用于控制安裝在鉆機(jī)上的絞盤轉(zhuǎn)輪的制動(dòng)器的裝置及控制該裝置的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及控制用于鉆機(jī)的制動(dòng)器的裝置與方法，并且涉及實(shí)施這種裝置的自動(dòng)鉆井系統(tǒng)。
[0002]本發(fā)明更具體地涉及“旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)”類型和/或“頂部驅(qū)動(dòng)”類型的石油鉆井的領(lǐng)域?！靶D(zhuǎn)工作臺(tái)”系統(tǒng)通常包括穿過旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)并且連接至鉆管柱或“鉆柱”的注射機(jī)頭、牽引桿或者方鉆桿，并且，在鉆柱的端部，包括有切入地面的鉆具或“鉆頭”。因此，方鉆桿和鉆柱以及位于鉆柱末端的鉆具都憑借旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)以及憑借位于工作臺(tái)的鉆柱的角截面而旋轉(zhuǎn)，或者，如果工作臺(tái)不構(gòu)成用于使鉆井機(jī)器旋轉(zhuǎn)的裝置，則憑借注射機(jī)頭也足以驅(qū)動(dòng)鉆柱。本發(fā)明還可以應(yīng)用于地?zé)徙@井領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003]在鉆機(jī)上，鉆柱(在該鉆柱的底端設(shè)置有鉆具)掛在鉆鉤上，該鉆柱的運(yùn)動(dòng)由鉆井牽引件或絞盤來(lái)進(jìn)行控制。鉆井牽引件包括用于防止線纜不合時(shí)宜地從牽引件上松開的制動(dòng)器。操作者或“鉆工”利用被稱為“制動(dòng)器控制器”的裝置來(lái)控制負(fù)載或鉆具降入到鉆孔或“井”里。因此，制動(dòng)器控制器能夠控制鉆鉤的速度和減速，以自由地達(dá)到使鉆鉤停止移動(dòng)的程度。
[0004]對(duì)于大多數(shù)的鉆機(jī)，上述制動(dòng)器為具有帶的機(jī)械制動(dòng)器。這種制動(dòng)器兩個(gè)金屬帶組成，所述金屬帶裝備有通過平頭或“埋頭”銅螺栓或鋁螺栓來(lái)緊固的內(nèi)層。這些帶由平衡桿連接在一起，該平衡桿也分配兩個(gè)帶之間的制動(dòng)力，從而減少制動(dòng)蹄或“制動(dòng)片”的磨損。每個(gè)帶纏繞著強(qiáng)制與轉(zhuǎn)輪一起旋轉(zhuǎn)的各個(gè)輪緣。每個(gè)帶的一端固定，而另一端憑借凸輪組和連桿連接至鉸接桿(制動(dòng)器控制)，從而能夠降低待施加于制動(dòng)器控制器的端部的力。
[0005]對(duì)于其他的鉆機(jī)，制動(dòng)器為盤式制動(dòng)器。在這種情況下，制動(dòng)器的控制以操縱桿的形式實(shí)現(xiàn)。
[0006]無(wú)論其通過使用鉸接桿或“制動(dòng)器桿”的形式的制動(dòng)器控制，還是盤式制動(dòng)器形式的制動(dòng)器控制，由鉆工對(duì)制動(dòng)器控制器的手動(dòng)控制都會(huì)導(dǎo)致缺少對(duì)制動(dòng)器控制執(zhí)行的精確度，這會(huì)導(dǎo)致鉆井過程的低效率，并且還會(huì)導(dǎo)致鉆具的過早磨損。鉆工的失誤會(huì)導(dǎo)致鉆具的損壞，或者導(dǎo)致鉆井的損失。
[0007]由于地表結(jié)構(gòu)隨著任何給定的鉆井階段而變化，因此對(duì)制動(dòng)器控制的手動(dòng)控制需要持續(xù)的注意力，例如，這構(gòu)成了由于人為因素而導(dǎo)致的安全問題。因此，本發(fā)明的目的在于提出用于使制動(dòng)器控制自動(dòng)化的裝置與系統(tǒng)以及方法。
[0008]文獻(xiàn)US4，187，546公開了一種轉(zhuǎn)盤制動(dòng)器，該鼓式制動(dòng)器包括主制動(dòng)器，該主制動(dòng)器的功能為控制牽引件的行進(jìn)滑塊的速度和減速度，并且使該行進(jìn)滑塊停止移動(dòng)。上述主制動(dòng)器為可以憑借制動(dòng)器控制而手動(dòng)地驅(qū)動(dòng)的鼓式制動(dòng)器。此外，上述文獻(xiàn)公開了一種促使鼓式制動(dòng)器返回到制動(dòng)位置的復(fù)位彈簧。上述文獻(xiàn)描述了可以手動(dòng)地松開彈簧，以松開制動(dòng)器。其公開了可以將杠桿連接至包括有氣缸(該氣缸設(shè)置有活塞)的制動(dòng)器執(zhí)行器。將流體噴射進(jìn)氣缸使得活塞移動(dòng)，從而使得制動(dòng)器控制器移動(dòng)以調(diào)節(jié)制動(dòng)器上的力。由活塞施加在制動(dòng)器控制器上的力必須超過彈簧的回程力。通過將氣缸中所包含的流體排空至大氣中而發(fā)生緊急制動(dòng)，從而使得活塞降落至汽缸，并且然后通過復(fù)位彈簧而促使制動(dòng)器控制器返回。應(yīng)當(dāng)注意的是，這種將氣缸中所包含的流體排空會(huì)帶來(lái)污染的風(fēng)險(xiǎn)，并且會(huì)造成中毒。
[0009]文獻(xiàn)EP0694114也公開了一種為帶式制動(dòng)器(S卩pr1ri)的主制動(dòng)器，該主制動(dòng)器可以通過制動(dòng)器控制器可以手動(dòng)地執(zhí)行。上述文獻(xiàn)公開了附加的復(fù)位彈簧，所述復(fù)位彈簧促使帶式制動(dòng)器返回至制動(dòng)位置，并且可以被手動(dòng)地松開，用于釋放制動(dòng)器。杠桿可以連接至制動(dòng)器執(zhí)行器總成。更精確地，該制動(dòng)器執(zhí)行器總成包括舉升單元，舉升單元連接至舉升線路或線纜，用于在制動(dòng)器控制器的端部進(jìn)行拖拽，以調(diào)節(jié)制動(dòng)器上的力。因此，舉升單元的功能在于對(duì)抗彈簧的回程力，并且從而使得鉆井牽引件下降。為了這個(gè)目的，由舉升單元施加在制動(dòng)器控制器上的力必須超過由彈簧施加在制動(dòng)器控制器上的回程力。
[0010]這種制動(dòng)裝置的第一個(gè)缺點(diǎn)在于:它們的反應(yīng)特性難以適應(yīng)許多地表變化(這些變化可能需要非?？焖俚姆磻?yīng))，例如，當(dāng)鉆通鉆孔中的流體的匯流處或侵入處時(shí)，需要幾乎瞬時(shí)的停頓。此外，如果彈簧毀壞，則鉆鉤及其負(fù)載在未進(jìn)行制動(dòng)的情況下下降，會(huì)發(fā)生災(zāi)難。
[0011]這種裝置的另一個(gè)缺點(diǎn)在于:附加的彈簧被規(guī)定尺寸為施加足以經(jīng)受住當(dāng)鉆井位于其盡可能最低的位置時(shí)所出現(xiàn)的最大重量的回程力。這意味著用于抵抗上述回程力和用于使制動(dòng)器下降的最大力在鉆井開始的時(shí)候出現(xiàn)。那就意味著在鉆井的最初階段，力非常大。鉆孔和鉆井變得越深，釋放制動(dòng)器所需的力越小。對(duì)于非常深入的鉆井，會(huì)帶來(lái)安全問題。
[0012]這種裝置的另一個(gè)缺點(diǎn)在于:這類裝置需要制動(dòng)器控制器裝備有多個(gè)儀器。不幸的是，鉆工的控制室通常是一個(gè)非常有限的空間。因此，本發(fā)明的目的在于提出一種比現(xiàn)有技術(shù)裝置更緊湊的裝置。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種在制動(dòng)期間(更具體而言，在緊急制動(dòng)期間)更快、更精確且更安全的制動(dòng)器執(zhí)行裝置。
[0013]本發(fā)明的另一個(gè)需要解決的問題的目的在于安裝一種當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)管理員使用起來(lái)較易懂的裝置，即，不需要現(xiàn)場(chǎng)管理員學(xué)習(xí)那么多關(guān)于裝置如何工作的知識(shí)。本發(fā)明的另一個(gè)需要解決的問題的目標(biāo)在于提出一種布置為與鉆工協(xié)同工作的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明通過提供一種用于控制裝備有鉆機(jī)的牽引件轉(zhuǎn)輪的制動(dòng)器的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)中的至少一個(gè)，所述鉆機(jī)操作鉆孔中的鉆具，所述裝置包括具有第一端和第二端的制動(dòng)器桿，所述第一端機(jī)械地連接至設(shè)計(jì)為作用于所述轉(zhuǎn)輪的制動(dòng)器帶，所述第二端設(shè)置有第一制動(dòng)器控制手柄。制動(dòng)器桿可以實(shí)現(xiàn)為鉸接桿的形式。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，所述裝置進(jìn)一步包括執(zhí)行裝置和第二制動(dòng)器控制手柄，所述執(zhí)行裝置配置成受控的并且布置為機(jī)械地作用于所述制動(dòng)器桿上，所述第二制動(dòng)器控制手柄布置為對(duì)所述執(zhí)行裝置進(jìn)行私伺服控制。
[0016]短語(yǔ)“機(jī)械地作用于制動(dòng)器桿上”用來(lái)描述沿著對(duì)應(yīng)于用來(lái)對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行制動(dòng)的制動(dòng)器帶的方向，主動(dòng)地而非被動(dòng)地作用于制動(dòng)器桿上。因此，由制動(dòng)器控制裝置施加在制動(dòng)器桿上的機(jī)械作用的特性不同于由彈簧施加的機(jī)械作用的特性。由彈簧施加在制動(dòng)器桿上的機(jī)械作用是被動(dòng)的，因?yàn)槠鋬H僅取決于彈簧的伸長(zhǎng)率和強(qiáng)度。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，由制動(dòng)器控制裝置施加的機(jī)械作用是主動(dòng)的。
[0018]因此，執(zhí)行裝置布置為主動(dòng)地作用于制動(dòng)器桿上，從而至少使得制動(dòng)器帶部分地阻止轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，執(zhí)行裝置布置為主動(dòng)地作用于制動(dòng)器桿上，從而至少使得制動(dòng)器帶完全地或部分地阻止轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)。
[0019]優(yōu)選地，執(zhí)行裝置布置為主動(dòng)地作用于制動(dòng)器桿上，以使得制動(dòng)器帶部分地阻止和/或允許轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，執(zhí)行裝置布置為主動(dòng)地作用于制動(dòng)器桿上，以使得制動(dòng)器帶完全地或者部分地阻止和/或允許轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)。
[0020]執(zhí)行裝置配置成被控制為至少沿著對(duì)應(yīng)于用來(lái)對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行制動(dòng)的制動(dòng)器帶的方向而作用于制動(dòng)器桿上。因此，由制動(dòng)器控制裝置施加在制動(dòng)器桿上的機(jī)械作用的特性不同于由彈簧施加的機(jī)械作用的特性。由彈簧施加在制動(dòng)器桿上的機(jī)械作用是不受控制的，因?yàn)槠鋬H僅取決于彈簧的伸長(zhǎng)率和強(qiáng)度。
[0021]執(zhí)行裝置控制為根據(jù)指令而作用于制動(dòng)器桿上，從而至少使得制動(dòng)器帶部分地阻止轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，執(zhí)行裝置布置為根據(jù)指令而作用于制動(dòng)器桿上，從而至少使得制動(dòng)器帶完全地或部分地阻止轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)。
[0022]優(yōu)選地，執(zhí)行裝置布置為根據(jù)指令而作用于制動(dòng)器桿上，從而使得制動(dòng)器帶完全地或部分地阻止和/或允許轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)。更優(yōu)選地，執(zhí)行裝置布置為根據(jù)指令而作用于制動(dòng)器桿上，從而使得制動(dòng)器帶完全地或部分地阻止和/或允許轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)。
[0023]優(yōu)選地，執(zhí)行裝置布置為以對(duì)稱的方式作用于制動(dòng)器桿上，S卩，它們適用于傳送沿著制動(dòng)器帶制動(dòng)的制動(dòng)方向的一個(gè)作用和沿著制動(dòng)器帶松開的松開方向的另一對(duì)稱作用。
[0024]因此，執(zhí)行裝置實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)器控制裝置的自動(dòng)控制。因此，執(zhí)行裝置實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)器桿的自動(dòng)控制。第二控制手柄可以是敏感性的，即所述第二控制手柄可以設(shè)置有敏感性傳感器。作為選擇或者此外，該控制裝置可以設(shè)置有應(yīng)變傳感器，該應(yīng)變傳感器用于檢測(cè)第二控制手柄上的應(yīng)變。所述應(yīng)變傳感器可以由諸如應(yīng)變儀來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0025]有利地，控制裝置可以