顶部驱动钻井设备及其控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于顶部驱动钻井设备的控制系统，它包括远程控制器、司钻房控制器、顶驱控制器、三根一级总线和及三根二级总线，每两个控制器之间不仅通过一根一级总线连接，还通过一根二级总线连接，并且三个控制器之间连接形成环路。与现有技术相比，该控制系统可以在部分线路出现故障时仍然能够保持正常工作，降低线路故障对正常工作的影响，提高顶部驱动钻井设备的生产效率。
【专利说明】
顶部驱动钻井设备及其控制系统
技术领域
[0001]本发明涉及石油开采技术，具体涉及一种顶部驱动钻井设备及其控制系统。
【背景技术】
[0002]顶部驱动钻井设备是一种可以直接从井架空间上部直接旋转钻柱，并沿井架内专用导轨向下送进，完成钻柱旋转钻进，循环钻井液、接单根、上卸扣和倒划眼等多种钻井操作的钻井机械设备。
[0003]为了控制顶部驱动钻井设备进行工作，如图1所示，在地面上设置有电控房和液压源，在电控房内设置有远程控制器，位于井架底座的司钻房内设置有司钻房控制器，位于井架上的顶驱本体上设置有顶驱控制器;实际上，远程控制器用于控制整个顶部驱动钻井设备进行钻井作业，操作人员在电控房内通过远程控制器进行操控，司钻房控制器仅用于在司钻房与电控房之间收发指令，顶驱控制器仅用于在顶驱本体与电控房之间收发指令。顶驱本体与电控房之间的指令通过电缆传输，而在顶驱本体移动过程中，电缆需要跟随顶驱移动；由于工作环境恶劣，现有的控制系统容易出现故障，导致顶部驱动钻井设备工作效率下降。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明提出一种用于顶部驱动钻井设备的控制系统，利用该控制系统可以降低顶部驱动钻井设备的故障率，提升工作效率。在此基础上，本发明还提出一种顶部驱动钻井设备。
[0005]作为第一方面，本发明提出一种用于顶部驱动钻井设备的控制系统；该控制系统包括远程控制器、司钻房控制器、顶驱控制器、三根一级总线及至少两根二级总线，所述远程控制器与司钻房控制器之间、远程控制器与顶驱控制器之间、司钻房控制器与顶驱控制器之间分别通过一级总线连接;所述远程控制器与司钻房控制器之间、远程控制器与顶驱控制器之间还分别通过二级总线连接；
[0006]在第一工况下，所述司钻房控制器、顶驱控制器分别通过一级总线直接与远程控制器传输数据;在第二工况下，所述司钻房控制器通过一级总线直接与远程控制器传输数据，所述顶驱控制器经过司钻房控制器间接与远程控制器传输数据;在第三工况下，所述顶驱控制器通过一级总线直接与远程控制器传输数据，所述司钻房控制器经过顶驱控制器间接与远程控制器传输数据;在第四工况下，二级总线代替一级总线传输数据。
[0007]优选地，所述顶驱控制器用于控制顶驱本体。
[0008]优选地，所述司钻房控制器用于控制司钻操作台信号的逻辑控制。
[0009]优选地，所述远程控制器、司钻房控制器和顶驱控制器均设置有输入输出端口。
[0010]优选地，所述远程控制器、司钻房控制器和顶驱控制器均配置有人机交互设备，所述远程控制器、司钻房控制器和顶驱控制器通过输入输出端口与人机交互设备连接。
[0011]优选地，所述司钻房控制器与顶驱控制器之间还通过一根二级总线连接。
[0012]作为第二方面，本发明提出一种顶部驱动钻井设备，该顶部驱动钻井设备包括井架、司钻房、顶驱本体、电控房及上述任意一项的控制系统，所述顶驱本体设置于井架上，所述顶驱控制器设置在顶驱本体上，所述司钻房控制器设置在司钻房内，所述远程控制器设置在电控房内。
[0013]本发明提出的控制系统包括远程控制器、司钻房控制器、顶驱控制器、三根一级总线和及三根二级总线，每两个控制器之间不仅通过一根一级总线连接，还通过一根二级总线连接，并且三个控制器之间连接形成环路。该控制系统的工作原理如下:正常情况下，司钻房控制器、顶驱控制器分别通过一级总线直接与远程控制器传输数据；当司钻房控制器与远程控制器之间的一级总线出现故障时，司钻房控制器就经过顶驱控制器间接与远程控制器传输数据；当顶驱控制器与远程控制器之间的一级总线出现故障时，顶驱控制器就经过司钻房控制器间接与远程控制器传输数据；当两根或三根一级总线出现故障时，相应位置的二级总线代替一级总线进行数据传输。
[0014]与现有技术相比，该控制系统可以在部分线路出现故障时仍然能够保持正常工作，降低线路故障对正常工作的影响，提高顶部驱动钻井设备的生产效率。
[0015]另外，在优选的技术方案中，顶驱控制器对顶驱本体具有独立控制能力，且司钻房控制器对司钻房内的设备具有独立控制能力，可以减少与远程控制器之间的数据传输。
【附图说明】
[0016]构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0017]图1为本发明第一实施例提供的控制系统的结构框图；
[0018]图2为图1所示的控制系统在第一工况下的工作原理框图；
[0019]图3为图1所示的控制系统在第二工况下的工作原理框图；
[0020]图4为图1所示的控制系统在第三工况下的工作原理框图；
[0021]图5为图1所示的控制系统在第四工况下的工作原理框图之一；
[0022]图6为图1所示的控制系统在第四工况下的工作原理框图之二；
[0023]图7为本发明第二实施例提供的控制系统的结构框图；
[0024]图8为图7所示的控制系统在第四工况下的工作原理图之一。
[0025]附图标记说明:
[0026]I—远程控制器2—司钻房控制器3—顶驱控制器
【具体实施方式】
[0027]需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0028]图1所示为本发明第一实施例提供的控制系统的结构框图，该控制系统包括远程控制器1、司钻房控制器2、顶驱控制器3、三根一级总线及两根二级总线，远程控制器I与司钻房控制器2之间、远程控制器I与顶驱控制器3之间、司钻房控制器与顶驱控制器3之间分别通过一根一级总线连接;远程控制器I与司钻房控制器2之间、远程控制器I与顶驱控制器3之间还分别通过一根二级总线连接。其中，顶驱控制器3用于控制顶驱本体，比如顶驱吊环旋转、背钳动作、防喷器动作等等；司钻房控制器2用于控制司钻操作台信号的逻辑控制，比如司钻台状态信号的显示、故障报警及操作信号采集等;远程控制器1、司钻房控制器2和顶驱控制器3均设置有输入输出端口；远程控制器1、司钻房控制器2、顶驱控制器3通过输入输出端口与人机交互设备、传感器、液压阀等设备连接，以实现指令输入、数据获取及指令发送等功能。
[0029]在工作过程中，该控制系统优先采用一级总线进行数据传输;正常情况下，在远程控制器I与顶驱控制器3、司钻房控制器2之间的一级总线均未损坏的情况下，如图2所示，司钻房控制器2、顶驱控制器3分别通过一级总线直接与远程控制器I传输数据。
[0030]当远程控制器I与顶驱控制器3、司钻房控制器2之间的某一根一级总线出现故障时，其中一个控制器间接与远程控制器I传输数据，控制器之间的数据传输仍然优先采用一级总线;具体地，比如顶驱控制器3与远程控制器I之间的一级总线出现故障时，如图3所示，顶驱控制器3依次经过一级总线、司钻房控制器2间接与远程控制器I传输数据;再比如，当司钻房控制器2与远程控制器I之间的一级总线出现故障时，如图4所示，司钻房控制器2依次经过一级总线、顶驱控制器3间接与远程控制器I传输数据。
[0031]当两根或三根一级总线出现故障时，相应位置的二级总线代替一级总线进行数据传输。具体地，比如司钻房控制器2与顶驱控制器3之间、远程控制器I与顶驱控制器3之间的一级总线均出现故障，如图5所示，顶驱控制器3和远程控制器I之间通过二级总线进行数据传输;再比如司钻房控制器2与顶驱控制器3之间、远程控制器I与司钻房控制器2之间的一级总线均出现故障，如图6所示，司钻房控制器2与远程控制器I之间通过二级总线进行数据传输。
[0032]图7为所示为本发明第二实施例提供的控制系统的结构框图，与第一实施例不同的是，顶驱控制器3与司钻房控制器2之间还通过一根二级总线连接。与第一实施例相比，在顶驱控制器3与司钻房控制器2之间设置一根二级总线可以使控制系统有更多的备用方式进行数据传输。比如，三根一级总线均损坏，且远程控制器I与司钻房控制器2之间的二级总线也损坏，如图8所示，司钻房控制器2可以依次经二级总线、顶驱控制器3间接与远程控制器I传输数据。
[0033]与现有技术相比，上述的控制系统可以在部分线路出现故障时仍然能够保持正常工作，降低线路故障对正常工作的影响，提高顶部驱动钻井设备的生产效率。
[0034]另外，本发明具体实施例还提出一种顶部驱动钻井设备，该顶部驱动钻井设备包括井架、司钻房、顶驱本体、电控房及上述的控制系统，顶驱本体设置于井架上，顶驱控制器3设置在顶驱本体上，司钻房控制器2设置在司钻房内，远程控制器I设置在电控房内。
[0035]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种用于顶部驱动钻井设备的控制系统，其特征在于，包括远程控制器(I)、司钻房控制器(2)、顶驱控制器(3)、三根一级总线及至少两根二级总线，所述远程控制器(I)与司钻房控制器⑵之间、远程控制器(I)与顶驱控制器⑶之间、司钻房控制器⑵与顶驱控制器(3)之间分别通过一级总线连接;所述远程控制器(I)与司钻房控制器(2)之间、远程控制器(I)与顶驱控制器(3)之间还分别通过二级总线连接； 在第一工况下，所述司钻房控制器(2)、顶驱控制器(3)分别通过一级总线直接与远程控制器(I)传输数据;在第二工况下，所述司钻房控制器(2)通过一级总线直接与远程控制器(I)传输数据，所述顶驱控制器(3)经过司钻房控制器(2)间接与远程控制器(I)传输数据;在第三工况下，所述顶驱控制器(3)通过一级总线直接与远程控制器(I)传输数据，所述司钻房控制器(2)经过顶驱控制器(3)间接与远程控制器(I)传输数据;在第四工况下，二级总线代替一级总线传输数据。2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述顶驱控制器(3)用于控制顶驱本体。3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述司钻房控制器(2)用于控制司钻操作台信号的逻辑控制。4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述远程控制器(I)、司钻房控制器(2)和顶驱控制器(3)均设置有输入输出端口。5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述远程控制器(I)、司钻房控制器(2)和顶驱控制器(3)均配置有人机交互设备，所述远程控制器(I)、司钻房控制器(2)和顶驱控制器(3)通过输入输出端口与人机交互设备连接。6.根据权利要求1至5任意一项所述的控制系统，其特征在于，所述司钻房控制器(2)与顶驱控制器(3)之间还通过一根二级总线连接。7.一种顶部驱动钻井设备，其特征在于，包括井架、司钻房、顶驱本体、电控房及权利要求I至6任意一项所述的控制系统，所述顶驱本体设置于井架上，所述顶驱控制器(3)设置在顶驱本体上，所述司钻房控制器(2)设置在司钻房内，所述远程控制器(I)设置在电控房内。
【文档编号】E21B44/00GK105840093SQ201610352729
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】左光群, 陈廷军, 侯富田
【申请人】三重型能源装备有限公司, 三一重型能源装备有限公司