修井作業(yè)起下鉆控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及修井作業(yè)工作設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化起鉆與下鉆的起下鉆控制系統(tǒng)，其能夠利用機(jī)械代替人工完成對(duì)油管的操作，大大降低工人的工作強(qiáng)度和危險(xiǎn)性。
【背景技術(shù)】
[0002]修井作業(yè)，指的是石油鉆井以及后續(xù)油井維護(hù)的一種作業(yè)，為了確保油井能順利使用，而采取的維護(hù)和保養(yǎng)措施。修井作業(yè)的特點(diǎn)是工程難度大，技術(shù)要求高，必須用大型的修井設(shè)備，并配備大修鉆桿、大修轉(zhuǎn)盤等專用設(shè)備工具才能開展工作?，F(xiàn)有技術(shù)中的修井作業(yè)，最常見的工作內(nèi)容包括起鉆和下鉆。起鉆，顧名思義，就是將井下的鉆具(例如油管)從井眼內(nèi)起出來；下鉆，顧名思義，就是將鉆具下放到井眼內(nèi)。
[0003]目前，起下鉆的工作主要是依靠人工控制機(jī)械完成的，但現(xiàn)有技術(shù)中用于起下鉆的機(jī)械工具技術(shù)較為簡(jiǎn)單，人工操作強(qiáng)度大，而且人工操作時(shí)還具有一定的危險(xiǎn)性。因此，現(xiàn)階段亟需一種自動(dòng)化程度高，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化起鉆與下鉆，降低工人的工作強(qiáng)度和危險(xiǎn)性的修井作業(yè)起下鉆控制系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出一種修井作業(yè)起下鉆控制系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中工人在起下鉆過程中存在危險(xiǎn)性和工作強(qiáng)度大的問題。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:修井作業(yè)起下鉆控制系統(tǒng)，包括設(shè)置于油井處的機(jī)械臂，所述機(jī)械臂連接伺服電機(jī)，所述機(jī)械臂還連接PLC控制器，所述機(jī)械臂上設(shè)有用于檢測(cè)油管位置的傳感器；
[0006]還包括用于控制所述機(jī)械臂動(dòng)作的腳踏開關(guān)；
[0007]所述PLC控制器包括
[0008]用于控制所述機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)控制開關(guān)VB302、油管擺放時(shí)旋轉(zhuǎn)參數(shù)指針VD310以及油管擺放時(shí)伸出參數(shù)指針VD314 ；
[0009]用于起鉆計(jì)數(shù)的油管擺放計(jì)數(shù)器VB300 ;
[0010]在下鉆時(shí)用于控制所述機(jī)械臂轉(zhuǎn)向的下鉆定點(diǎn)取管順時(shí)針旋轉(zhuǎn)參數(shù)VD318和下鉆定點(diǎn)取管逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)參數(shù)VD326，以及下鉆定點(diǎn)取管順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)械臂伸出長(zhǎng)度參數(shù)VD322和下鉆定點(diǎn)取管逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)械臂伸出長(zhǎng)度參數(shù)VD330 ；
[0011]用于控制下鉆時(shí)所述機(jī)械臂動(dòng)作位置的井口中心距離VD304。
[0012]優(yōu)選的，所述PLC控制器通過采集所述伺服電機(jī)的編碼器的值實(shí)現(xiàn)對(duì)所述機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)角度和伸縮長(zhǎng)度的閉環(huán)控制。
[0013]本發(fā)明在采用了上述技術(shù)方案后的有益效果是:
[0014]起鉆時(shí)，通過PLC控制器控制機(jī)械臂將已經(jīng)從油井里提出來的油管擺放到油井旁邊一個(gè)固定位置上，通過腳踏開關(guān)進(jìn)行分步控制，期間使用了多個(gè)接近開關(guān)來進(jìn)行位置控制，同時(shí)PLC控制器通過采集伺服電機(jī)的編碼器的值實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)角度和伸縮長(zhǎng)度的閉環(huán)控制。
[0015]下鉆時(shí)，通過通過PLC控制器控制機(jī)械臂將擺放在油井旁邊的油管抓起并推送到井口位置，通過腳踏開關(guān)進(jìn)行分步控制，期間也使用了多個(gè)接近開關(guān)來進(jìn)行位置控制，同時(shí)PLC控制器通過采集伺服電機(jī)的編碼器的值實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)角度和伸縮長(zhǎng)度的閉環(huán)控制。
【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明:
[0017]圖1為主程序流程圖；
[0018]圖2為起鉆流程圖；
[0019]圖3為下鉆流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明的修井作業(yè)起下鉆控制系統(tǒng)包含軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)兩部分。
[0021]其中，硬件系統(tǒng)包含了 PLC控制器、伺服電機(jī)、伺服電機(jī)控制器、腳踏開關(guān)、接近開關(guān)以及一些中間繼電器。其中，PLC控制器采用了西門子224CN加EM221擴(kuò)展模塊，總共具有30點(diǎn)輸入10點(diǎn)輸出；編程軟件使用了西門子V4.0STEP 7 MicroffIN SP9 ;伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用了海德公司的H3N-FD，伺服電機(jī)型號(hào)為ACSM130-G15015LZ ;腳踏開關(guān)采用兩鍵合一的結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)鍵是工作鍵，另一個(gè)鍵是緊急停止鍵；接近開關(guān)采用了 PNP型，其感應(yīng)距離為8mm沖間繼電器采用了德力西JQX-13F小型繼電器。
[0022]軟件系統(tǒng)包含了起鉆和下鉆的兩個(gè)功能，具體的說，起鉆時(shí)，通過PLC控制器控制機(jī)械臂將已經(jīng)從油井里提出來的油管擺放到油井旁邊一個(gè)固定位置上，通過腳踏開關(guān)進(jìn)行分步控制，期間使用了多個(gè)接近開關(guān)來進(jìn)行位置控制，同時(shí)PLC控制器通過采集伺服電機(jī)的編碼器的值實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)角度和伸縮長(zhǎng)度的閉環(huán)控制。
[0023]下鉆時(shí)，通過通過PLC控制器控制機(jī)械臂將擺放在油井旁邊的油管抓起并推送到井口位置，通過腳踏開關(guān)進(jìn)行分步控制，期間也使用了多個(gè)接近開關(guān)來進(jìn)行位置控制，同時(shí)PLC控制器通過采集伺服電機(jī)的編碼器的值實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)角度和伸縮長(zhǎng)度的閉環(huán)控制。
[0024]如圖1、圖2和圖3共同所示，程序中使用到的關(guān)鍵參數(shù)說明如下:
[0025]VB210:運(yùn)行步驟控制；
[0026]VD220:機(jī)械臂伸縮編碼器值；
[0027]VD230:機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)編碼器值；
[0028]VB300:油管擺放計(jì)數(shù)器；
[0029]VB302:旋轉(zhuǎn)控制開關(guān)，VB302 = I時(shí)是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，VB302 = O時(shí)是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；
[0030]VD304:井口中心距離；
[0031]VD310:油管擺放時(shí)旋轉(zhuǎn)參數(shù)指針；
[0032]VD314:油管擺放時(shí)伸出參數(shù)指針；
[0033]VD318:下鉆定點(diǎn)取管順時(shí)針旋轉(zhuǎn)參數(shù)；
[0034]VD322:下鉆定點(diǎn)取管順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)械臂伸出長(zhǎng)度參數(shù)；
[0035]VD326:下鉆定點(diǎn)取管逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)參數(shù)；
[0036]VD330:下鉆定點(diǎn)取管逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)械臂伸出長(zhǎng)度參數(shù)；
[0037]下面就起鉆與下鉆的詳細(xì)動(dòng)作再做具體說明:
[0038]起鉆:首先當(dāng)油管從油井里提出來后PLC控制器控制機(jī)械臂向油管伸出，當(dāng)機(jī)械手上的傳感器檢測(cè)到油管后機(jī)械臂停止伸出，機(jī)械手閉合抓住油管。機(jī)械臂在伸出的過程中，如果當(dāng)機(jī)械臂伸出到設(shè)定的最大長(zhǎng)度后，機(jī)械手仍未檢測(cè)到油管，此時(shí)機(jī)械臂縮回至二分之一位置，然后順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度后重復(fù)上述動(dòng)作，如果仍未檢測(cè)到油管，則再次縮回至二分之一位置并逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度繼續(xù)尋找油管，直到抓住油管。當(dāng)機(jī)械手抓住油管后，司鉆踩下腳踏開關(guān)的工作鍵，機(jī)械臂開始縮回，并根據(jù)VB302的值來進(jìn)行順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，油管擺放規(guī)則是左邊一根，右邊一根，如此往復(fù)。旋轉(zhuǎn)角度是通過指針VD310來從坐標(biāo)數(shù)組中取出。當(dāng)旋轉(zhuǎn)到位后，機(jī)械臂按照指針VD314的值進(jìn)行伸出，伸出到位等待油管落地后，司鉆再次踩下腳踏開關(guān)的工作鍵，機(jī)械手張開，機(jī)械臂縮回并轉(zhuǎn)回井口位置，油管計(jì)數(shù)寄存器VB300加1，等待下一次操作。
[0039]下鉆:首先當(dāng)司機(jī)踩下腳踏開關(guān)的工作鍵后，機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)到VD318或VD326位置，然后伸出到VD322或VD330位置，等待油管。當(dāng)油管被提起后沿著軌道自動(dòng)滑落到機(jī)械手中后，機(jī)械手檢測(cè)到油管后機(jī)械手閉合，機(jī)械臂縮回并旋轉(zhuǎn)到正對(duì)井口的位置，然后根據(jù)VD304的值機(jī)械臂伸出將油管推送到井口，當(dāng)對(duì)扣完畢后即可松開油管并縮回到初始位置，等待下一次操作。
[0040]該發(fā)明的修井作業(yè)起下鉆控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化起鉆與下鉆，有效降低了工人的工作強(qiáng)度和危險(xiǎn)性。
[0041]本發(fā)明不局限于上述【具體實(shí)施方式】，一切基于本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思，所作出的結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.修井作業(yè)起下鉆控制系統(tǒng)，其特征在于:包括設(shè)置于油井處的機(jī)械臂，所述機(jī)械臂連接伺服電機(jī)，所述機(jī)械臂還連接PLC控制器，所述機(jī)械臂上設(shè)有用于檢測(cè)油管位置的傳感器； 還包括用于控制所述機(jī)械臂動(dòng)作的腳踏開關(guān)； 所述PLC控制器包括 用于控制所述機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)控制開關(guān)VB 3 O 2、油管擺放時(shí)旋轉(zhuǎn)參數(shù)指針VD310以及油管擺放時(shí)伸出參數(shù)指針VD314 ； 用于起鉆計(jì)數(shù)的油管擺放計(jì)數(shù)器VB300 ; 在下鉆時(shí)用于控制所述機(jī)械臂轉(zhuǎn)向的下鉆定點(diǎn)取管順時(shí)針旋轉(zhuǎn)參數(shù)VD318和下鉆定點(diǎn)取管逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)參數(shù)VD326，以及下鉆定點(diǎn)取管順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)械臂伸出長(zhǎng)度參數(shù)VD322和下鉆定點(diǎn)取管逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)械臂伸出長(zhǎng)度參數(shù)VD330 ； 用于控制下鉆時(shí)所述機(jī)械臂動(dòng)作位置的井口中心距離VD304。
2.如權(quán)利要求1所述的修井作業(yè)起下鉆控制系統(tǒng)，其特征在于:所述PLC控制器通過采集所述伺服電機(jī)的編碼器的值實(shí)現(xiàn)對(duì)所述機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)角度和伸縮長(zhǎng)度的閉環(huán)控制。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種修井作業(yè)起下鉆控制系統(tǒng)，包括設(shè)置于油井處的機(jī)械臂，機(jī)械臂連接伺服電機(jī)，還連接PLC控制器，機(jī)械臂上設(shè)有傳感器；還包括腳踏開關(guān)；PLC控制器包括用于控制機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)控制開關(guān)、油管擺放時(shí)旋轉(zhuǎn)參數(shù)指針以及油管擺放時(shí)伸出參數(shù)指針；用于起鉆計(jì)數(shù)的油管擺放計(jì)數(shù)器；在下鉆時(shí)用于控制機(jī)械臂轉(zhuǎn)向的下鉆定點(diǎn)取管順時(shí)針旋轉(zhuǎn)參數(shù)和下鉆定點(diǎn)取管逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)參數(shù)，以及下鉆定點(diǎn)取管順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)械臂伸出長(zhǎng)度參數(shù)和下鉆定點(diǎn)取管逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)械臂伸出長(zhǎng)度參數(shù)；用于控制下鉆時(shí)機(jī)械臂動(dòng)作位置的井口中心距離。該發(fā)明自動(dòng)化程度高，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化起鉆與下鉆，有效降低了工人的工作強(qiáng)度和危險(xiǎn)性。
【IPC分類】E21B44-00
【公開號(hào)】CN104806227
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510252912
【發(fā)明人】王吉林
【申請(qǐng)人】王吉林
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年5月18日