专利名称：双控自动送钻器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种双控自动送钻器，厲于石油钻机一一石油纖领域。
技术背景目前的石油钻机中几乎摘由人工手动控制送钻的方法进行钻井，人工送钻进行钻井存在如下问趙1、体力消耗大、易发生事故、风险因素多即在钻井 中，操作者连续长时间的枯燥站立，右手頻繁地动作剎把，眼晴还要不停的交替 注视指重表、泵压表、滚简、转盘等，耳朵还要仔细监听转盘、繊各部的运转 声音，精神高度紧张且精力分散，时间一长，很容易疲劳和麻擦，发生操作失误， 造成溜墩钻等各类亊故，其经济损失巨大。2.、送钻不均匀，机械效率低，井身 质i:差即人工送钻操作者的技术水平、责任心参差不齐，則送钻波动大、不均 句、连续性不好，钻压忽大忽小，跟压不及时，严重降低应有的机械效率和单只 钻头的^量，使钻井成本上升，而l^成的井身质i差，给以后的作业带来困 难和事故隐患。据我国出版的《石油钻^m通讯》1980年第2期、第6期中 介绍，美国等少数国家在石油钻机上個了自动送钻装置进行钻井，它不仅把司 钻从繁重的劳动中解放了出来，大大改善了工作^#，而且使送钻均匀、安全可 靠，大幅度提高了M钻速和钻头总^X数，提高權度最髙可达5(W，所钻的井 身质i好，使钻井成本大幅度降低。该自动送钻装i显示了很多优点，但由于送 钻装置自身存在缺陷和性能的不完善，严重制约了它的实用性。中国专利报道的 几种送钻器，大多采用刹车摩擦方式控制送钻，在剎车系统中铰链机构多，由于 磨损，多处存在扩度和游隙，剎带与剎车网麻擦面常有接触不均匀情况，易^ 剎车失灵，故依赖剎车系统实现自动送钻的方案精,度低，安^tt差，所有的自 动送钻，采用了钻机滚简来拖带送钻器，而送钻楊处于被动施行康iJNS制放 绳送钻。所以送钻不易均匀，易发生溜、嫩钻事故.《美国6-B型钻头自动给器》
是一套典型的依靠剎车系统进行送钻。其不足之处1、送钻器通过操作剎把来 控制剎车系统送钻，它要求剎把与钻台面成45°夹角，这样才能使送钻器处于 良好的调控状态，否则^t^失控发生溜、壤钻事故.所以每次1^送钻器之前， 先调整刹把保证为45°角，这给现场的操作带来较多的麻烦，占用较多的时间， 不利于提高,效率。2、结构较复杂，除了传慼器自动调节系统，还有一套反 饿装置与滚筒摩擦，用软轴传给综合比较信号机构，而作用位置又是在刹把上， 这样使它的实用范围受到局限，只^于刹把和绞车为H^类型的钻机，调试手 续较复杂。3、它只有一套自动调控系统，当被钻地层硬度变化幅度较大时，所 调控的钻压就会超出所允许的范围，此时需人工进行调整，不能实现送钻完全自 动化。J^送钻器不同程度的存在这样或那样的缺点，所达到的絲不够理想， 所以钻井现场不愿使用，而宁愿采用人工送钻，^现有自动送钻技术成果在钻 #^域中得不到广泛应用的主要原因. 发明内容本实用新型的目的是克服现有技术中的缺陷，并提供一种双控自动送钻器，实现送钻完全自动化，以满足石油4^L在施工现场的需要。本实用新型的目的由以下方案来实现:该双控自动送钻器是由钻压浪控信号 自动调控系统和极限钻压电控信号自动调控系统两路组成。其中钻压液控信号自 动调控系统由连接在死绳上的钻压浪传感器依次连捿油量调节信号转换机构，信 号执行,及送钻和钢丝绳信号反饿織所构成；极限钻压电控信号自动调控系 统是由连接在死绳固定器上的传感器依次连接电信号控制机构、油i调节信号转 换机构、信号执行机构及送钻和钢丝绳信号反饿机构所构成，其中信号执抓构 包括液压油源和浓压传动两部分.油i调节信号转换机构是由膜式伺服马达依次 连接杠杆、弹肇，杠杆一端连接油i调节阀，另一m接拉焚所构成；其中伺服 马达通过单向M阀与钻压液传感器管道连接.信号执fr^由油箱、油泵及溢的传动机构两部分组成。电信号控制糊是由并接的两个指重表，其中一个指重 表的a、 B电极壤分别与鑪电器Ji、 J2相接，继电4l依次^Niai电机、小蜗杆 机构及通过拉链连接杠杆所构成，在Jl、 J2的输入端分别设有人工棘开关；
在电信号控制机构中还设有由指示灯、报瞥器及电磁闭销阀所组成的报警、保护 器。送钻和钢丝绳信号反馈机构是由链轮连接滚简构成，其中链轮通过链条与信 号执行机构中的链轮相接。本实用新型与现有技术比较具有以下特点1、采用液压马达传动具有自锁 性的蜗,构，及该蜗杆机构与钻机滚简轴联接来控制M的方案，无论钻具重 i大小都可进行均匀送钻。在液压马达的回路上设賊流阀，对絲马狄剎车 作用，在不供油的情况下马达不会自行空转，完钱免溜墩钻事故.它传速均匀、 安全可靠;摆脱了用剎带的摩雜制方式，减轻了滚傳刹车网的磨损和维修赛用。 2、具有双套自动控制系统一^^压液控信号控制練限钻压电控信号控制，使 整W井过程全面实现自动调控。3、采用链轮、链条与原钻机滚僻轴联接，配 套方便、不影响原设备性能.4、本设计采用的是tH滅和普通的电雜制； 其结构较简单、易操作、维修；适用于恶劣M下的野外钻井。5、本设计独立 构件多，与钻机易配套，可用于各种石油钻机，所以适用性广，多数构件可以直 接购买，易实施.
下面附图给出了本实用新型的实施例。图1是本实用新型系统连接结构框困。图2是本实用新型具体实施结构连接示意困。图3是钻压液控中伺服马达与油i调节阀的一种工作状态示意图.图4是钻压液控中伺服马达与油i调节阀的另一种工作状态示意困. 图5是极限钻压电控中伺服马达与油量调节阀的一种工作状态示意困. 图6是极限钻压电控中伺服马达与油i调节阀的另一种工作状态示意困。
具体实施方式
结合附图对本实用新型的餘结构及其工作原理作具体说明如图1、 2所示，所述的双控自动送钻器由钻压液控信号自动调控系统和极B压电控信号自动调控系统两路组成.钻压浪,号自动调控系统由连接在死 绳1上的悬桂式钻压滚传港器2依次连接油量调节侑号转l^、信号执fe^ 及錄和钢丝麟号反^^所构成，其中传感器2是一維式传感器，它组装 在一个可调节压力角的死绳悬挂器上。极限钻压电控信号自动调控系统是由连接在死绳固定器上的传感器3依次连接电信号控制机构、油ftH节信号转换机构、信号执*构及送钻和钢丝绳信号反饿机构所构成，其中抽^m构包括液压油源和液压传动机构两部分。见图2，油i调节信号转换,是由膜式伺服马达6依 次连接杠杆8、弹簧9，它们与杠杆的接点为"0";杠杆一端连接油i调节阀7， 另一端即"Z"端连接拉黉21所构成；伺服马达通过单向阻流闲31与传感器2钻压液控制信号，由传感器3经管线传输、指重表5转换后的极限钻压电控制信号及人工给定信号三方的指令对油jt进行调节，然后经油管传给执行机构中的液 压马达IO.信号执行机构由油箱27、油泵28及溢流阀29、 30构成的液压油源 和由浪压马达10依次连接蜗杆机构11、趟魄离合器12、牙坎离合器13及链轮 14构成的液压传动两部分组成；溢流阀29连接浪压马达10.信号执行机构中的 液压马达10接受由浪压油源来的油，带动大蜗杆机构、通过离合器、链轮、链条将转速传^1钻和钢丝绳信号反饿机构中的滚简32，使滚简麟送钻.电信 号控制机构是由并接的两个指重表(4、 5)，其中指重表5上的A、 B电极分别与 继电器J1、 J2相接，继电器依次连接傲型电机19、小祸杆机构20及由小拉链 23连接杠杆"Z"端构成，其中指重表4通过管道连接传感器3。在J1、 J2的输 入端分别设有人工按钮开关(17、 18)，在^本送钻器之前，需要人工给送钻 器确定一^压值，此时按动^#开关17、 18，接通电源24，由传难器3的液 压信号使指重表5的d针摆动，接通表盘上的电极触点A或B，通过电路使继电 器动作，而傲电机19得电转动，带动小蜗杆机构20转动，通过小拉链23对油 董调节信号转换机构中的杠杆"Z"端调动来调节油i调节阀。在电控机构中还 设有由指示灯、喇叭25及电磁闭锁阀22所组成的报警、保护器。送钻和钢丝绳 信号反俄机构是由滚筒32连接链轮16构成，其中链轮16邇过链条15与信号执 行机构中的链轮14相接.本实施例中涉及的电器件和皿部件巿场有售.双控自动送钻器的工作原理为便于阐明自动逸钻器工作原理，首先将与送 钻密切相关的三大因素(ifeJ^度、钻压、送钻逸爽)之间相互作用和髑钩的关 系做一个简略的分析.为了简便叙述，下面用字母3l^:示一些麥数和内容，即f —地层硯度，P—钻压，n—滚简M速度(送钻速度)，V—地层的可钻速度(钻 速)。钻头在井内钻进时，钻具的一部分重i施加在钻头上，称之为钻压，钻具 的其，分重i被悬吊，称之为悬重，钻压与悬重之和就是钻具的总重i. Q— 钻具总重i， Q' ~#进时钻具悬重，P咱-Q' 、 Q = Q' +P.当钻头在一定f的 地层中钻进，钻头对地层施加一定的压力P，地层就会以一定的^t被破碎，钻 头就会以一定的速度V向下移动。此时如果f不变，V不会变，n=V, P就保持稳 定不变。如果f增加，V随之l^氏，此时n〉V, P必然上升，调整n，使n-V， P 保持稳定.如果f下降，V随之升髙，此时iKV， P必然降低，要保持P不变， 就必须根据f的变化来调整n,使n=V。假如钻头在均质地层中钻进，f 、 V、 n 不变，则P亦不会变。见图2所示，随着钻头匀速向下钻进，则滚简32以等于 V的M放出钢丝绳进行送钻，故P保持稳定。系统中原建立的^关系一直处 于穗定状态，油量调节信号转换机构中的伺服马达6不会产生调节动作，供油i 不变，所以送钻器一直保持原来的钻压状态，控制系统不发生动作.钻压液控信号自动调控系统的工作原理困2所示，假如钻头在不均质地层 中钻进，即地层f由软变硬，钻速V随着f的增加而下降，n>V，则钻压P升髙， P的升髙引起Q'的减少，随之悬吊系统中的钢丝绳张力下降，经死^上的死 绳1传驗感器2的浪压信号由大变小，此时在弹黉9的作用下膜式伺服马达6 腔内的压力大于膜式传感器2腔内的压力，两者之间原有的平衡关系被P的变化 打破.(参见图3)伺服马达6腔内的浪体流向传感器2，使其腔内液体减少，在 弹黉9的作用下杠杆8向内收缩，拉动杠杆的"0"点内移，迫使调节阀7减少 供油量，液压马达10转速随之减低，执行机构通过传动链条15控制滚餺32的 放绳速变n由快变慢，P保持恒定.如果f增加幅度较大时，^信号所控制的 放绳速度n就^高于地层的可钻速度V， n稍髙于V，钻压P也略商，只要不超出规定钻压的上极限，就可继续钻进.假如钻头钻进的地层f由硬变软，V升 高，n〈V，钻压P下降，Q'增加，死绳张力增加，传感器2的液压信号增大， 失去原有的平衡，(参见图4)传感器2的液体流向铜服马达6，伺服马达6腔内 的液糊多，克服弹费9的力量推动缺8向肿U，推动杠杆《0"点外移， 将调节闺7的供油i增加，船马达10的转妙快，邇itA蜗杆織ll、传动 绳it^快，调整n，使n=V， P保持不变。如絲层f 下降的幅度较大时，g信号所调节的送钻速度n不完全等于因地层f变化所引 起的钻速V的数i， n稍低于V，钻压P稍低，只要不低于钻压的下极限，仍可 进行正常钻进。极限钻压电控信号自动调控系统工作原理图2所示，钻压艰控信号调控系 统能够根据地层f变化而自动调节n，使n与V近似相等，保证P的相对穗定。 但是它不能完全消除因f的变化所引起的差值AP，因此AP将随着f变化幅度 的增加而增加，这个AP无论正向增大(P加大)或负向增大(P减小)，都将随 着f变化幅度的不断增大而棄终使P值达到或超，规定P的最髙极lt^最低极 限。钻压液控信号系统不能使AP值尽可能的减小，(美国、罗马尼亚目前錢的自动送钻装置也存在同样的问趙)，这是自动送钻器的不完善之处。为了使送 钻器达到全部自动化，该极限钻压电控信号自动调^H^了钻压液控信号调 控系统无法解决的问题。见图2所示，极限钻压电控信号自动调控系统是两极电 J^制调节系统，当AP不断增大，即实际P值达到规定P值的上限或下限临界 值时，指重表5的d针接通电路，电控系縱生作用，对n进行大幅度的调节，消除或减小AP，保证实际P值始^NE规定P的范围内，使钻进正常进行.当钻 Mt进的f大幅度增加，而导致V大幅度下降，n>V,则实际钻压P处在上限。 由于P增加Q'减少，死绳张力减小，传感器3的液压信号减小。传感器3的液 压信号经管线传给指重表4和5。指重表4准确的指示P和Q'的变化情况，同 时指重表5的d针左向摆动至A点，(指重表5的说明为了不影响指重表指示 数据的灵敏性和准确度，在原指重表4的管路上并联了一只同样的指重表5，它 们指示的数字完全一致，表5盘上安装有A、 B电极触点，可根据规定的P值允 许范围调整A点与B点的距离以及在表盘上的位置)使A点与电源接通，继电器 Jl动作，指示灯亮，喇叭25响，以提醞司钻注意；电磁闭锁阀22迅速切断向 浪压马达10供油，浪压马达10停止转动，刹死滚蕭32停止送钻.(参见图5)， 继电器J3动作，徵型电机19得电转动，带动小蜗杆机构20转动，小拉链23拉 动杠杆8的"Z"端向右动作，依杠杆8上的"0"点为轴心将调节阀7的开度减 小，在闭锁阀22切断供油、滚简32停止送钻的同时，钻^然在继续向下钻进，此时11=0，只有钻速V，则n〈V,随着钻头不停的钻进，P随之减小，回到它的正常范围内。在P减小、Q'增加，死绳张力增加，传感器3内 ^信号 大， 该液压信号经管!Nt给指重表4和5。当P随着钻头的钻^步减小离开钻压上 限时，表5上的d针也离开A点，断开电源24，继电器J1失电，指示灯亮，喇 叭25停鸣，傲型电机19失电停止对杠杆8的调节。电磁闭锁阀22失电，在弹 肇的作用下闭销阀22打开，压力油通过调节闽7流向液压马达10，滚压马达转 动，传动滚简32放出钢丝绳，恢复送钻。当钻^fe进的f大幅度制氐时，V会 大幅度增加，此时n〈V，随之P大幅度下降并到允许的袭低极限值。这时表5 上的d针和B点接触，进行提髙P的调节动作，即傲型电机19得电反向运转， (参见图6)，调节杠杆8增大供油量而增大n，使11崎，将P提高在正常范围内。微型电机19在升髙钻压的调节过程中，主要受钻压升离的制约，钻压一旦 达到要求，傲型电机19就失电停止调节动作，钻压也随之稳定，傲型电机在降 低钻压的调节过程主要受钻进时间的制约，所以降低钻压调节不容易精确.如果 钻压处在最低限，极限电控信号控制系统就自动将,压动作转换为升钻压动 作，确保钻压处在允许范围。钻压液控信号控制系统的^li是对P进行无级的傲 i调节，P的变化和系统的调节动作ll^是同步出现，灵敏度很髙.极限钻压电 控信号控制系统对钻压进行大幅度的调节，无论f变化幅度多么大，都能够确保 P不超出允许范围，使钻井安全正常进行。两个系统的联錯用，使自动送钻器 达到较高的自动化水平。溢流阀29主要是对液压马达10起剎车作用。假如滚筒32拖带攝杆机构11 向液压马达10倒施旋转扭矩时，溢流阀刹住液压马达，滚请也不可能自由放绳， 不会出现失控现象，避免溜、墩钻事故的发生.单向阻流阀31是##感器2传 来的脉冲信号进行阻抗，使之不能直接传^服马达6，能使送钻^t产生忽慢 现象，所以在跳钻时钻进^送钻^t趋向减低，钻压趋向减低，则对于减轻跳 钻程度和保证井下安全是极为有利的。
权利要求1、一种双控自动送钻器，其特征是它由钻压液控信号自动调控系统和极限钻压电控信号自动调控系统组成，其中钻压液控信号自动调控系统由连接在死绳(1)上的钻压液传感器(2)依次连接油量调节信号转换机构，信号执行机构及送钻和钢丝绳信号反馈机构所构成；极限钻压电控信号自动调控系统是由连接在死绳固定器上的传感器(3)依次连接电信号控制机构、油量调节信号转换机构、信号执行机构及送钻和钢丝绳信号反馈机构所构成，其中信号执行机构包括液压油源和液压传动两部分。
2、 根据权利要求l所述的双控自动送钻器，*#征是油量调节信号转换机 构是由膜式伺服马达(6)依次连接杠杆(8)、弹黉(9)，杠杆一^接油量调 节阀(7)，另一g接拉黉(21)所构成；其中伺服马达邇过单向阻流阀(31) 与钻压液传感器(2)管道连接。
3、 根据权利要求l所述的双控自动送钻器，其特征是信号执行机构由油箱 (27)、油泵(28)及溢流阀(29、 30)构成的浪压油源以及由液压马达(10)连接大蜗杆机构(11)并通过离合器(12、 13)连接链轮(14)构成的传动机构两部分组成。
4、 根据权利要求l所述的双控自动送钻器，其特征是电信号控制,是由 并接的两个指重表(4、 5)，其中指重表(5)的A、 B电极端分别与继电器J1、 J2相接，继电器(26)依次连##型电机(19)、小蜎杆机构(20)及邇过拉链 连接杠杆(8)所构成，在Jl、 J2的输入端分别设有人工^#开关(17、 18); 在电信号控制机构中设有由指示灯、报警器(25)及电磁闭锁阀(22)所组成的 报警、保护器。
5、 根据权利要求l所述的双控自动送钻器，其特征是送钻和钢丝绳信号反 馕机构是由链轮(16)连接滚简(32)构成，其中链轮(16)通过链条(15)与 信号执皿构中的链轮U4)相接。
专利摘要本实用新型涉及一种双控自动送钻器，属于石油钻机中的一部分。它由钻压液控信号自动调控系统和极限钻压电控信号自动调控系统两路组成。其中钻压液控信号自动调控系统由连接在死绳上的钻压液传感器依次连接油量调节信号转换机构，信号执行机构及送钻和钢丝绳信号反馈机构所构成。极限钻压电控信号自动调控系统是由连接在死绳固定器上的传感器依次连接电信号控制机构、油量调节信号转换机构、信号执行机构及送钻和钢丝绳信号反馈机构所构成。该送钻器具有双套自动控制系统，使钻井过程实现自动调控；它传速均匀、安全可靠，避免溜墩钻事故；结构简单、易操作维修；适用于野外恶劣条件下钻井；本设计对钻机而言配套方便，可用于各种类型石油钻机。
文档编号E21B44/00GK201041027SQ20072003191
公开日2008年3月26日 申请日期2007年6月1日 优先权日2007年6月1日
发明者左林海 申请人:左林海