頂驅(qū)模擬系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種頂驅(qū)模擬系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]多年來(lái)，石油鉆井一直是依靠鉆機(jī)的轉(zhuǎn)盤(pán)帶動(dòng)方鉆桿和鉆具、鉆頭旋轉(zhuǎn)進(jìn)行鉆井作業(yè)的。近年來(lái)，隨著鉆井裝備技術(shù)的不斷發(fā)展，為了更好地滿足鉆特殊工藝井的需要，20世紀(jì)80年代，國(guó)外研制出一種將水龍頭與馬達(dá)相結(jié)合，在井架空間的上部帶動(dòng)鉆具、鉆頭旋轉(zhuǎn)，并可沿井架內(nèi)安放的導(dǎo)軌向下送進(jìn)的鉆井裝置，同時(shí)配備了鉆桿的上、卸絲扣裝置，可完成井下鉆柱旋轉(zhuǎn)、循環(huán)鉆井液、鉆桿上卸、起下鉆、邊起下邊轉(zhuǎn)動(dòng)等操作。因該裝置在鉆機(jī)的游動(dòng)滑車(chē)之下，驅(qū)動(dòng)的位置比原轉(zhuǎn)盤(pán)位置要高，所以稱(chēng)之為頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置。頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置可接立柱鉆井，省去了轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井時(shí)接、卸方鉆桿的常規(guī)操作，節(jié)約鉆井時(shí)間20%?25%，同時(shí)，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了操作者的人身事故。使用頂部驅(qū)動(dòng)裝置鉆井時(shí)，在起下鉆具的同時(shí)可循環(huán)鉆井液、轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，有利鉆井中井下復(fù)雜情況和事故的處理，對(duì)深井、特殊工藝井的鉆井施工非常有利。
[0003]頂驅(qū)的優(yōu)點(diǎn)促使其快速的在石油鉆井業(yè)推廣開(kāi)來(lái)，頂驅(qū)的操作也成為石油鉆井業(yè)從業(yè)者必須全面系統(tǒng)學(xué)習(xí)的知識(shí)。然而，對(duì)于油田新進(jìn)員工或石油相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，他們對(duì)鉆井的過(guò)程、井下作業(yè)的步驟以及突發(fā)事故的處理都沒(méi)有感性的認(rèn)識(shí)，一旦出現(xiàn)操作失誤或不慎，可能會(huì)引發(fā)重大事故，帶來(lái)大量損失。因此鉆井從業(yè)人員的崗前培訓(xùn)和專(zhuān)業(yè)技能學(xué)習(xí)十分重要，然而常規(guī)的課堂理論教學(xué)或?qū)嶒?yàn)室操作不夠形象、逼真，不能直觀地進(jìn)行操作培訓(xùn)，使得培訓(xùn)效果差，達(dá)不到預(yù)期效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種頂驅(qū)模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠模擬頂驅(qū)作業(yè)機(jī)的各項(xiàng)作業(yè)流程，全方位展現(xiàn)井場(chǎng)環(huán)境及設(shè)備工作原理，能對(duì)頂驅(qū)施工技術(shù)人員進(jìn)行全面的培訓(xùn)和考核，能克服傳統(tǒng)培訓(xùn)方式的培訓(xùn)難度大、安全性差、考核難等弊端，為操作培訓(xùn)提供一套科學(xué)、規(guī)范、高效的培訓(xùn)考核新模式。
[0005]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:頂驅(qū)模擬系統(tǒng)，它包括頂驅(qū)模擬操作設(shè)備、PLC控制器和控制單元，控制單元包括主控機(jī)、參數(shù)機(jī)和圖形處理機(jī)，頂驅(qū)模擬操作設(shè)備與PLC控制器連接，PLC控制器通過(guò)串口與參數(shù)機(jī)連接，參數(shù)機(jī)和圖形處理機(jī)分別通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)與主控機(jī)連接；
所述的頂驅(qū)模擬操作設(shè)備上設(shè)置有開(kāi)關(guān)、指示燈、旋鈕和扭矩表，PLC控制器上設(shè)置有用于循環(huán)采集頂驅(qū)模擬操作設(shè)備上開(kāi)關(guān)狀態(tài)及旋鈕狀態(tài)的采集器；
所述的主控機(jī)上設(shè)置有用于根據(jù)開(kāi)關(guān)及旋鈕狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)學(xué)模型計(jì)算出指示燈狀態(tài)、扭矩表數(shù)據(jù)、虛擬場(chǎng)景中設(shè)備工作狀況數(shù)據(jù)、流動(dòng)情況數(shù)據(jù)的計(jì)算模塊；
所述的圖形處理機(jī)上設(shè)置有用于根據(jù)虛擬場(chǎng)景中設(shè)備工作狀況數(shù)據(jù)呈現(xiàn)模擬的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景及設(shè)備工作情況的虛擬呈現(xiàn)模塊。
[0006]它還包括投影系統(tǒng)，投影系統(tǒng)包括投影儀和與投影儀相配合的投影幕布，投影儀與圖形處理機(jī)連接。
[0007]所述的頂驅(qū)模擬操作設(shè)備為頂驅(qū)操作臺(tái)。
[0008]所述的虛擬呈現(xiàn)模塊用于仿真鉆井過(guò)程中的物理參數(shù)變化，使得學(xué)員的操作實(shí)時(shí)作用于對(duì)應(yīng)模塊，計(jì)算出對(duì)應(yīng)參數(shù)。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:頂驅(qū)模擬系統(tǒng)可以模擬真實(shí)頂驅(qū)所有操作，操作臺(tái)上的控制與顯示元件與實(shí)際控制臺(tái)保持一致，能模擬設(shè)備的所有操作，讓操作設(shè)備的人員控制頂驅(qū)裝置的所有部件，根據(jù)作業(yè)的實(shí)際情況能實(shí)時(shí)顯示相關(guān)參數(shù)，以達(dá)到與現(xiàn)場(chǎng)操作一樣的效果，能對(duì)頂驅(qū)施工技術(shù)人員進(jìn)行全面的培訓(xùn)和考核，能克服傳統(tǒng)培訓(xùn)方式培訓(xùn)難度大、安全性差、考核難等弊端，為操作培訓(xùn)提供了一套科學(xué)、規(guī)范、高效的培訓(xùn)考核新模式。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本發(fā)明頂驅(qū)模擬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。
[0012]如圖1所示，頂驅(qū)模擬系統(tǒng)，它包括頂驅(qū)模擬操作設(shè)備、PLC控制器和控制單元，控制單元包括主控機(jī)、參數(shù)機(jī)和圖形處理機(jī)，頂驅(qū)模擬操作設(shè)備與PLC控制器連接，PLC控制器通過(guò)串口與參數(shù)機(jī)連接，參數(shù)機(jī)和圖形處理機(jī)分別通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)與主控機(jī)連接；
所述的頂驅(qū)模擬操作設(shè)備上設(shè)置有開(kāi)關(guān)、指示燈、旋鈕和扭矩表，PLC控制器上設(shè)置有用于循環(huán)采集頂驅(qū)模擬操作設(shè)備上開(kāi)關(guān)狀態(tài)及旋鈕狀態(tài)的采集器；
所述的主控機(jī)上設(shè)置有用于根據(jù)開(kāi)關(guān)及旋鈕狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)學(xué)模型計(jì)算出指示燈狀態(tài)、扭矩表數(shù)據(jù)、虛擬場(chǎng)景中設(shè)備工作狀況數(shù)據(jù)、流動(dòng)情況數(shù)據(jù)的計(jì)算模塊；
所述的圖形處理機(jī)上設(shè)置有用于根據(jù)虛擬場(chǎng)景中設(shè)備工作狀況數(shù)據(jù)呈現(xiàn)模擬的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景及設(shè)備工作情況的虛擬呈現(xiàn)模塊。
[0013]它還包括投影系統(tǒng)，投影系統(tǒng)包括投影儀和與投影儀相配合的投影幕布，投影儀與圖形處理機(jī)連接。
[0014]所述的頂驅(qū)模擬操作設(shè)備為頂驅(qū)操作臺(tái)。
[0015]所述的虛擬呈現(xiàn)模塊用于仿真鉆井過(guò)程中的物理參數(shù)變化，使得學(xué)員的操作實(shí)時(shí)作用于對(duì)應(yīng)模塊，計(jì)算出對(duì)應(yīng)參數(shù)。
[0016]系統(tǒng)上電后，主控機(jī)上運(yùn)行主控程序，控制圖形計(jì)算機(jī)顯示圖形程序，PLC開(kāi)始向頂驅(qū)操作臺(tái)上的指示燈、壓力表發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)循環(huán)采集操作臺(tái)上開(kāi)關(guān)及按鈕狀態(tài)，PLC通過(guò)串口與主控機(jī)相連接，主控機(jī)收到開(kāi)關(guān)和按鈕狀態(tài)后，根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算出指示燈的狀態(tài)、壓力表的數(shù)據(jù)、虛擬場(chǎng)景中設(shè)備的工作狀況數(shù)據(jù)、流動(dòng)情況數(shù)據(jù)。
[0017]主控計(jì)算機(jī)將計(jì)算得到的指示燈的狀態(tài)、壓力表的數(shù)據(jù)回傳給PLC，PLC控制各操作臺(tái)上對(duì)應(yīng)的硬件部分顯示主控機(jī)發(fā)送來(lái)的計(jì)算結(jié)果。主控機(jī)同時(shí)將計(jì)算得到的虛擬場(chǎng)景中的設(shè)備工作狀況數(shù)據(jù)發(fā)送給圖形處理機(jī)，圖形處理機(jī)根據(jù)這些數(shù)據(jù)顯示模擬的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景、設(shè)備的工作情況。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.頂驅(qū)模擬系統(tǒng)，其特征在于:它包括頂驅(qū)模擬操作設(shè)備、PLC控制器和控制單元，控制單元包括主控機(jī)、參數(shù)機(jī)和圖形處理機(jī)，頂驅(qū)模擬操作設(shè)備與PLC控制器連接，PLC控制器通過(guò)串口與參數(shù)機(jī)連接，參數(shù)機(jī)和圖形處理機(jī)分別通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)與主控機(jī)連接； 所述的頂驅(qū)模擬操作設(shè)備上設(shè)置有開(kāi)關(guān)、指示燈、旋鈕和扭矩表，PLC控制器上設(shè)置有用于循環(huán)采集頂驅(qū)模擬操作設(shè)備上開(kāi)關(guān)狀態(tài)及旋鈕狀態(tài)的采集器； 所述的主控機(jī)上設(shè)置有用于根據(jù)開(kāi)關(guān)及旋鈕狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)學(xué)模型計(jì)算出指示燈狀態(tài)、扭矩表數(shù)據(jù)、虛擬場(chǎng)景中設(shè)備工作狀況數(shù)據(jù)、流動(dòng)情況數(shù)據(jù)的計(jì)算模塊； 所述的圖形處理機(jī)上設(shè)置有用于根據(jù)虛擬場(chǎng)景中設(shè)備工作狀況數(shù)據(jù)呈現(xiàn)模擬的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景及設(shè)備工作情況的虛擬呈現(xiàn)模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂驅(qū)模擬系統(tǒng)，其特征在于:它還包括投影系統(tǒng)，投影系統(tǒng)包括投影儀和與投影儀相配合的投影幕布，投影儀與圖形處理機(jī)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂驅(qū)模擬操作系統(tǒng)，其特征在于:所述的頂驅(qū)模擬操作設(shè)備為頂驅(qū)操作臺(tái)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂驅(qū)模擬操作系統(tǒng)，其特征在于:所述的虛擬呈現(xiàn)模塊用于仿真鉆井過(guò)程中的物理參數(shù)變化，使得學(xué)員的操作實(shí)時(shí)作用于對(duì)應(yīng)模塊，計(jì)算出對(duì)應(yīng)參數(shù)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種頂驅(qū)模擬系統(tǒng)，它包括頂驅(qū)模擬操作設(shè)備、PLC控制器和控制單元，控制單元包括主控機(jī)、參數(shù)機(jī)和圖形處理機(jī)，頂驅(qū)模擬操作設(shè)備與PLC控制器連接，PLC控制器通過(guò)串口與參數(shù)機(jī)連接，參數(shù)機(jī)和圖形處理機(jī)分別通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)與主控機(jī)連接。頂驅(qū)模擬系統(tǒng)可以模擬真實(shí)頂驅(qū)的所有操作，操作臺(tái)上的控制與顯示元件與實(shí)際控制臺(tái)保持一致，實(shí)現(xiàn)對(duì)頂驅(qū)裝置的所有部件的控制，根據(jù)操作的實(shí)際情況能實(shí)時(shí)顯示相關(guān)參數(shù)，以達(dá)到與現(xiàn)場(chǎng)操作一樣的效果，能對(duì)頂驅(qū)施工技術(shù)人員進(jìn)行全面的培訓(xùn)和考核，能克服傳統(tǒng)培訓(xùn)方式培訓(xùn)難度大、安全性差、考核難等弊端，為操作培訓(xùn)提供了一套科學(xué)、規(guī)范、高效的培訓(xùn)考核新模式。
【IPC分類(lèi)】G09B9-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104616552
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510008717
【發(fā)明人】趙剛, 張靜
【申請(qǐng)人】西南石油大學(xué), 成都盛特石油裝備模擬技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年1月8日