專利名稱：鉆機(jī)升降系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于地質(zhì)，油、氣田鉆探機(jī)械中對(duì)其升降系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控的裝置。該裝置適用于對(duì)鉆機(jī)升降系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試和監(jiān)控，以顯示運(yùn)行狀況及預(yù)防相應(yīng)事故的發(fā)生。
在石油和地質(zhì)鉆探中，常常因人為及設(shè)備缺陷等因素造成溜鉆、頓鉆、卡鉆、提斷鉆具、單吊環(huán)起下鉆具，碰天車等事故的發(fā)生，此類事故一旦發(fā)生，重則造成全井報(bào)廢，輕則造成停鉆及經(jīng)濟(jì)損失。為了克服鉆井過(guò)程中這類事故的發(fā)生，專利號(hào)為ZL87107391(公告號(hào)為CN1011433C)的專利文獻(xiàn)公開了一種《多功能安全鉆井自動(dòng)控制裝置》，該裝置是在原鉆機(jī)指重表與死繩固定器之間設(shè)一電接點(diǎn)壓力表管，由電接點(diǎn)壓力表的上、下限接點(diǎn)并通過(guò)微型計(jì)算機(jī)控制鉆機(jī)絞車自動(dòng)剎車、轉(zhuǎn)盤停轉(zhuǎn)等。以避免卡鉆、溜鉆，并通過(guò)人工調(diào)節(jié)電接點(diǎn)壓力表值來(lái)防止頓鉆；同時(shí)在天車下部設(shè)一帶插銷的插座，當(dāng)高速起鉆時(shí)一旦游車大鉤撞掉銷子，便可使剎車氣缸動(dòng)作、剎車，以避免碰天車事故的發(fā)生。此種裝置精度差、反應(yīng)慢，在高速下放鉆具的情況下，由于不接觸地層，壓力不發(fā)生變化，加之無(wú)下降距離計(jì)量及監(jiān)控裝置，因此，亦不知何時(shí)將接觸地層，一旦接觸地層亦即壓力發(fā)變化時(shí)，頓鉆實(shí)際上就已經(jīng)發(fā)生了；而采用類似行程開關(guān)的帶插銷的機(jī)構(gòu)設(shè)于天車下部，防止高速起鉆時(shí)碰撞天車，又存在使用不方便，每撞掉一次銷子都需操作人員爬上天車頂部去安裝一次；此外該置還缺乏對(duì)吊環(huán)、吊卡安裝狀況的監(jiān)測(cè)及識(shí)別，鉆井作業(yè)狀態(tài)的識(shí)別機(jī)構(gòu)，不能防止單吊環(huán)起下鉆具。因此，上述背景技術(shù)存在綜合性監(jiān)控功能差，可靠性較差且使用不方便等缺陷。
本實(shí)用新型的目的是針對(duì)背景技術(shù)所存在的缺陷，設(shè)計(jì)一種鉆機(jī)升降系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控裝置，對(duì)鉆機(jī)升降系統(tǒng)進(jìn)行綜合監(jiān)控，以達(dá)到預(yù)防卡鉆、溜鉆、頓鉆及碰撞天車等事故的發(fā)生，以及識(shí)別作業(yè)狀態(tài)，確保安全鉆井等目的。
本實(shí)用新型的解決方案是在鉆機(jī)絞車滾筒軸與導(dǎo)氣龍頭之間增設(shè)一角位移計(jì)數(shù)器，以監(jiān)控游車大鉤的位移；當(dāng)游車大鉤上行到上限位置即控制氣路剎車，以防止碰天車事故的發(fā)生；若游車下行，將進(jìn)行打鉆作業(yè)時(shí)，在鉆頭下降位置接近原鉆進(jìn)進(jìn)尺位置(工作位置)時(shí)，預(yù)警減速以防止頓鉆的發(fā)生。同時(shí)在當(dāng)前使用的兩套吊卡上各安裝一套帶三只電磁接近開關(guān)的狀態(tài)采集器，集器，分別對(duì)各吊卡上的兩只吊環(huán)安裝與否的狀態(tài)及鉆具卡入與否的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，以預(yù)防單吊環(huán)起下鉆具、卡鉆等事故的發(fā)生，同時(shí)還可根據(jù)該狀態(tài)采集器所采集到的上述綜合數(shù)據(jù)判斷目前鉆機(jī)所處的部份工作狀況，如起吊空卡、起升鉆具、換接單桿、打鉆等。此外，采用電子壓力傳感器代替背景技術(shù)實(shí)現(xiàn)連續(xù)顯示壓力變化狀態(tài)，以此與角位移計(jì)數(shù)器、狀態(tài)采集器配合以監(jiān)視和預(yù)防跳鉆、溜鉆等的發(fā)生，同時(shí)可根據(jù)相應(yīng)的參數(shù)計(jì)算出鉆井進(jìn)尺量、鉆頭的動(dòng)態(tài)位置、鉆壓、鉆進(jìn)速度等參數(shù)。因此，本實(shí)用新型包括帶單片機(jī)的主控制機(jī)及顯示器、指重表、死繩固定器及接于其間的壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，剎車氣缸；關(guān)鍵在于該監(jiān)控裝置還包括設(shè)于鉆機(jī)絞車滾筒與導(dǎo)氣龍頭之間的角位移計(jì)數(shù)器和分設(shè)于上、下吊卡上的各帶三只電磁接近開關(guān)及信號(hào)發(fā)射器的狀態(tài)采集器，在主控制機(jī)內(nèi)還設(shè)有相應(yīng)的采集信號(hào)接收器；而所述壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器為電子壓力傳感器，該傳感器與死繩固定器傳感器上的三通接頭連接，其壓力信號(hào)通過(guò)A/D(數(shù)/模)轉(zhuǎn)換后從主控制機(jī)輸入口讀入；而角位移計(jì)數(shù)器則通過(guò)其傳動(dòng)軸兩端分別與絞車滾筒軸及導(dǎo)氣龍頭連接，位移信號(hào)則通過(guò)其內(nèi)的單片機(jī)處理后，輸入(讀入)控制主機(jī)內(nèi)；各狀態(tài)信號(hào)采集器則分別緊固于上、下吊卡的本體上，其中一開關(guān)傳感器探頭端部通過(guò)設(shè)于吊卡本體上的導(dǎo)孔而置于吊卡內(nèi)環(huán)面，另兩只傳感器探頭則左、右對(duì)稱設(shè)置于狀態(tài)信號(hào)采集器兩側(cè)正對(duì)左、右吊環(huán)工作位置處，所采集的狀態(tài)信號(hào)均通過(guò)設(shè)于其上的信號(hào)發(fā)射器發(fā)出，而由主控制機(jī)內(nèi)的該信號(hào)接收器接收后讀入主控制機(jī)。上述設(shè)于鉆機(jī)絞車滾筒與導(dǎo)氣龍頭之間的角位移計(jì)數(shù)器為光電旋轉(zhuǎn)編碼器。而所述各狀態(tài)信號(hào)采集器上的三只電磁接近開關(guān)上的探頭，其中置于吊卡內(nèi)環(huán)面的傳感器探頭為M5，兩只左、右對(duì)稱并正對(duì)吊環(huán)工作位置處設(shè)置的傳感器探頭為M8。
本實(shí)用新型由于在絞車滾筒軸與導(dǎo)氣龍頭之間增設(shè)了一角位移計(jì)數(shù)器，從而可準(zhǔn)確監(jiān)控游車大鉤的位移，預(yù)防碰天車事故及頓鉆的發(fā)生；在吊卡上安裝狀態(tài)信號(hào)采集器，對(duì)吊環(huán)及鉆具的安裝情況進(jìn)行無(wú)線監(jiān)控，既可便于判斷鉆機(jī)當(dāng)前所處的部分工作狀況，又可預(yù)防單吊環(huán)起下鉆具事故的發(fā)生；采用電子壓力傳感器代替電接點(diǎn)壓力表，既可連續(xù)顯示壓力變化的狀態(tài)，又可與角位移計(jì)數(shù)器、狀態(tài)采集器有效配合以防止跳鉆、溜鉆事故等的發(fā)生，同時(shí)還可根據(jù)其綜合參數(shù)計(jì)算出進(jìn)尺量、鉆頭的動(dòng)態(tài)位置、鉆壓、鉆進(jìn)速度等。因此，本實(shí)用新型具有可對(duì)鉆機(jī)升降系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行綜合監(jiān)控，有效預(yù)防卡鉆、溜鉆、跳鉆、頓鉆及碰撞天車、單吊環(huán)起下鉆具等事故的發(fā)生，并可識(shí)別鉆機(jī)作業(yè)狀態(tài)，確保安全、高效鉆井等特點(diǎn)。
附圖及

圖1為本實(shí)用新型監(jiān)控系統(tǒng)方框圖；
圖2為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)，連接關(guān)系及使用狀態(tài)示意圖；圖3為吊卡、吊環(huán)及狀態(tài)信號(hào)采集器相互位置及安裝示意圖；圖4為圖3的俯視圖；圖5為角位移計(jì)數(shù)器與導(dǎo)氣龍頭及絞車滾筒連接示意圖。
圖中1、主控制機(jī)；2、角位移計(jì)數(shù)器，3-1、3-2狀態(tài)信號(hào)采集器，4、壓力傳感器；5、顯示器；6、剎車氣缸；7、絞車滾筒；8、司鉆操作臺(tái)；9-1、9-2；吊卡；10、鉆具，11-1、11-2；吊環(huán)；12、第二層臺(tái)；13、游車大鉤；14、天車；15、死繩固定器；16、鉆井平臺(tái)(工作臺(tái))；17、指重表，18-1、18-2吊環(huán)信號(hào)傳感器探頭；19、20導(dǎo)孔、鉆具信號(hào)傳感器探頭；21、吊卡內(nèi)環(huán)面，22、角位移計(jì)數(shù)器傳動(dòng)軸；23、導(dǎo)氣龍頭。
實(shí)施例本實(shí)施例角位移計(jì)數(shù)器2，采用光電旋轉(zhuǎn)編碼器，型號(hào)為E6CP-AG3C，通過(guò)其傳動(dòng)軸22的兩端分別與絞車滾筒7的軸孔及導(dǎo)氣龍頭21連接；信號(hào)則通過(guò)其內(nèi)的8051單片機(jī)處理后由P0口及P2.0輸出到74LS377，再通過(guò)多只4N25光電偶將其信號(hào)輸入到主機(jī)，并通過(guò)主機(jī)上的8051處理后輸入顯示器顯示；狀態(tài)信號(hào)采集器3-1、3-2，分別通過(guò)螺栓緊固于上、下吊卡的本體上，其中鉆具信號(hào)傳感器探頭20為M5，其端部穿過(guò)吊卡本體上的導(dǎo)孔19置于吊卡內(nèi)環(huán)面21上，以采集鉆具10安裝與否的信號(hào)；而吊環(huán)信號(hào)傳感器探頭18-1、18-2均為M8，分別正對(duì)左、右吊環(huán)11-1、11-2工作時(shí)的環(huán)面位置以采集其安裝與否的信號(hào)；上述信號(hào)均通過(guò)89C2051單片機(jī)處理后輸入信號(hào)發(fā)射器WKT30，直接發(fā)送給主機(jī)1上的該信號(hào)接收器CST-R02B接收，接收到的信號(hào)通過(guò)74L245由P0口和P2.2讀入主控制機(jī)內(nèi)的8051單片機(jī)處理后，輸入顯示器5顯示及控制鉆機(jī)升降系統(tǒng)的運(yùn)行；電子壓力傳感器4，本實(shí)施例采用壓電變送器，型號(hào)；MYB-6，其壓力信號(hào)由TLC2543C進(jìn)行A/D(模/數(shù))轉(zhuǎn)換后以16、18、19腳輸出，從主控制機(jī)1的P1口讀入經(jīng)8501單獨(dú)或與其它信號(hào)綜合處理后輸入顯示器5顯示及監(jiān)控鉆機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)；如起吊空卡、起升鉆具、換接單桿、打鉆及鉆井進(jìn)尺量、鉆壓、鉆井速度、鉆頭動(dòng)態(tài)位置等。
權(quán)利要求1.鉆機(jī)升降系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控裝置，包括帶單片機(jī)的主控制機(jī)及顯示器，指重表、死繩固定器及接于其間的壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，剎車氣缸；其特征在于該監(jiān)控裝置還包括設(shè)于鉆機(jī)絞車滾筒與導(dǎo)氣龍頭之間的角位移計(jì)數(shù)器和分設(shè)于上、下吊卡上的各帶三只電磁接近開關(guān)及信號(hào)發(fā)射器的狀態(tài)信號(hào)采集器，在主控制機(jī)內(nèi)還設(shè)有相應(yīng)的采集信號(hào)接收器；而所述壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器為電子壓力傳感器，該傳感器與死繩固定器傳感器上的三通接頭連接，其壓力信號(hào)則通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后從主控制機(jī)輸入口讀入；而角位移計(jì)數(shù)器則通過(guò)其傳動(dòng)軸兩端分別與絞車滾筒軸及導(dǎo)氣龍頭連接，位移信號(hào)則通過(guò)其內(nèi)的單片機(jī)處理后輸入主控制機(jī)；各狀態(tài)信號(hào)采集器則分別緊固于上、下吊卡的本體上，其中一開關(guān)傳感器探頭端部通過(guò)設(shè)于吊卡本體上的導(dǎo)孔而置于吊卡內(nèi)環(huán)面，另兩只傳感器探則左、右對(duì)稱設(shè)置于狀態(tài)信號(hào)采集器兩側(cè)正對(duì)左、右吊環(huán)工作位置處，所采集的狀態(tài)信號(hào)均通過(guò)設(shè)于其上的信號(hào)發(fā)射器發(fā)出，而由主控制機(jī)內(nèi)的信號(hào)接收器接收后讀入主控制機(jī)。
2.按權(quán)利要求1所述鉆機(jī)升降系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控裝置；其特征在于所述設(shè)于鉆機(jī)絞車滾筒與導(dǎo)氣龍頭之間的角位移計(jì)數(shù)器為光電旋轉(zhuǎn)編碼器。
3.按權(quán)利要求1所述鉆機(jī)升降系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控裝置；其特征在于所述各狀態(tài)信號(hào)采集器上的三只電磁接近開關(guān)上的探頭，其中置于吊卡內(nèi)環(huán)面的傳感器探頭為M5，兩只左、右對(duì)稱并正對(duì)吊環(huán)工作位置處設(shè)置的傳感器探頭為M8。
專利摘要該實(shí)用新型屬于鉆機(jī)升降系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控裝置,包括主控制機(jī)及顯示器,指重表、死繩固定器及接于其間的電子壓力傳感器,設(shè)于導(dǎo)氣龍頭與絞車滾筒之間的角位移計(jì)數(shù)器,設(shè)于吊卡上的狀態(tài)信號(hào)采集器及剎車氣缸。該實(shí)用新型具有可對(duì)鉆機(jī)升降系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行綜合監(jiān)控,有效預(yù)防卡鉆、溜鉆、跳鉆、頓鉆及碰撞天車等事故的發(fā)生,并可確定鉆頭的動(dòng)態(tài)位置、鉆壓、鉆井進(jìn)尺、鉆進(jìn)速度、負(fù)載功率,識(shí)別吊環(huán)及鉆具的安裝情況等作業(yè)狀態(tài),確保安全、高效鉆井等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21B44/00GK2491602SQ0120676
公開日2002年5月15日 申請(qǐng)日期2001年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月8日
發(fā)明者冉訓(xùn), 徐國(guó)民 申請(qǐng)人:冉訓(xùn), 徐國(guó)民