專(zhuān)利名稱(chēng)：防止“干鉆”自動(dòng)控制裝置的制作方法
本項(xiàng)發(fā)明裝置適用于所有采用“轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井”的鉆機(jī)上。其目的是要提供一種控制裝置，它能夠有效地防止“干鉆”事故的發(fā)生。
在鉆井實(shí)踐中“干鉆”事故時(shí)有發(fā)生，并且它所造成的經(jīng)濟(jì)損失也是很大的。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析該事故主要由以下兩方面的原因所產(chǎn)生，其一是在鉆井過(guò)程中泥漿的正常循環(huán)遭到了破壞-諸如，地面的泵、閘門(mén)、高壓管匯以及井下的鉆具等發(fā)生了刺、漏，形成了所謂的“循環(huán)短路”(這在泵壓表上反映為泵壓下跌);另外就是忘記了掛泵(離合器)或泵本身上水不良或池內(nèi)已無(wú)泥漿(不上水)等(這在泵壓表上反映為泵壓為零或泵壓很低)。
一般地“干鉆”可能導(dǎo)致鉆頭、部分鉆具或井下其它復(fù)雜情況、事故的發(fā)生。因此采取有效的措施來(lái)積極防止它的發(fā)生是很有必要的。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的在原來(lái)(以F-320鉆機(jī)氣路為例)轉(zhuǎn)盤(pán)離合器用的繼氣器(8)的控制氣路(即5路)中，新串入一只電磁閥DF(7);另外在轉(zhuǎn)盤(pán)氣開(kāi)關(guān)(4)(又叫手柄復(fù)位雙向調(diào)壓閥)的“轉(zhuǎn)動(dòng)”輸出(5路)到電磁閥DF(7)之間，經(jīng)一個(gè)新加裝的三通(5)接上一只氣動(dòng)(電)開(kāi)關(guān)K1(6)。
當(dāng)把氣開(kāi)關(guān)(4)的手柄扳向“轉(zhuǎn)動(dòng)”一側(cè)時(shí)，5路得氣。氣動(dòng)(電)開(kāi)關(guān)K1(6)將接通，電磁閥DF(7)得電而開(kāi)啟，這樣控制氣經(jīng)過(guò)DF(7)后使繼氣器(8)動(dòng)作。因此，離合器被合上，轉(zhuǎn)盤(pán)“轉(zhuǎn)動(dòng)”。
當(dāng)一旦有“干鉆”隱患發(fā)生時(shí)，延時(shí)報(bào)警及轉(zhuǎn)盤(pán)的自動(dòng)控制電路均起作用。即電磁閥DF(7)將失電關(guān)閉-繼氣器(8)也關(guān)閉，轉(zhuǎn)盤(pán)就停止其“轉(zhuǎn)動(dòng)”，同時(shí)揚(yáng)聲器Y發(fā)出報(bào)警聲響來(lái)。
本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程，將由以下的原理分析及其附圖
等給出。
控制原理分析一、原鉆機(jī)的轉(zhuǎn)盤(pán)控制1.轉(zhuǎn)盤(pán)“轉(zhuǎn)動(dòng)這時(shí)將轉(zhuǎn)盤(pán)氣開(kāi)關(guān)(4)的手柄扳向“轉(zhuǎn)動(dòng)”一側(cè)，5路即得氣并且推動(dòng)繼氣器(8)-轉(zhuǎn)盤(pán)離合器進(jìn)氣，轉(zhuǎn)盤(pán)工作(轉(zhuǎn)動(dòng))。
2.轉(zhuǎn)盤(pán)慣性剎車(chē)把氣開(kāi)關(guān)(4)的手柄扳向“慣剎”一側(cè)，6路得氣，此氣直接進(jìn)入“慣剎”的氣囊-轉(zhuǎn)盤(pán)被剎住。
3.當(dāng)氣開(kāi)關(guān)(4)的手柄處在中間的(空擋)位置時(shí)，5路、6路均無(wú)氣，即都不工作。另外，在功能上氣開(kāi)關(guān)(4)對(duì)5路和6路兩者來(lái)說(shuō)是“互鎖”的。
二、加裝“干鉆”自控裝置后的轉(zhuǎn)盤(pán)控制，下面我們將分為“正?！便@進(jìn)和“干鉆”自控兩種情況來(lái)加以分析(把選擇開(kāi)關(guān)K2置于“鉆進(jìn)”擋位)1.“正常”鉆進(jìn)時(shí)此時(shí)其前提條件是指沒(méi)有發(fā)生所謂的“干鉆”-即循環(huán)(主要指泵壓)正常的鉆進(jìn)。裝置中的電接點(diǎn)泵壓表(12)的電接點(diǎn)D與B此時(shí)是呈斷開(kāi)狀態(tài)的(或者是由于泵壓表指針(13)的擺動(dòng)使D與B呈瞬時(shí)接通，但因其接通時(shí)間是很小于裝置的“預(yù)定”延時(shí)時(shí)間的，故可不考慮)，這樣圖2中的B點(diǎn)電壓為“零”-由三極管BG1等所組成的延時(shí)自控電路是不工作的。
①轉(zhuǎn)盤(pán)“轉(zhuǎn)動(dòng)”當(dāng)把轉(zhuǎn)盤(pán)氣開(kāi)關(guān)(4)的手柄扳向“轉(zhuǎn)動(dòng)”一側(cè)時(shí)，5路得氣(指電磁閥DF(7)以前的部分)，氣動(dòng)(電)開(kāi)關(guān)K1(6)接通。在圖2中12V電源(10)的正極經(jīng)由熔斷器RD后，分別到三極管BG4的集電極和通過(guò)K1(6)，由電阻R5向三極管BG4提供一個(gè)基極電流Ib4(注因?yàn)镈′與B′是斷開(kāi)的，延時(shí)自控不起作用，則三極管BG3等是截止的)，故其飽和導(dǎo)通。電磁閥DF(7)得電開(kāi)啟，進(jìn)而使繼氣器(8)動(dòng)作，離合器進(jìn)氣，轉(zhuǎn)盤(pán)“轉(zhuǎn)動(dòng)”。
②轉(zhuǎn)盤(pán)慣性剎車(chē)這和未裝入自控裝置前一個(gè)樣，故不在復(fù)述。
③當(dāng)氣開(kāi)關(guān)(4)的手柄處在中間(空擋)位置時(shí)，同樣也因5路、6路無(wú)氣，轉(zhuǎn)盤(pán)和慣剎均不工作。
2.發(fā)生“干鉆”隱患時(shí)即在“鉆進(jìn)”中(或在剛開(kāi)始“鉆進(jìn)”時(shí))，由于循環(huán)不正常將使電接點(diǎn)泵壓表(12)的D′、B′兩觸點(diǎn)接通，如果其“連續(xù)”接通時(shí)間達(dá)到了“預(yù)定”延時(shí)時(shí)間-就會(huì)使圖2中由電阻R1和R2、電位器W、電容器C1、三極管BG1、穩(wěn)壓二極管D2和續(xù)流二極管D1、干簧管繼電器JAG(這里使用它的Z的“常閉”觸頭)等所組成的延時(shí)電路起作用，亦即為三極管BG1的飽和導(dǎo)通，并使三極管BG2、BG3(它們與BG1為復(fù)合管)也飽和導(dǎo)通。這樣BG3管就把原BG4的基極電流(原是由電阻R5提供的)給分流掉了-即使Ib4≈0，BG4管因此而轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)，電磁閥DF(7)失電關(guān)閉，切斷了繼氣器(8)的控制氣，離合器放氣。轉(zhuǎn)盤(pán)受控停止了“轉(zhuǎn)動(dòng)”。
另外，在圖2中BG1管徑由隔離二極管D3后，還與三極管BG6、BG7構(gòu)成另一組復(fù)合管。故在BG1管飽和導(dǎo)通的同時(shí)，BG6、BG7兩管也都呈飽和導(dǎo)通狀態(tài)。這就相當(dāng)于BG7管把模擬聲響集成(電路)塊CW9561VSS腳與電源(10)的負(fù)極接通了。CW9561等聲響電路通電工作。從其O/P腳輸出模擬聲信號(hào)，再經(jīng)由三極管BG8和BG9等組成的互補(bǔ)放大器放大后，去推動(dòng)揚(yáng)聲器Y發(fā)出“干鉆”報(bào)警聲響來(lái)-達(dá)到了“干鉆”(隱患)時(shí)的轉(zhuǎn)盤(pán)自動(dòng)控制和聲響報(bào)警的目的。
圖2中的電阻R6、R7、電容器C2、穩(wěn)壓二極管D4和三極管BG5組成了一個(gè)很簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓電源。在BG5管的發(fā)射極輸出4.5V左右的電壓，以供CW9561等報(bào)警電路的使用。
三、當(dāng)把選擇開(kāi)關(guān)K2置于“空轉(zhuǎn)”擋時(shí)的轉(zhuǎn)盤(pán)控制這里所說(shuō)的選擇開(kāi)關(guān)K2的“空轉(zhuǎn)”擋，實(shí)際上是為-某些只需要轉(zhuǎn)盤(pán)的“轉(zhuǎn)動(dòng)”，但是卻不需要進(jìn)行循環(huán)泥漿的“特殊作業(yè)”而設(shè)置的。例如用轉(zhuǎn)盤(pán)卸扣，在循環(huán)系統(tǒng)有故障檢修時(shí)，使用轉(zhuǎn)盤(pán)(“轉(zhuǎn)動(dòng)”)活動(dòng)鉆具等等。由于泵壓為零，其電接點(diǎn)D′、B′始終是接通的。因此在進(jìn)行這些“特殊作業(yè)”的時(shí)候，若誤把選擇開(kāi)關(guān)K2置于“鉆進(jìn)”擋的話(huà)，則轉(zhuǎn)盤(pán)會(huì)剛剛“轉(zhuǎn)動(dòng)”起來(lái)(數(shù)秒鐘)，又自動(dòng)地停止“轉(zhuǎn)動(dòng)”(因延時(shí)報(bào)警，自控要起作用)。這顯然是不行的。
所以，在加鉆壓打鉆和進(jìn)行“特殊作業(yè)”時(shí)，應(yīng)正確地選擇K2的擋位。
為了防止在打鉆時(shí)誤把K2置于“空轉(zhuǎn)”擋(因該擋切除了轉(zhuǎn)盤(pán)的自控電路-即不作“干鉆”保護(hù)了)，采用由電阻R8向三極管BG6提供一個(gè)基極電流Ib6，這樣BG6和BG7(復(fù)合)管將會(huì)飽和導(dǎo)通，使CW9561等模擬聲響電路得電工作，揚(yáng)聲器Y發(fā)出聲響-請(qǐng)注意此“空轉(zhuǎn)”擋的聲響是用來(lái)“提醒”剎把操作人員的，從而避免了K2擋位的誤選擇。
為了便于理解控制原理，可參見(jiàn)附表。
四、電接點(diǎn)泵壓表(12)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理為了檢測(cè)出①泵壓為零、泵壓很低;②在正常鉆進(jìn)中的泵壓下跌太大等隱患來(lái)。特別設(shè)計(jì)了具有①“最低泵壓限定”-手動(dòng)調(diào)定，但最起碼值是≥1.5at。即可以根據(jù)不同的井深及鉆進(jìn)技術(shù)要求來(lái)“限(預(yù))定”其“最低”泵壓值，以對(duì)忘記掛泵、泵上水不良等類(lèi)似隱患進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制;②“泵壓下跌動(dòng)態(tài)”檢測(cè)-就是自動(dòng)地限制其下跌值過(guò)大，以免造成因循環(huán)不良產(chǎn)生井下復(fù)雜情況及有關(guān)事故(如鉆頭泥包等)。
1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在圖4的A-A剖切面的左邊是一只和普通壓力表結(jié)構(gòu)幾乎一樣的“表頭”，在“表頭”的指針(13)的左側(cè)(面對(duì)向表盤(pán)時(shí))，有一個(gè)電接點(diǎn)B′-見(jiàn)圖6。要求B′-與指針(13)是絕緣的，而指針(13)本身則是一個(gè)觸點(diǎn)(利用該針的右側(cè))E′。
在圖4的A-A剖切面的右邊就是所謂的“定位電磁鐵”總成。它主要由指針兼動(dòng)鐵芯薄片(14)、(有機(jī))玻璃面(15)、靜鐵芯(16)、線(xiàn)圈(17)、電磁鐵的自動(dòng)晶體管開(kāi)關(guān)(18)、指針(14)的觸點(diǎn)D′及F′(19)、扭壓彈簧(20)等組成。
指針(14)-圖5所示，是用厚約0.5mm的軟鐵片做成，其芯軸是空心的(用來(lái)穿引出各觸點(diǎn)的細(xì)接線(xiàn))。
2.工作原理在當(dāng)“定位電磁鐵”沒(méi)有通電時(shí)(如K1未接通或K2在“空轉(zhuǎn)”擋位)，指針(14)因受到套在軸上的鈕壓彈簧(20)的作用，使其離開(kāi)靜鐵芯，同時(shí)向逆時(shí)針?lè)较颉盎剞D(zhuǎn)”。但它具體“回轉(zhuǎn)”到何處為止，是受指針(13)或“最低泵壓限定”調(diào)節(jié)旋鈕所阻擋限制的。
然而在氣動(dòng)(電)開(kāi)關(guān)K1(6)被接通、選擇開(kāi)關(guān)K2置于“鉆進(jìn)”擋位時(shí)，“定位電磁鐵”對(duì)其動(dòng)鐵芯指針(14)的“定位”與否，就由觸點(diǎn)E′和F′的通[即指針(14)被釋放]或斷[即指針(14)被吸合“定位”]狀態(tài)去控制晶體(三極)管BG10的開(kāi)關(guān)來(lái)決定。其電原理如圖6所示。在圖6中E(即觸點(diǎn)E′)和F(即觸點(diǎn)F′)兩點(diǎn)被分別接在三極管BG10的發(fā)射極(也就是電源的負(fù)極)和基極上。
因此，①在泵壓上升時(shí)，指針(13)將向順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)-這樣指針(13)上的E′觸點(diǎn)將與指針(14)上的F′觸點(diǎn)相碰(接通)，它們就把BG10管的基極電流給短路掉了，即Ib10＝0，則BG10管變?yōu)榻刂?，線(xiàn)圈(17)失電動(dòng)鐵芯指針(14)被釋放，并且由指針(13)推(帶)動(dòng)它一起順轉(zhuǎn)一定的角度。②當(dāng)泵壓下跌時(shí)，指針(13)將向“回轉(zhuǎn)”。同時(shí)因指針(14)呈釋放狀態(tài)(還未使E′、F′離開(kāi)之前)，它將在扭壓彈簧(20)的作用下也產(chǎn)生一個(gè)“回轉(zhuǎn)”的趨勢(shì)。但是卻因指針(14)要受到空氣的阻尼作用-致使指針(14)在“回轉(zhuǎn)”時(shí)要滯后于指針(13)一段時(shí)間，故觸點(diǎn)E′和F′斷開(kāi)。這時(shí)線(xiàn)圈(17)將得電，從而把指針(14)“定位”在剛才的較高泵壓值處了(即對(duì)“原來(lái)”的較高泵壓值進(jìn)行“定位”記憶)。
③正因?yàn)橹羔?14)已對(duì)“原來(lái)”-即剛才在較高泵壓值進(jìn)行了“定位”記憶，當(dāng)泵壓下跌[相對(duì)應(yīng)的是指針(13)的“回轉(zhuǎn)”角度的大小]到一定值時(shí)[注此下跌值的大小由指針(14)上的D′和F′兩觸點(diǎn)間的距離來(lái)(確)限定]，觸點(diǎn)D′和B′相碰接通-這時(shí)當(dāng)其“連續(xù)”接通時(shí)間達(dá)到了“預(yù)定”的延時(shí)報(bào)警，自控時(shí)間(數(shù)秒鐘，且人為可調(diào)的)時(shí)裝置起作用-即發(fā)出聲響報(bào)警和停止轉(zhuǎn)盤(pán)的“轉(zhuǎn)動(dòng)”。
元件選擇及制作說(shuō)明一、由于本裝置主要是由三極管開(kāi)關(guān)電路及聲響放大電路所組成的，因此其元件的選擇可按以下原則進(jìn)行1.電阻所有的電阻其功率選為1/4～1/2W即可以，如金屬膜電阻。
2.三極管除BG4管外，其余的hFE均應(yīng)≥100，反向耐壓BVCE0≥40V，穿透電流要盡量的小。大功率管BG4要加一片不小于200平方厘米(厚3～4mm)的散熱片。
3.二極管D2、D4兩管最好采用正品，其余的參考圖2中所注型號(hào)。
4.電容器C1最好采用鉭電解電容100μF/10V，而C2可用鋁電解電容100μF/10V。
5.電磁閥DF(7)選用其工作壓力P≥12at，介質(zhì)為空氣，通徑3～6mm，電壓DC12V。特別要說(shuō)明的是-此閥在關(guān)閉時(shí)，其輸出則是與“通大氣(放氣)孔”相通的。
6.氣動(dòng)(電)開(kāi)關(guān)K1(6)可用汽車(chē)剎車(chē)燈(如小型油壓式的)開(kāi)關(guān)代替。
7.電源(10)可用“6-Q-140”起動(dòng)用鉛酸電瓶。[若使用“自控裝置”的鉆機(jī)上，已(或?qū)⒁?同時(shí)使用了防止“單吊環(huán)起鉆”自控裝置等保護(hù)器的話(huà)，則二者可以共用一只12V的電瓶]。
8.其它選擇開(kāi)關(guān)K2可用小型(密封式)單雙擲鈕子開(kāi)關(guān)，熔斷器RD為BLX-1型(5～8A熔芯)。
二、制作說(shuō)明本自控裝置采用“負(fù)搭鐵”的單線(xiàn)制，電磁閥DF(7)。三通接頭(5)、氣動(dòng)(電)開(kāi)關(guān)K1(6)和控制電路板(9)等全部安裝于司鉆操作箱內(nèi)。另外把指示燈ZD1、ZD2(12V/0.15A)及選擇開(kāi)關(guān)K2等固定在操作箱的“面板”上適當(dāng)位置。
電接點(diǎn)泵壓表(12)-使用一只接頭被安裝(焊接)在立管的原安裝泵壓表附近處(注意原來(lái)所裝的泵壓表將要繼續(xù)使用)。而各觸點(diǎn)使用一段多(三或四)芯電纜引到操作箱內(nèi)的電路板(9)上。
只要各元件的質(zhì)量能保證，且接線(xiàn)無(wú)誤，則所裝的電路板等不需調(diào)試即可給氣試運(yùn)轉(zhuǎn)了。
附表
權(quán)利要求
1.防止“干鉆”自動(dòng)控制裝置可用于“轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井”的各種類(lèi)型鉆機(jī)上，它主要由安裝在立管上的電接點(diǎn)泵壓表(12)，安裝在司鉆操作箱內(nèi)的延時(shí)報(bào)警自控電路板總成(9)、控制電磁閥(7)及原鉆機(jī)的轉(zhuǎn)盤(pán)氣控制部分組成其特征是電接點(diǎn)泵壓表(12)具有--手動(dòng)的“最低泵壓限定”調(diào)節(jié)和自動(dòng)的“泵壓下跌”動(dòng)態(tài)檢測(cè)兩種功能；而電路板(9)則進(jìn)行--延時(shí)報(bào)警和轉(zhuǎn)盤(pán)自動(dòng)停止“轉(zhuǎn)動(dòng)”控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是在原轉(zhuǎn)盤(pán)控制氣路(5路)中串接入一只電磁閥DF(7)同時(shí)在DF(7)之前并聯(lián)接上一只氣動(dòng)(電)開(kāi)關(guān)K1(6)，只要轉(zhuǎn)盤(pán)氣開(kāi)關(guān)(4)給氣時(shí)(5路)，氣動(dòng)(電)開(kāi)關(guān)K1(6)和電磁閥DF(7)均立即接通、開(kāi)啟，即轉(zhuǎn)盤(pán)離合器進(jìn)氣(轉(zhuǎn)動(dòng))。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的裝置，其特征是打鉆時(shí)應(yīng)把選擇開(kāi)關(guān)K2置于“鉆進(jìn)”擋，當(dāng)一旦出現(xiàn)(發(fā)生)“干鉆”隱患后，延時(shí)報(bào)警和自控均起作用-電磁閥DF(7)失電，轉(zhuǎn)盤(pán)停止“轉(zhuǎn)動(dòng)”。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的裝置，其特征是在進(jìn)行不需要循環(huán)泥漿的轉(zhuǎn)盤(pán)“特殊作業(yè)”時(shí)，開(kāi)關(guān)K2應(yīng)置于“空轉(zhuǎn)”擋位，以切除對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)的自控，但將同時(shí)發(fā)出“提醒”聲響來(lái)，以免開(kāi)關(guān)K2擋位的誤選擇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的裝置，其特征是延時(shí)電路中繼電器(JAG)的“常閉”觸點(diǎn)，能夠消除鉆進(jìn)中電接點(diǎn)泵壓表(12)指針的擺動(dòng)干擾，即防止自控電路的誤動(dòng)作。
全文摘要
防止“干鉆”自動(dòng)控制裝置，可用于“轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井”的各種鉆機(jī)上。本裝置能夠有效地防止“干鉆”事故的發(fā)生。設(shè)有“最低泵壓限定”和“泵壓下跌動(dòng)態(tài)”檢測(cè)；具有延時(shí)報(bào)警停轉(zhuǎn)和提醒開(kāi)泵等功能。
文檔編號(hào)E21B44/00GK1033471SQ8810358
公開(kāi)日1989年6月21日 申請(qǐng)日期1988年5月16日 優(yōu)先權(quán)日1988年5月16日
發(fā)明者吳洪波 申請(qǐng)人:吳洪波