[發明專利]一種司鉆控制裝置、系統及方法

有效

• 申請號: 201210313095.3
• 申請日: 2012-08-29
• 公開（公告）號: CN102797452A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 劉輝榮;付如愿;易偉民;尚敬;胡家喜;劉海濤;韓志成;王煉;劉浩平;鄭暉;王成東
• 申請（專利權）人: 南車株洲電力機車研究所有限公司
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王寶筠

技術領域

本發明涉及石油鉆采設備領域，更具體的說，是涉及一種司鉆控制裝置、系統及方法。

背景技術

隨著電力電子技術的發展，特別是大規模集成電路和計算機控制的出現，高性能交流調速系統應運而生，石油鉆機變頻器已成為發展趨勢，現在已大量應用到石油鉆井平臺上。而在石油鉆井現場，對石油鉆機變頻器的控制以及和主站PLC進行通訊則是通過司鉆控制裝置來完成的。

現有的技術中主要有三種司鉆控制裝置，一種裝置是采用隔爆型無冗余防爆技術，采用PLC的遠程IO對相關的控制信號采集和處理，同時顯示相關轉速、電流信號的裝置。但是這種裝置無冗余，在鉆井要求精度高的情況下，不具有非常高的可靠性，同時隔爆型在裝置發生漏氣等故障時，不具有智能指示功能，因此不具有防爆功能。另外一種裝置是采用冗余IO對相關信號進行采集和處理。但是這種裝置不具有防爆功能，容易造成安全風險。第三種裝置是采用隔爆型，PLC遠程IO與模擬量硬線控制的冗余裝置。但是這種裝置要求具有兩套操作面板按鈕及顯示儀表，操作面板的體積過大。

在進行石油鉆井的過程中，操作人員操作司鉆控制裝置操作面板上的操作按鈕控制鉆井過程，同時觀察司鉆控制裝置操作面板上儀表顯示的各項數值控制鉆具的下放速度，以及調節鉆壓的大小。

由此可見，上述三種司鉆控制裝置在鉆井的過程中不能同時具備防爆與冗余功能，其安全性低、可靠性小，同時在鉆井的過程中增加了操作人員的工作負擔因此降低了鉆井的工作效率。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種司鉆控制裝置、系統及方法，以克服現有技術中的司鉆控制裝置安全性低、可靠性小，鉆井工作效率低的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種司鉆控制裝置，用于控制石油鉆機變頻器，包括：

正壓防爆模塊，用于將進入所述司鉆控制裝置中的油汽分離，以及實時探測并控制顯示所述司鉆控制裝置的內外壓力差，并輸出給鉆井操作裝置；

數據采集模塊，用于采集所述鉆井操作過程中的數字和/或模擬信號；

手輪調速器信號接收模塊，用于接收所述鉆井上的手輪調速器的信號并輸出給數據采集模塊；

腳踏調速器信號接收模塊，用于接收所述鉆井上的腳踏調速器的信號并輸出給數據采集模塊；

冗余通信模塊，用于對從所述數據采集模塊接收到的所述數字和/或模擬信號進行冗余處理并且進行冗余通信，以及通過現場總線（profibus-dp）協議對石油鉆機變頻器內信號進行實時采集和現實輸出；

顯示模塊，用于實時接收所述冗余通信模塊冗余處理后的各類信號并顯示；

電源及浪涌保護模塊，與所述正壓防爆模塊、所述冗余通信模塊、所述數據采集模塊、所述顯示模塊、所述手輪調速器信號接收模塊和所述腳踏調速器信號接收模塊連接，用于提供工作電源，抑制所述司鉆控制裝置外部所產生的浪涌；

承載所述正壓防爆模塊、所述冗余通信模塊、所述數據采集模塊、所述顯示模塊、所述電源及浪涌保護模塊、所述手輪調速器信號接收模塊和所述腳踏調速器信號接收模塊的防爆殼體，所述防爆殼體正面板上設置有儀表顯示面板和操作按鈕，用于顯示鉆井內的各項安全系數和進行操作控制。

優選的，上述司鉆控制裝置，還包括：橡膠密封墊圈，所述橡膠密封墊圈分別設置于儀表顯示面板、操作按鈕、裝置門與所述防爆殼體正面板的連接處。

優選的，上述司鉆控制裝置，所述正壓防爆模塊包括：

防爆氣體入口，用于引入鉆井平臺1兆帕（Mpa）的氣體；

油氣分離裝置，用于分離由防爆氣體入口進入的氣體中的可燃油，并且調節顯示內部氣體的壓力大?。?/p>

泊液出口，用于將油氣分離裝置分離出的油液導出所述司鉆控制裝置；

壓力開關，用于實時探測所述司鉆控制裝置的內外壓力差并控制所述儀表顯示面板上的失壓指示燈顯示壓差。

優選的，上述司鉆控制裝置，所述電源及浪涌保護系統包括：

微型斷路器，用于為所述司鉆控制裝置提供過載、過壓和/或短路保護；

電涌保護器，用于抑制所述司鉆控制裝置外部所產生的浪涌；

變壓器，用于將交流（AC）220伏（V）電壓轉換為直流（DC）24V電壓，通過電源保護器向所述正壓防爆模塊、所述冗余通信模塊、所述數據采集模塊及所述顯示模塊提供工作電源；

電源板，用于輸出DC10V電壓，為手輪調速器信號接收模塊及腳踏調速器信號接收模塊提供電源。

優選的，上述司鉆控制裝置，所述數據采集模塊包括：