一种地面钻具自动移送系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油勘探设备技术，具体是一种地面钻具自动移送系统及方法。
【背景技术】
[0002]随着能源需求的急剧扩大及油气勘探开发的技术进步，陆地油气开采大多超过5000米甚至达到10000米以上，钻井作业钻具移送量非常巨大，目前钻井作业地面钻具移送采用人工配合吊机的方法进行。CN 104373062 A公开了一种移送小车、钻具移送机构及方法，该对比文献中，移送小车在钻具排管架与猫道排管架之间来回移送钻具，钻具排管架与猫道排管架间设置输送轨道以限制移送小车的行车路径。但该方案未采用自动化技术，如果由人工控制整个输送过程，输送效率仍较低。因而，如何应用自动化技术实现钻井钻具移送的高效性及安全性成为了亟待解决的问题，这也是国家对智能制造装备研发的要求。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种地面钻具自动移送系统及方法，其能够实现钻井作业过程中钻具在地面上的自动移送。
[0004]本发明的技术方案如下:
[0005]—种地面钻具自动移送系统，包括排管架、辅助排管架以及位于排管架与辅助排管架之间的轨道，轨道上有能够往返运行于排管架与辅助排管架之间的移送小车，移送小车包括具有轮子的底盘和围成平行四边形的四连杆机构和位于四连杆机构顶端的叉子，一支杆的顶端与四连杆机构转动连接且另一端与底盘转动连接，底盘上具有滑轨，四连杆机构的底部与滑轨滑动连接，四连杆机构的底部还连接有推动其在滑轨上滑动的B油缸，其还包括PLC控制器；排管架靠近移送小车的一端通过A油缸支承于地面，一 A传感器用于检测A油缸的升降高度，A油缸与PLC控制器之间连接有A电磁阀，A传感器与PLC控制器连接；移送小车的B油缸内置有用于测量活塞杆移动距离的位移传感器，一马达驱动移送小车在轨道上运行，轨道上对应移送小车的的极限位置设有A限位传感器和B限位传感器，A限位传感器靠近辅助排管架，B限位传感器靠近排管架，B油缸与PLC控制器之间连接有B电磁阀，马达与PLC控制器之间连接有C电磁阀，位移传感器、A限位传感器和B限位传感器分别与PLC控制器连接；辅助排管架远离移送小车的一端的支腿通过D油缸支承于地面，另一端设有用于检测该端高度的B传感器，D油缸与PLC控制器之间连接有D电磁阀，B传感器与PLC控制器连接，辅助排管架靠近移送小车的一端设置拉线式位移传感器，拉线式位移传感器用于检测辅助排管架上钻具最高层的高度。
[0006]一种地面钻具自动移送方法，其包括取钻过程和送钻过程。其中，取钻过程包括如下步骤:
[0007]步骤一、调整排管架，PLC控制器发送信号至A电磁阀，A电磁阀控制A油缸上升，A传感器检测A油缸上升的实际高度并将该高度反馈给PLC控制器实现闭环控制，A油缸上升到目标高度停止时，排管架与A油缸连接的一端高于另一端。
[0008]步骤二、调整辅助排管架，PLC控制器发送信号至D电磁阀，D电磁阀控制D油缸上升，B传感器检测辅助排管架的实际高度并将该高度反馈给PLC控制器实现闭环控制，D油缸上升到目标高度停止时，辅助排管架与D油缸连接的一端高于另一端，辅助排管架上的钻具滚至较低端。
[0009]步骤三、调整移送小车，PLC控制器采集拉线式位移传感器的信号，确定辅助排管架上钻具最高层的实际高度值，PLC控制器依据该高度值计算B油缸的目标位移量，PLC控制器发送信号至B电磁阀控制B油缸，B油缸通过推动四连杆机构在滑轨上滑动使移送小车升降，位移传感器检测B油缸的实际位移量并该位移量反馈给PLC控制器实现闭环控制，当B油缸的实际位移量与目标位移量相等时，移送小车升降停止。
[0010]步骤四、获取钻具，PLC控制器发送信号至C电磁阀控制马达运转，使移送小车在轨道上朝辅助排管架前进，移送小车的叉子到达辅助排管架上最高层钻具的下方，移送小车继续前进直至极限位置时A限位传感器发送信号至PLC控制器，PLC控制器控制移送小车停止前进，PLC控制器发送信号至B电磁阀控制B油缸，B油缸通过推动四连杆机构在滑轨上滑动使移送小车上升到设定高度，位于移送小车的叉子上方的钻具脱离辅助排管架而受叉子支撑。
[0011]步骤五、移送钻具，PLC控制器发送信号至C电磁阀控制马达运转，使移送小车在轨道上朝排管架前进，移送小车前进到极限位置时，B限位传感器发送信号至PLC控制器，PLC控制器控制移送小车停止前进，PLC控制器发送信号至B电磁阀控制B油缸，B油缸通过推动四连杆机构在滑轨上滑动使移送小车下降到设定高度，位于移送小车叉子上的钻具脱离移送小车由排管架支撑并滚至排管架的较低端。
[0012]送钻过程包括如下步骤:
[0013]步骤一、调整排管架，PLC控制器发送信号至A电磁阀，A电磁阀控制A油缸下降，A传感器检测A油缸下降的实际高度并将该高度反馈给PLC控制器实现闭环控制，A油缸下降到目标高度停止时，排管架与A油缸连接的一端低于另一端，排管架上的钻具滚至排管架的较低端。
[0014]步骤二、调整辅助排管架，PLC控制器发送信号至D电磁阀，D电磁阀控制D油缸下降，B传感器检测辅助排管架的实际高度并将该高度反馈给PLC控制器实现闭环控制，D油缸下降到目标高度停止时，辅助排管架与D油缸连接的一端低于另一端。
[0015]步骤三、调整移送小车，PLC控制器采集A传感器的信号，确定排管架的实际高度值，PLC控制器依据该高度值计算B油缸的目标位移量，PLC控制器发送信号至B电磁阀控制B油缸，B油缸通过推动四连杆机构在滑轨上滑动使移送小车下降，位移传感器检测B油缸的实际位移量并该位移量反馈给PLC控制器实现闭环控制，当B油缸的实际位移量与目标位移量相等时，移送小车停止下降。
[0016]步骤四、获取钻具，PLC控制器发送信号至C电磁阀控制马达，移送小车向排管架运行直至到达极限位置，PLC控制器发送信号至B电磁阀控制B油缸，B油缸通过推动四连杆机构在滑轨上滑动使移送小车上升到设定高度，位于移送小车的四连杆机构上方的钻具脱离排管架由移送小车支撑，排管架上的钻具滚至较低端。
[0017]步骤五、移送钻具，PLC控制器发送信号至C电磁阀控制马达，使移送小车在轨道上朝辅助排管架前进，移送小车前进到极限位置时，A限位传感器发送信号至PLC控制器，PLC控制器控制移送小车停止前进，PLC控制器采集拉线式位移传感器的信号，确定辅助排管架上钻具最高层的实际高度值，PLC控制器依据该高度值计算B油缸的目标位移量，PLC控制器发送信号至B电磁阀控制B油缸，B油缸通过推动四连杆机构在滑轨上滑动使移送小车下降到设定高度，移送小车上的钻具脱离移送小车由辅助排管架支撑并滚至辅助排管架的较低端。
[0018]本方案的移送系统，PLC控制器是自动移送系统的控制核心，外围传感器的信号进入PLC控制器的数字/模拟量输入模块，操纵台的操纵信号进入PLC控制器的数字/模拟量输入模块，PLC控制器的输出信号由数字/模拟量输出模块发送给操纵台的显示器及电磁阀等执行元件，控制的逻辑通过控制程序实现。
[0019]本方案的移送方法包含使钻具从辅助排管架通过移送小车移送到排管架一一“取钻”、从排管架通过移送小车移送到辅助排管架一一 “送钻”两个移送过程。其利用PLC控制器的逻辑控制功能及传感器的实时反馈功能，通过程序控制，实现以移送小车为载体，将钻具在排管架及辅助排管架之间的自动往复移送。
[0020]本发明采用PLC控制器结合传感器形成闭环控制，硬件设计简单，信息处理速度快，造价低，具有较高的可靠性、高效性和安全性。
【附图说明】
[0021]图1为本发明地面钻具自动移送系统的结构主视图；
[0022]图2为本发明地面钻具自动移送系统的结