[發(fā)明專利]基于頂部驅(qū)動裝置的上卸扣系統(tǒng)及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910322605.5
• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN111827905B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王博;楚飛;高瀚;雷宇;謝宏峰;齊建雄;王洋紳;程騰飛;于川
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油天然氣集團(tuán)有限公司;中國石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院有限公司;北京石油機械有限公司
• 主分類號: E21B19/16
• 分類號: E21B19/16
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 王天堯;任默聞

1.一種基于頂部驅(qū)動裝置的上卸扣系統(tǒng)，其特征在于，包括：絞車(1)、頂部驅(qū)動裝置(2)、井口大鉗(3)和控制設(shè)備(8)；所述頂部驅(qū)動裝置(2)包括：平衡系統(tǒng)(2-1)、頂驅(qū)主軸(2-4)、液動卡瓦(2-6)、背鉗(2-7)、電機(2-8)、傾斜油缸伸出長度傳感器(2-11)；

其中，所述液動卡瓦(2-6)用于抓取立根；

平衡系統(tǒng)(2-1)，用于上卸扣系統(tǒng)執(zhí)行上扣或卸扣操作的情況下，下放或上提所述頂部驅(qū)動裝置(2)以補償螺紋旋入或旋出的長度；

所述電機(2-8)用于驅(qū)動所述頂驅(qū)主軸(2-4)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)旋扣以連接或斷開立根上端與所述頂驅(qū)主軸(2-4)之間的螺紋；所述背鉗(2-7)用于在所述頂驅(qū)主軸(2-4)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)旋扣時卡緊鉆柱；

所述井口大鉗(3)用于連接或斷開立根下端與鉆柱上端之間的螺紋；

所述絞車(1)上安裝有絞車傳感器(1-1)，用于檢測所述絞車(1)下放或上提所述頂部驅(qū)動裝置(2)的位置信息，并反饋至所述控制設(shè)備(8)；

所述控制設(shè)備(8)用于根據(jù)所述頂部驅(qū)動裝置(2)的位置信息，控制所述液動卡瓦(2-6)、所述電機(2-8)、所述背鉗(2-7)和所述井口大鉗(3)執(zhí)行相應(yīng)的功能以實現(xiàn)上扣或卸扣操作；

傾斜油缸伸出長度傳感器(2-11)，用于在所述液動卡瓦(2-6)抓取鉆桿時檢測傾斜油缸伸出長度，并根據(jù)傾斜油缸伸出長度確定鉆桿是否回到中心位置；

其中，所述控制設(shè)備(8)還用于在鉆桿沒有回到中心位置的情況下，控制鉆桿回到中心位置；以及在鉆桿中心位置的情況下，控制所述絞車(1)下放所述頂部驅(qū)動裝置(2)；

利用所述上卸扣系統(tǒng)進(jìn)行卸扣的過程包括：

起下鉆模式下，當(dāng)頂部驅(qū)動裝置(2)下放鉆柱至接近鉆臺面時，絞車傳感器(1-1)觸發(fā)，頂部驅(qū)動裝置(2)停止向下移動，操作界面彈出是否卸扣指令；

如果司鉆選擇否，上卸扣系統(tǒng)等待進(jìn)一步指令；

如果司鉆選擇是，上卸扣系統(tǒng)自動啟動液動卡瓦(2-6)，將鉆柱鎖緊在鉆臺面；同時，操作界面彈出選擇鉆桿/套管尺寸；由司鉆選擇鉆桿尺寸，上卸扣系統(tǒng)計算卸扣扭矩及沖扣扭矩的加載策略，顯示在操作界面上，并詢問是否繼續(xù)；

如果司鉆選擇否，上卸扣系統(tǒng)等待進(jìn)一步指令；

如果司鉆選擇是，上卸扣系統(tǒng)自動啟動背鉗(2-7)卡緊鉆柱，頂驅(qū)主軸(2-4)按照計算的加載策略增加反扭矩沖扣，上卸扣系統(tǒng)根據(jù)扭矩變化檢測到?jīng)_扣完成后，自動切換到旋扣模式，以卸扣扭矩快速旋扣，并控制平衡系統(tǒng)(2-1)，按照螺紋導(dǎo)程和旋轉(zhuǎn)角度之間的計算值上提頂部驅(qū)動裝置(2)；當(dāng)螺紋完全旋開后，頂部驅(qū)動裝置(2)在平衡系統(tǒng)(2-1)的作用下上跳，使頂驅(qū)主軸(2-4)和鉆桿完全脫離；

第一次卸扣在人工干預(yù)設(shè)定參數(shù)完成后，當(dāng)再次進(jìn)行卸扣時，上卸扣系統(tǒng)按照設(shè)定的參數(shù)和上述卸扣流程完成卸扣操作；

利用所述上卸扣系統(tǒng)進(jìn)行上扣的過程包括：

起下鉆模式下，在卸扣完成后，頂部驅(qū)動裝置(2)停止運動，并彈出是否上扣指令；

如果司鉆選擇否，上卸扣系統(tǒng)等待進(jìn)一步指令；

如果司鉆選擇是，頂部驅(qū)動裝置(2)運動到井架上部，上卸扣系統(tǒng)通過絞車傳感器(1-1)傳送的數(shù)據(jù)判斷出頂部驅(qū)動裝置(2)到達(dá)設(shè)定位置，頂部驅(qū)動裝置(2)停止向上運動，吊環(huán)傾斜，自動打開液動卡瓦(2-6)，接收由二層臺機械手送過來的立根/單根，鎖緊液動卡瓦(2-6)后，上卸扣系統(tǒng)控制吊環(huán)向頂驅(qū)主軸(2-4)運動，上卸扣系統(tǒng)通過傾斜油缸伸出長度傳感器(2-11)回傳的數(shù)據(jù)判斷立根/單根回到中心位置后，絞車(1)自動啟動下放，當(dāng)自動化井口大鉗(3)內(nèi)部安裝的對扣傳感器檢測到立根下端對扣后，操作界面彈出選擇鉆桿尺寸命令，司鉆輸入鉆桿/套管尺寸，其中，上卸扣系統(tǒng)默認(rèn)尺寸為上次卸扣尺寸；上卸扣系統(tǒng)自動計算上扣扭矩及扭矩加載策略，顯示在操作界面，并詢問是否繼續(xù)；

如果司鉆選擇否，上卸扣系統(tǒng)等待進(jìn)一步指令；

如果司鉆選擇是，上卸扣系統(tǒng)啟動自動化井口大鉗(3)上扣，同時，平衡系統(tǒng)(2-1)自動補償上扣螺紋旋入的長度，上扣完成后，頂部驅(qū)動裝置(2)繼續(xù)下行，立根在導(dǎo)向套的作用下完成與頂驅(qū)主軸(2-4)的對扣，頂部驅(qū)動裝置(2)及井口大鉗(3)內(nèi)部安裝的對扣傳感器檢測到動作無誤后，上卸扣系統(tǒng)啟動背鉗(2-7)卡緊，頂驅(qū)主軸(2-4)按照加載策略加載，同時平衡系統(tǒng)(2-1)啟動，自動補償螺紋旋入的長度；當(dāng)上卸扣檢測到上扣扭矩達(dá)到預(yù)定值時，液動卡瓦(2-6)松開，上扣完成；

當(dāng)?shù)谝淮紊峡墼谌斯ぴO(shè)定參數(shù)完成后，當(dāng)再次上扣時，上卸扣系統(tǒng)據(jù)設(shè)定參數(shù)，按照上述上扣流程完成上扣操作。