[實(shí)用新型]一種監(jiān)測頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置吊環(huán)狀態(tài)的系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420771221.4
• 申請日: 2014-12-09
• 公開（公告）號: CN204532327U
• 公開（公告）日: 2015-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄒連陽;齊建雄;徐文;馬瑞;劉新立;王博;王昆鵬;張堯;譚哲;孫明寰;謝海歡;李兵;路民
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油天然氣集團(tuán)公司;中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院;北京石油機(jī)械廠
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 湯在彥

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型關(guān)于石油天然氣鉆井技術(shù)領(lǐng)域，特別是關(guān)于頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的監(jiān)測技術(shù)，具體的講是一種監(jiān)測頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置吊環(huán)狀態(tài)的系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前，頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置(簡稱頂驅(qū)裝置或稱頂驅(qū))已逐漸取代了傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)盤鉆井方式，成為集機(jī)電液于一體、操作便捷、安全高效的新型石油鉆井裝備。

頂驅(qū)液壓系統(tǒng)是頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的重要組成部分，其包括主體重量平衡、上卸扣、背鉗夾緊與松開、吊環(huán)傾斜與浮動(dòng)、回轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)與鎖緊、IBOP打開與關(guān)閉、主電機(jī)制動(dòng)與松開等在內(nèi)的操作功能，均由液壓傳動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)。在接收到電氣系統(tǒng)的控制指令時(shí)，作為液壓系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的液壓缸、液壓馬達(dá)將液體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，帶動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)完成各種動(dòng)作。

由此可見，頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置執(zhí)行液壓動(dòng)作的過程是集合了機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣控制、液壓系統(tǒng)于一體的復(fù)雜過程，對于液壓動(dòng)作執(zhí)行期間現(xiàn)場設(shè)備和人員的安全性問題不容忽視。譬如，當(dāng)司鉆上提游車時(shí)，若頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的吊環(huán)處于傾斜狀態(tài)，伸出的吊環(huán)有可能撞擊二層臺或安裝在井架上的其它設(shè)備，甚至危及人身安全。因此，井場操作規(guī)范中規(guī)定“上提頂驅(qū)時(shí)吊環(huán)必須處于浮動(dòng)狀態(tài)”。又如，當(dāng)鉆進(jìn)過程下放到接近鉆臺面時(shí)，司鉆一般會(huì)將頂驅(qū)吊環(huán)傾斜到最大角度再繼續(xù)下放游車，以延長每根鉆桿的有效進(jìn)尺，這種情況下，若頂驅(qū)吊環(huán)仍處于浮動(dòng)狀態(tài)而沒有伸出，則有可能撞擊鉆臺面。再如，當(dāng)頂驅(qū)吊環(huán)處于傾斜狀態(tài)時(shí)，若司鉆通過旋轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)頭以調(diào)整吊卡抓取鉆具的角度，則同樣存在撞擊二層臺和傷及人身的安全隱患。

現(xiàn)有技術(shù)中解決上述問題的做法主要包括如下幾類：

1、從人員管理角度出發(fā)，加強(qiáng)司鉆的安全意識。譬如，要求司鉆在操作設(shè)備前注意觀察周圍環(huán)境，以此避免碰撞設(shè)備或人員事故的發(fā)生。但是，操作者視覺死角、疲勞疏忽等現(xiàn)實(shí)問題仍然在所難免。因此，此類方法只能從一定程度上減少類似事故的發(fā)生而無法從本質(zhì)上解決問題。

2、從電氣控制角度出發(fā)，設(shè)置程序連鎖。譬如，前傾之后必須回中位才能后傾、不允許吊環(huán)傾斜與回轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)操作同時(shí)進(jìn)行等。雖然可以起到一定的預(yù)防作用，卻無法快速響應(yīng)和應(yīng)對復(fù)雜多變的鉆井現(xiàn)場工況，在靈活性和適用性方面不甚理想。

綜上所述，避免吊環(huán)傾斜損壞設(shè)備、碰傷人員及類似問題的現(xiàn)有解決方法，雖然在現(xiàn)場應(yīng)用中發(fā)揮了一定的積極效果，但各自存在著技術(shù)缺陷，均不能很好地解決實(shí)際問題。

實(shí)用新型內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種監(jiān)測頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置吊環(huán)狀態(tài)的系統(tǒng)，不需要對頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置本體進(jìn)行任何改造，僅通過在頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的液壓系統(tǒng)的管路上安裝流量傳感器，用來測量頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置中液壓系統(tǒng)的液壓缸內(nèi)液壓油的流量，將流量轉(zhuǎn)換為電信號傳送至PLC，后續(xù)PLC或其他設(shè)備則可以根據(jù)電信號確定出吊環(huán)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了對吊環(huán)傾斜狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

本實(shí)用新型的目的是，提供了一種監(jiān)測頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置吊環(huán)狀態(tài)的系統(tǒng)，包括設(shè)置于頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的液壓系統(tǒng)的管路上的流量傳感器，用于測量所述頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置中液壓系統(tǒng)的液壓缸內(nèi)液壓油的流量，將所述的流量轉(zhuǎn)化為電信號；一可編程邏輯控制器PLC，用于接收所述的電信號。

優(yōu)選的，所述的流量傳感器測量得到的所述頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置中液壓系統(tǒng)的液壓缸內(nèi)液壓油的流量包括：頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置中吊環(huán)傾斜的最大角度值、頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置中吊環(huán)從中位到傾斜的最大角度值時(shí)液壓系統(tǒng)的液壓缸內(nèi)液壓油的累積流量、頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置中液壓系統(tǒng)的液壓缸內(nèi)液壓油的瞬時(shí)累積流量。

優(yōu)選的，所述吊環(huán)傾斜的最大角度值包括吊環(huán)前傾的最大角度值和/或吊環(huán)后傾的最大角度值。

優(yōu)選的，所述的PLC還用于根據(jù)頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置中吊環(huán)傾斜的最大角度值、頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置中吊環(huán)從中位到傾斜的最大角度值時(shí)液壓系統(tǒng)的液壓缸內(nèi)液壓油的累積流量、頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置中液壓系統(tǒng)的液壓缸內(nèi)液壓油的瞬時(shí)累積流量確定出所述吊環(huán)的瞬時(shí)傾斜角度。

優(yōu)選的，所述PLC還用于存儲(chǔ)預(yù)先設(shè)定的吊環(huán)的安全狀態(tài)，當(dāng)確定出的吊環(huán)的瞬時(shí)傾斜角度不滿足所述的安全狀態(tài)時(shí)，輸出報(bào)警信息。

優(yōu)選的，所述的監(jiān)測頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置吊環(huán)狀態(tài)的系統(tǒng)還包括與所述的PLC遠(yuǎn)程連接的上位監(jiān)控裝置，用于根據(jù)吊環(huán)的瞬時(shí)傾斜角度以及預(yù)先存儲(chǔ)的所述頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的機(jī)械尺寸、油缸的安裝位置輸出油缸的瞬時(shí)狀態(tài)以及頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的空間位置。

優(yōu)選的，所述的監(jiān)測頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置吊環(huán)狀態(tài)的系統(tǒng)還包括司鉆控制臺，用于顯示油缸的瞬時(shí)狀態(tài)以及頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的空間位置。

優(yōu)選的，所述的流量傳感器由電磁流量計(jì)和電磁流量轉(zhuǎn)換器組成。