低点处的拉绳长度的差。
54.步骤s2300：根据前次的初始值信息与所获取的差值信息计算并更新初始值信息。
55.其中，前次的初始值信息表征的是位于前一工作循环时于初始点处时的拉绳传感器4的读数。作为具体的计算方式，其满足函数：其中，为更新后的初始值信息，为更新前的初始值信息，为当前工作循环中卡盘1位于初始点处时的拉绳长度，为前一工作循环中卡盘1位于最低点处时的拉绳长度。因此，即为当前工作工作循环中的初始点信息，即为前次卡盘1钻进至最低点处时的最低点信息。其中，为首次执行工作循环时卡盘采集的初始点信息。
56.通过上述函数计算得到的初始值信息即表征了当前工作循环中位于初始点处时的初始值信息，在该工作循环的后续计算步骤中，均采用该初始值信息作为参考基准。
57.步骤s3000：在当卡盘1下行过程中，获取当前状态下卡盘1高度的当前值信息。
58.参照图5，其中，卡盘1下行即指代的是位于一工作循环中从卡盘1夹紧钻杆至卡盘1松开钻杆的一个过程。而当前状态下卡盘1高度的当前值信息也是通过拉绳传感器4得到的对应读数l，其也表征了在当前状态下卡盘1与基准台2之间的距离的大小。
59.步骤s4000：根据卡盘1于同一工作循环中所获取的初始值信息与当前值信息实时计算钻进深度信息。
60.其中，初始值信息与当前值信息均为卡盘1单次由上至下行进时所获取的对应的值，而钻进深度信息即表征的是当前钻进的深度。具体的，钻进深度信息满足以下函数：其中，为更新后的初始值信息，为当前值信息，表征的是时刻下的拉绳长度，为钻进深度信息。
61.可以看到，经过上述检测方法得到的钻进深度信息，通过对卡盘1夹紧与松开时的
两个状态进行监控并调整每次计算过程中的初始值信息，然后根据初始值信息减去当前状态下拉绳传感器4的实时读数即可知道当前钻进工序中的钻进深度的总和是多少。因此，这种方式也无需对每一工作循环的卡盘1的行进距离进行计算求和，而是通过计算每一工作循环中的初始值信息来对应计算钻进深度信息。
62.基于同一发明构思，本技术实施例还公开一种钻进深度测量系统，其包括：钻进总成，用于驱动主动钻杆5钻进，所述钻进总成包括用于夹持主动钻杆5的卡盘1以及位于卡盘1下方的基准台2，且基准台2上固定有用于驱动卡盘1于竖直方向上升降的驱动油缸3。
63.拉绳传感器4，两端分别固定于卡盘1以及基准台2上。
64.判定模块，用于判定钻头与地层是否接触。
65.油箱压力信息获取子模块，用于获取上油箱压力信息以及下油箱压力信息。
66.压力差信息获取子模块，用于基于上油箱压力信息以及下油箱压力信息获取上下油箱的压力差信息。
67.监测判定子模块，用于在卡盘1下行的过程中监测压力差信息的变化量以判断钻头是否与地层接触。
68.初始点获取模块，当判定钻头与地层接触后，用于获取卡盘1于当前高度处的初始点信息。
69.初始值计算模块，用于根据初始点信息计算卡盘1高度的初始值信息。
70.最低点获取子模块，在每次计算初始值信息的过程中，用于获取前次卡盘1钻进至最低点处时卡盘1的最低点信息。
71.差值计算子模块，用于根据所获取的初始点信息与前次卡盘1钻进至最低点处时的最低点信息计算差值信息。
72.初始值更新子模块，用于根据前次的初始值信息与所获取的差值信息计算并更新初始值信息。其中，所述初始点信息、当前值信息以及最低点信息均通过拉绳传感器4采集并与拉绳传感器4的采集值相关联。
73.当前值获取模块，用于在当卡盘1下行过程中，用于获取当前状态下卡盘1高度的当前值信息。
74.钻深计算模块，用于根据卡盘1单次由上至下行进时所获取的初始值信息与当前值信息实时计算钻进深度信息。
75.其中，初始值信息满足函数：其中，初始值信息满足函数：为更新后的初始值信息，为更新前的初始值信息，为当前工作循环中卡盘1位于初始点处时的拉绳长度，为前一工作循环中卡盘1位于最低点处时的拉绳长度。其中，为首次执行工作循环时卡盘采集的初始点信息。
76.钻进深度信息满足以下函数：
为更新后的初始值信息，为当前值信息，表征的是时刻下的拉绳长度，h为钻进深度信息。
77.基于同一发明构思，本发明实施例提供一种钻机，其包括用于驱动主动钻杆5钻进的钻进总成、存储器和处理器，所述钻进总成包括用于夹持主动钻杆5的卡盘1以及位于卡盘1下方的基准台2。所述存储器上存储有能够被处理器加载并执行如图2至图4任一种钻进深度测量方法的计算机程序。
78.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
79.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
80.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
81.另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
82.本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，存储有能够被处理器加载执行时实现如图2-图4流程中所述的各个步骤。
83.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
84.以上所述，以上实施例仅用以对本技术的技术方案进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，不应理解为对本发明的限制。本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。