[發明專利]鉆桿直度自動檢測矯直狀態監測與故障診斷系統

無效

• 申請號: 200810034294.4
• 申請日: 2008-03-06
• 公開（公告）號: CN101241003A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發明（設計）人: 許黎明;魏臣雋;胡德金;時輪;潘拯
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01B21/24
• 分類號: G01B21/24;G01M19/00;B21D3/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及一種檢測技術領域的狀態監測與故障診斷系統，具體是一種鉆桿直度自動檢測矯直狀態監測與故障診斷系統。

背景技術

油氣井鉆桿是用于石油天然氣鉆探開采的重要工具。石油工業專用無縫鋼管——油井管包括鉆柱構件(鉆桿、鉆鋌等)和套管、油管。石油勘探開發的鉆井作業必須使用鉆桿和鉆鋌，固井必須使用套管，采油必須使用油管。在油氣鉆探過程中，鉆桿要承受巨大的軸向壓力和扭矩，且要求鉆探深度達到數千米，這對于鉆桿的直度提出了很高的要求。鉆桿是一種非等直徑無縫鋼管，兩頭經加厚工藝形成加厚端，熱處理完成后通過避讓加厚端辦法對管身進行斜輥矯直。斜輥矯直效率高且矯直效果好，但難以保證管端附近的直度。這樣就在斜輥矯直后補充壓力矯直工藝針對管端矯直。

然而，大型鋼管生產現場環境復雜，且一般要求24小時不停機，經常出現如機械設備卡死、過度磨損等情況；電氣設備出現過熱、信號受干擾等情況；而操作人員也會因疲勞和環境影響而誤操作。一旦發生故障而停工，就意味著巨大的經濟損失，甚至有可能威脅人員安全。所以，對鉆桿直度檢測矯直過程進行狀態檢測和故障診斷已成為一項重要的技術。現有的設備維護都是在出現故障以后搶修，或是在并不了解設備狀況的時候憑經驗采取一些維護措施。顯然這樣的維護已經不能滿足現代生產的要求。

經對現有技術的文獻檢索發現，中國臺灣專利(專利號TW338102-A)介紹了一種軸類零件自動檢測矯直系統。此系統包括檢測機構、進給機構、矯直機構、物料收集機構以及帶有自學習功能的軟件等部分。它可以自動檢測軸件的直度誤差并在線矯直，矯直參數采用自學習的方法獲得并用電機控制進給。此專利矯直對象是軸件，矯直機構是電機驅動。此專利介紹了矯直的方法和裝置，其維護系統方法簡單，無法適應大批量、大型鉆桿生產的要求。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種鉆桿直度自動檢測矯直狀態監測與故障診斷系統，使其具備狀態故障自診斷和預警、報警功能，對系統工作的可靠、安全運行提供實時保障，并對故障的發現和恢復提供快速響應，以求最大程度地減少設備故障發生的幾率及其導致的損失。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括如下四個模塊：設備故障診斷模塊、檢測異常處理模塊、矯直失控預防模塊、系統狀態監視模塊。設備在待機狀態以及手動運行過程中，設備故障診斷模塊開始運行，對整個鉆桿直度自動檢測矯直裝置進行診斷，并把結果發送到系統狀態監視模塊，如此循環執行。檢測異常處理模塊在鉆桿的直度檢測過程中，對檢測的數據和時間進行分析和處理，保證檢測數據的正確和檢測結果的有效。矯直失控預防模塊在鉆桿矯直的過程中，為防止矯直的失控，對液壓系統的壓力和矯直行程進行控制。設備故障診斷模塊會與檢測異常處理模塊和矯直失控預防模塊并行執行，最后將信息輸出到系統狀態監視模塊，如此循環執行。系統狀態監視模塊是整個系統與操作人員進行交互的平臺，操作人員在此可監視系統的狀態。

所述的設備故障診斷模塊包括設備防干涉子模塊和設備動作互鎖子模塊。設備防干涉子模塊主要用于防止機械上的干涉碰撞損壞設備。設備動作互鎖子模塊是在控制程序中對設備的動作指令進行互鎖，避免操作人員的誤操作導致設備以及鉆桿的損壞。這兩個子模塊都是基于對傳感器信號的識別，不同的是設備防干涉子模塊檢測的是位移信號，要通過模擬/數字轉換后傳遞到控制器；而設備動作互鎖子模塊檢測的是直接的邏輯信號，一個動作的執行往往要求多個動作的互鎖，關系比較復雜。

所述的檢測異常處理模塊包括數據異常處理子模塊和時間異常處理子模塊。生產現場環境復雜，直度的檢測數據容易受噪聲干擾，檢測架的剛性和調整都對檢測數據有影響。異常處理子模塊對檢測數據進行去尖峰處理、平滑濾波處理和消除趨勢項處理，得到比較理想的檢測數據。若處理后數據仍然不理想，模塊將通知系統狀態監視模塊進行報警。時間異常處理子模塊對檢測時間進行限制和監測，如檢測超時則可能出現通訊故障或其他錯誤，模塊將進一步分析并通知系統狀態監視模塊。這兩個子模塊并行運行。

所述的矯直失控預防模塊包括傳感器信號自檢子模塊、矯直壓力控制子模塊以及矯直行程控制子模塊。壓力矯直過程中矯直液壓缸壓力很大，而矯直液壓缸的行程很短，所以必須對矯直過程進行嚴格的監控，以免損壞設備和鉆桿。傳感器信號自檢子模塊將對矯直傳感器(主要是矯直壓力傳感器和矯直位移傳感器)的信號進行實時的監測，若發現異常則報警。矯直壓力控制子模塊是在矯直的過程中對矯直壓力進行限制，而矯直行程控制子模塊是對矯直行程控制。前者主要保護設備，后者主要保護鉆桿，兩者并行運行。