專利名稱：電子司鉆裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是據(jù)于現(xiàn)代石油鉆井作業(yè)的高度自動(dòng)化及優(yōu)化鉆井理念的需求應(yīng)運(yùn)而生的一種自動(dòng)化鉆井裝置，具體地說(shuō)，是電子司鉆裝置。
背景技術(shù)：
從當(dāng)今石油鉆井技術(shù)的普遍情況來(lái)看，絕大多數(shù)的鉆井控制是人為控制(即手動(dòng)控制)，采用司鉆根據(jù)鉆進(jìn)需要鉆壓，觀察懸重表的鉆壓指針讀數(shù)，通過(guò)剎把的不斷松、剎，調(diào)節(jié)盤式剎車剎車力，控制鉆具的下放速度，調(diào)節(jié)鉆壓的大小，司鉆處于機(jī)械操作狀態(tài)，鉆井參數(shù)通過(guò)各種儀表(機(jī)械式表頭)觀察，只能顯示，不能預(yù)警，對(duì)于發(fā)生的非正常情況，系統(tǒng)本身不能做出判斷，只能由司鉆靠經(jīng)驗(yàn)判斷。
目前，已經(jīng)有一定數(shù)量的鉆機(jī)正在使用盤式剎車，新出廠的鉆機(jī)基本上都配套盤式剎車作為主剎，基于盤式剎車比傳統(tǒng)帶式剎車剎車靈敏，制動(dòng)性能好，安裝及維修方便，已有不少鉆機(jī)開始準(zhǔn)備用盤式剎車更換原有的帶式剎車。目前也有一部分靠交流電機(jī)能耗制動(dòng)的變頻絞車系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)恒速鉆進(jìn)的鉆井裝置，即所謂的“自動(dòng)送鉆”裝置。該類裝置是采用能耗制動(dòng)控制輔助剎車，而不是控制主剎車，具有一定程度上的先進(jìn)性，適用于鉆井過(guò)程中地層穩(wěn)定或變化不大的時(shí)候使用?？梢赃m當(dāng)?shù)奶岣咩@井質(zhì)量和降低鉆井勞動(dòng)強(qiáng)度，但是目前該類裝置對(duì)鉆井過(guò)程中最重要的參數(shù)之一“鉆壓”卻控制能力有限，而且使用交流電機(jī)能耗制動(dòng)會(huì)造成能源浪費(fèi)，提高鉆井成本；最重要一點(diǎn)，當(dāng)鉆進(jìn)速度極慢的時(shí)候，該類裝置使用起來(lái)就有很大困難。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的包括電源1，觸摸屏操作器2，警報(bào)電鈴3，智能控制器4，操作剎把5，雙作用閥6，液壓部件7，懸重傳感器8，滾筒編碼器9，電磁比例先導(dǎo)閥10，絞車離合器11，轉(zhuǎn)盤離合器12，緊急剎車13，盤剎18，電源1與智能控制器4連通，液壓部件7分別與雙作用閥6、盤剎18連接，該裝置上分別設(shè)有懸重傳感器8，滾筒編碼器9，智能控制器4上分別連有絞車離合器11，轉(zhuǎn)盤離合器12，緊急剎車13。
觸摸屏操作器2、警報(bào)電鈴3分別于智能控制器4連接。
智能控制器4與雙作用閥6之間設(shè)有電磁比例先導(dǎo)閥10。
雙作用閥6上裝有操作剎把5。
電子司鉆裝置以智能控制器4為核心，以盤式剎車為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)控制盤剎剎車力實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送鉆，通過(guò)控制鉆機(jī)主剎、絞車動(dòng)力及轉(zhuǎn)盤動(dòng)力離合器實(shí)現(xiàn)安全控制。適用于鉆井全過(guò)程，適用于ZJ70、ZJ50、ZJ40、ZJ30鉆機(jī)系列(包括機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)、電動(dòng)鉆機(jī))，適用于轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)、頂部驅(qū)動(dòng)、井下動(dòng)力鉆具的不同組合。系統(tǒng)具備自動(dòng)送鉆(主控鉆壓，輔控鉆速)、安全控制(防碰天車、防砸鉆臺(tái)、系統(tǒng)失壓、卡鉆、溜鉆、放空、鉆具扭斷、鉆頭故障)功能。系統(tǒng)兼?zhèn)溷@井參數(shù)(懸重、鉆壓、扭矩、泵壓、泵沖、井深、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速、機(jī)械鉆速)顯示、記錄和重要參數(shù)歷史曲線回放功能。
電子司鉆裝置的主控制回路是鉆壓控制回路根據(jù)安裝在“死繩固定器”上的懸重變送器采集到的實(shí)時(shí)信號(hào)，經(jīng)控制器4對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、分析和處理，計(jì)算出當(dāng)前鉆壓，和設(shè)定的鉆壓值進(jìn)行比較，根據(jù)鉆壓偏差輸出電信號(hào)，經(jīng)放大器放大后控制一個(gè)電磁比例先導(dǎo)閥10對(duì)相應(yīng)電信號(hào)輸出相應(yīng)壓力的壓力油，進(jìn)入雙作用閥6控制口，雙作用閥6再輸出相應(yīng)壓力值的壓力油進(jìn)入盤式剎車左右路工作鉗，實(shí)現(xiàn)工作制動(dòng)，控制絞車下放速度，隨著懸重變送器檢測(cè)鉆壓偏差的大小變化，工作鉗的制動(dòng)力也相應(yīng)改變，達(dá)到控制鉆壓的作用。
電子司鉆裝置的安全控制回路①選用雙作用閥可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制剎車，同時(shí)司鉆也可以隨時(shí)手動(dòng)控制剎車。
②在過(guò)卷閥氣路中串入萬(wàn)能氣動(dòng)閥，當(dāng)出現(xiàn)非正常情況時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警并自動(dòng)緊急剎車，停掉絞車高、低速。
③通過(guò)控制串接在盤式剎車系統(tǒng)的緊急剎車閥氣路中的電控氣動(dòng)閥，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)緊急剎車。
④通過(guò)控制安裝在轉(zhuǎn)盤動(dòng)力氣路上的電控氣動(dòng)閥停掉轉(zhuǎn)盤動(dòng)力。
⑤通過(guò)安裝在盤式剎車液壓站內(nèi)的壓力繼電器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)壓力。
⑥系統(tǒng)防上碰天車、下砸鉆臺(tái)、溜鉆、轉(zhuǎn)盤扭矩過(guò)大、泵壓差過(guò)大等安全預(yù)警功能，只需對(duì)相應(yīng)參數(shù)設(shè)置臨界值，當(dāng)超過(guò)或低于這個(gè)臨界值，系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)提示，并自動(dòng)緊急剎車必要時(shí)停掉動(dòng)力。
電子司鉆裝置的操作及顯示回路鉆井參數(shù)的顯示，通過(guò)連接的各路傳感器反饋回來(lái)的，經(jīng)控制器對(duì)各個(gè)信號(hào)參數(shù)運(yùn)算處理后，顯示在觸摸屏上。系統(tǒng)工作模式的轉(zhuǎn)換和鉆井參數(shù)的設(shè)置都是通過(guò)觸摸屏系統(tǒng)來(lái)完成的。系統(tǒng)還可以記錄、保存重要參數(shù)，將重要參數(shù)以實(shí)時(shí)/歷史曲線顯示便于司鉆分析和判斷井下情況。
本實(shí)用新型的效果是，鉆進(jìn)過(guò)程自動(dòng)控制鉆壓，實(shí)現(xiàn)鉆具均勻平穩(wěn)下放，避免了人為操作中鉆壓波動(dòng)大的現(xiàn)象；鉆井參數(shù)監(jiān)控、安全預(yù)警和安全控制功能，避免了上碰天車、下砸鉆臺(tái)、卡鉆、溜鉆等的安全事故發(fā)生，增加了鉆井作業(yè)的安全控制，并且該裝置適用于鉆井的全過(guò)程，不同的地層，不同的“鉆時(shí)”。
使用電子司鉆裝置，可以實(shí)現(xiàn)恒鉆壓鉆進(jìn)，提高機(jī)械鉆速，減少總鉆井時(shí)間、延長(zhǎng)鉆頭使用壽命，保證井身質(zhì)量和減輕司鉆的勞動(dòng)強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本實(shí)用新型的基本原理圖；圖2為本實(shí)用新型的液控原理圖；圖3為本實(shí)用新型的接口連接圖；圖4為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，系統(tǒng)基本原理電子司鉆裝置以恒鉆壓為主要控制目的，以智能控制器4為核心，以盤式剎車為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)剎車鉗缸油壓，進(jìn)而實(shí)時(shí)控制絞車滾筒剎車盤制動(dòng)力矩，在鉆機(jī)鉆進(jìn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)鉆柱下放的微量控制，最終達(dá)到實(shí)時(shí)控制鉆壓的目的。
如圖2所示，液控原理圖，是盤剎和電子司鉆裝置連接基本原理圖，智能型控制器4根據(jù)各傳感器返回的信號(hào)，不斷改變比例先導(dǎo)閥10的輸出壓力，控制雙作用閥6的輸出壓力，從而控制盤式剎車執(zhí)行機(jī)構(gòu)，達(dá)到控制剎車的作用。
圖3為接口連接示意圖，按如圖連接方式把雙作用閥6、油路塊23、電磁比例先導(dǎo)閥10連接起來(lái)，按各接口標(biāo)記，如圖一一對(duì)應(yīng)連接。圖中雙作用閥62，油路塊23，電磁比例先導(dǎo)閥10。
圖4是系統(tǒng)的主要組成，主要有1，電源2，觸摸屏操作器3，警報(bào)電鈴4，智能控制器5，操作剎把6，雙作用閥7，液壓部件8，懸重傳感器9，滾筒編碼器10，電磁比例先導(dǎo)閥11，絞車離合器12，轉(zhuǎn)盤離合器13，緊急剎車18，盤剎(1)自動(dòng)送鉆功能采用懸重傳感器8檢測(cè)鉆壓的大小，經(jīng)控制器對(duì)參數(shù)數(shù)據(jù)運(yùn)算、分析和處理，輸出電信號(hào)，經(jīng)放大器放大后控制一個(gè)電磁比例先導(dǎo)閥10對(duì)相應(yīng)電信號(hào)輸出壓力油，進(jìn)入雙作用閥6壓力控制口，雙作用閥6再輸出相應(yīng)壓力值的壓力油進(jìn)入盤式剎車左右路工作鉗，實(shí)現(xiàn)工作制動(dòng)，控制絞車滾筒位移，隨著懸重傳感器8檢測(cè)鉆壓偏差的大小變化，工作鉗的制動(dòng)力也相應(yīng)改變，達(dá)到控制鉆壓的作用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送鉆。
(2)安全控制①雙倍的安全保障選用雙作用閥6可以實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)自動(dòng)控制剎車同時(shí)，司鉆也可以隨時(shí)手動(dòng)控制剎車。
②防止上碰天車安全控制通過(guò)采集到安裝在絞車滾筒主軸上的磁編碼器9反饋回來(lái)的脈沖信號(hào)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定好的滾筒參數(shù)(滾筒直徑、滾筒長(zhǎng)度、鋼絲繩直徑、滑輪組鋼絲繩數(shù))以及游車初始位置的標(biāo)定，由智能控制器4計(jì)算出實(shí)時(shí)的游車位置。當(dāng)游車位置到達(dá)設(shè)定好的上限位置時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)，控制安裝在過(guò)卷閥氣路中的電控氣動(dòng)閥，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)緊急剎車，停掉絞車高、低速，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)。
③防止下砸鉆臺(tái)安全控制同②，當(dāng)游車位置到達(dá)設(shè)定好的下限位置時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)，控制串接在盤式剎車系統(tǒng)的緊急剎車閥氣路中的萬(wàn)能氣動(dòng)閥，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)緊急剎車(必要時(shí)停掉轉(zhuǎn)盤動(dòng)力)，同時(shí)系統(tǒng)也會(huì)發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)。
④防止溜鉆安全控制是通過(guò)智能控制器運(yùn)算出實(shí)時(shí)游車位置的變化，計(jì)算出實(shí)時(shí)機(jī)械鉆速，當(dāng)機(jī)械鉆速達(dá)到或超過(guò)設(shè)定好的機(jī)械鉆速最大值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)，控制串接在盤式剎車系統(tǒng)的緊急剎車閥氣路中的萬(wàn)能氣動(dòng)閥，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)緊急剎車，同時(shí)系統(tǒng)也會(huì)發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)。
⑤防止轉(zhuǎn)盤扭矩過(guò)大安全控制是通過(guò)把安裝在扭矩變送器壓力輸出口的扭矩傳感器16的反饋信號(hào)傳送給智能控制器4，經(jīng)智能控制器4運(yùn)算后計(jì)算出轉(zhuǎn)盤扭矩當(dāng)量值。當(dāng)扭矩值超過(guò)設(shè)定最大值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)，控制安裝在轉(zhuǎn)盤動(dòng)力氣路上的電控氣動(dòng)閥停掉轉(zhuǎn)盤動(dòng)力，同時(shí)自動(dòng)緊急剎車和通過(guò)警報(bào)電鈴3發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)。
⑥泵壓差過(guò)大安全控制是通過(guò)安裝在泥漿泵壓變送器壓力輸出口的泵壓傳感器14，經(jīng)智能控制器4運(yùn)算后計(jì)算出當(dāng)前泵壓與設(shè)置泵壓的差值(即泵壓差)。當(dāng)泵壓差超過(guò)設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)警報(bào)電鈴3發(fā)出警報(bào)提示，并自動(dòng)緊急剎車。
⑦系統(tǒng)失壓安全控制通過(guò)安裝在盤式剎車液壓站內(nèi)的壓力繼電器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)壓力，當(dāng)系統(tǒng)壓力下降到設(shè)定值時(shí)，壓力繼電器反饋給系統(tǒng)一個(gè)報(bào)警信號(hào)，系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)，實(shí)行自動(dòng)緊急剎車和發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)。
(3)鉆井參數(shù)的顯示系統(tǒng)通過(guò)連接的各個(gè)傳感器(滾筒編碼器9，懸重傳感器8，鉆干轉(zhuǎn)速傳感器15，泵壓傳感器17，扭矩傳感器16，泵沖傳感器14)反饋給智能控制器4的信號(hào)，經(jīng)過(guò)智能控制器4運(yùn)算處理后，計(jì)算出鉤載、鉆壓、扭矩、泵壓、泵沖、井深、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速和機(jī)械鉆速，顯示在觸摸屏2上，并且記錄重要參數(shù)數(shù)據(jù)。
觸摸屏2可以將重要參數(shù)(鉆壓等)以實(shí)時(shí)/歷史曲線顯示便于司鉆分析和判斷井下情況。
(4)該裝置將鉆井全過(guò)程分為四種工作模式完全手控、起下鉆、手控鉆進(jìn)和自控鉆進(jìn)模式。
①完全手控工作模式，主要用于監(jiān)控各種鉆井參數(shù)和基本鉆井參數(shù)的設(shè)置。
②起下鉆工作模式，主要用于起下鉆、下套管過(guò)程的游車速度控制、游車位置跟蹤和安全預(yù)警。
③手控鉆進(jìn)模式，主要用于司鉆手動(dòng)送鉆過(guò)程中監(jiān)控各種鉆井參數(shù)和安全預(yù)警。
④自控鉆進(jìn)工作模式，主要用于自動(dòng)送鉆過(guò)程的鉆壓控制和安全預(yù)警。
各種工作模式之間的轉(zhuǎn)換以及鉆井參數(shù)的設(shè)置，通過(guò)點(diǎn)擊觸摸屏來(lái)完成。
權(quán)利要求1.電子司鉆裝置，包括電源(1)、觸摸屏操作器(2)、警報(bào)電鈴(3)、智能控制器(4)、操作剎把(5)、雙作用閥(6)、液壓部件(7)、懸重傳感器(8)、滾筒編碼器(9)、電磁比例先導(dǎo)閥(10)、絞車離合器(11)、轉(zhuǎn)盤離合器(12)、緊急剎車(13)、盤剎(18)，其特征在于電源(1)與智能控制器(4)連通，液壓部件(7)分別與雙作用閥(6)、盤剎(18)連接，該裝置上分別設(shè)有懸重傳感器(8)、滾筒編碼器(9)，智能控制器(4)與雙作用閥(6)之間設(shè)有電磁比例先導(dǎo)閥(10)，智能控制器(4)上分別連有絞車離合器(11)、轉(zhuǎn)盤離合器(12)、緊急剎車(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子司鉆裝置，其特征在于觸摸屏操作器(2)、警報(bào)電鈴(3)分別與智能控制器(4)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子司鉆裝置，其特征在于雙作用閥(6)上裝有操作剎把5。
專利摘要一種適用于石油鉆井作業(yè)的電子司鉆裝置，包括智能控制器4、雙作用閥6、電磁比例先導(dǎo)閥10等，液壓部件7分別與雙作用閥6、盤剎18連接，該裝置上分別設(shè)有懸重傳感器8，滾筒編碼器9，智能控制器4上分別連有絞車離合器兒，轉(zhuǎn)盤離合器12，緊急剎車13，鉆進(jìn)過(guò)程自動(dòng)控制鉆壓，實(shí)現(xiàn)鉆具均勻平穩(wěn)下放，避免了人為操作中鉆壓波動(dòng)大的現(xiàn)象；鉆井參數(shù)監(jiān)控、安全預(yù)警和安全控制功能，避免了上碰天車、下砸鉆臺(tái)、卡鉆、溜鉆等的安全事故發(fā)生，增加了鉆井作業(yè)的安全控制，并且該裝置適用于鉆井的全過(guò)程。
文檔編號(hào)E21B44/00GK2721874SQ20042005963
公開日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2004年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月21日
發(fā)明者林凡夫, 高向前 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 中國(guó)石油集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院