专利名称:多功能安全钻井自动控制装置的制作方法
本发明是一种开发油气田和地质资源时进行安全钻井的自动控制装置，适用于F320-3DH型、F200-2DH型、大庆Ⅰ-130型等多种石油、地质钻机在钻井过程中防止发生溜钻、顿钻、卡钻或碰天车事故的一种安全钻井自动控制装置。
目前，我国石油、地质勘探遍及全国各地，而且量大面广，成本高，经济效益低。钻井是勘探开发油气田和找矿的重要手段，怎样快打井、多打井、打好井是能否保证高速度高水平勘探开发油气田和找矿的关键。多年来，钻井中由于没有安全钻井自动控制装置，且操作人员技术素质差的情况下，常常因人为或其它原因造成溜钻、顿钻、卡钻、碰天车等事故。一旦发生这样的事故，就有可能导致整个钻井报废，给国家带来严重损失。据调查，川西南矿区的威62号井，在井深1405米处，因键槽严重卡钻，在倒划眼过程中钻杆扭断，引起顿钻事故，费时十个月无法解除，损失资金120万元，造成井深2423米的气井报废。因上类事故造成损失的还有威36号井、威56号井、威60号井等。于是，给钻井工人带来精神压力，且威胁着人身的安全，严重地影响了企业的经济效益。
本发明的目的在于提供一种自动控制装置，以解决钻井过程中有效地防止发生溜钻、顿钻、卡钻、碰天车事故的问题，达到保证安全、优质、快速钻井和提高经济效益为总的目的。它是将原钻机液压指重表W-350型等的悬重管与电接点压力表管连接。由电接点压力表的上、下限接点控制，指针随悬重量大小变化，接触上限或下限时产生一个电信号，输入信号控制器。由于钻进时跳钻而产生悬重瞬时变化，引起跳钻刹车，故选择继电器逻辑电路、间隙振荡器电路处理。用常开、常闭电磁阀的“开”或“关”连结钻机气动执行机构。当司钻人员操作不当或失误起钻时多提卡死或高速起车发生碰天车时，或在正常钻进中发生溜钻时，该装置都可使高速或低速滚筒离合器自动放气使钻机绞车自动刹车、转盘停转，实现有效地避免此类事故发生的目的。
该装置在钻压不足吊着钻进(钻头无进尺)影响钻井速度时，将发出短叫声和闪光信号，催促司钻加足钻压，有利于均衡钻井的目的。
本发明的工作原理从图一得到说明悬重压力信号发生器包括W-350型悬重指重表以及0～60Kg/cm2型电接点压力表;信号控制器包括电压放大器BG1、BG2、BG3，通过调节电位器R2、R4达到控制刹车时间;声、光报警显示器由两块5G1555集成块组成间隙振荡器;以及整流电源和原钻机气动执行机构构成自动控制系统。
一、在钻进过程中，若发生溜钻时，结合图二说明其控制原理是当液压P进入W-350型指重表和0～60Kg/cm2电接点压力表，其悬重减少到电接点压力表的下限(3)控制点时，由电接点压力表给出一个信号，使电压放大器BG1工作，于是继电器J0工作，开关J0闭合，继电器JK工作，开关JK1接通，扬声器LB1发出长叫声，发光管SG1发出闪光信号;开关JK2闭合，时间继电器Jt延时3秒钟后工作，则开关Jt1闭合，继电器Jm工作，开关Jm开路，LB1停止叫声，SG1停止闪光;由于开关JK3闭合则继电器Jf工作，开关Jf1闭合，则电磁阀线圈DZ1、DZ2工作，控制图三中所示的防爆电磁常开阀2CLR 1/2 -Ⅰ型和常闭阀2CLR 1/2 -Ⅱ型工作，则9～10Kg/cm2的压缩空气气源通过电磁阀2CLR 1/2 -Ⅰ型的QF端去控制钻机转盘离合器停止转动(截断了气源)，同时此压缩空气气源也通过防爆电磁阀2CLR 1/2 -Ⅱ型的A端去控制原钻机压缩机气缸停止工作。为了确保防溜效果，避免跳钻刹车，可调节电位器R2的大小来达到控制刹车的时间。如果时间过短，会出现跳钻刹车，时间过长又会出现刹车较慢，影响防溜效果，一般调在0.4～1秒之间为宜，最佳刹车时间是0.8秒。图三中的虚线框内是原钻机气动执行机构，在不改变原钻机结构的情况下，达到防止钻井过程中发生溜钻事故。
二、在起钻过程中，若遇卡钻时，结合图二说明其控制原理是在起钻上提中，当液压P进入W-350型指重表和电接点压力表的悬重负荷增大到电接点压力表的上限(1)控制点时，电接点压力表给出一个电信号，使电压放大器BG2工作，则继电器J1工作，由于是起钻，则钻进或起钻开关K2拨接于2端，使继电器J2工作，开关J2闭合，引起继电器JK工作，则开关JK1、JK2、JK3闭合，即通过扬声器LB1和发光管SG1发出3秒钟的声、光信号，由于继电器Jf工作，开关Jf1闭合后的控制原理与发生溜钻时的情况相同。调节电位器R4达到控制刹车时间，一般在0.1～0.5秒之间为宜，最佳时间是0.2秒，从而实现高速或低速离合器放气、绞车刹车，避免卡钻事故。
三、在钻井过程中，若遇顿钻时，结合图二说明其控制原理是当W-350型指重表的悬重急速减少到电接点压力表的下限(3)时，同样给出一个电信号，使电压放大器BG1工作，继电器J0工作，开关J0闭合后的控制原理与发生溜钻的情况相同，达到防止发生顿钻事故。
四、在正常钻进中，当钻压未加足吊着钻井时，结合图二说明其控制原理是正常钻进中，根据规定的钻压，液压P进入W-350型指重表和电接点压力表的悬重负荷在上限(1)控制点，加压不足时将会发生吊着打井，同样给出一个电信号，使电压放大器BG2工作，继电器J1工作，开关J1闭合，由于是在钻进中，则K2接于1端，间隙振荡器5G1555工作，通过LB2、SG2分别发出短叫声和闪光信号，催促司钻应加足钻压钻进，实现均衡钻井的目的。
五、在起钻过程中，若遇高速起钻碰天车时，结合图二和图五说明其控制原理是电控防碰天车单元由晶体管BG3电路、扭子开关K3和插座CKN组成;当接通K3，钻进或起钻开关K2常接点接于2端，同时将插销SCN插入安在二层平台上的电控防碰插座CKN中，此时因SCN的插入而使BG3截止，一旦起动游车碰着安装在离天车上端6米左右处的细钢丝绳时，插销SCN就被拔出即晶体管BG3工作，继电器J4工作，开关J4闭合，继电器JK工作，开关JK1、JK2、JK3闭合后的控制原理与发生溜钻的情况相同，达到电控防碰天车事故的目的。
六、本装置通过从0～60Kg/cm2电接点压力表(3)取得电信号，经开关K4使BG4导通，继电器J5工作，开关J5闭合，通过机械手(电磁铁)(11、13)工作，实现控制PC-1500型等计算机的键盘，可直观地显示和打印钻具立柱数、每根单杆和立柱的长度及下钻深度、取下每柱钻具的时间和起下钻的总时间。
本发明的效果由于溜钻、卡钻、顿钻、碰天车事故或者加压不足吊着打井的情况在钻井工作中是经常发生的，要保证钻井工作必须按照《安全、优质、高速》的要求进行，在国内还无此类多功能安全钻井自动控制装置的情况下，本发明能够达到有效地防止发生井下事故和碰天车事故。并且适用于各种钻机在不改变钻机结构和气动执行机构的条件下安装使用。具体的效果是(一)、可以减少资金损失，例如，威62号井在深度为1405米处时，由于键槽严重卡钻，在倒划眼过程中扭断钻杆，造成顿钻事故，费时十个月无法解决而报废，损失资金120万元，使用本发明装置可减少这类经济损失;(二)、可以减少钻机月损失费，由于上述井下事故的发生，轻者影响钻机停工数天，重则数月，采用本装置可以减少每台钻机月损失费15万元的经济消耗;(三)、可以防止钻井斜度过大的问题，如果钻井的井身歪斜，就可能得出不真实的地质资料，影响开发油气田方案的实现。本发明还可以避免人身伤亡，是一种优质、安全、快速钻井的保护装置，具有功能齐全、结构合理、安装使用方便、控制灵敏可靠的特点，是提高企业钻井经济效益的安全装置。
图1是多功能安全钻井自动控制装置的框图。
图2是多功能安全钻井自动控制装置的电原理图，其中电磁阀采用吴忠仪表厂产的2CLR 1/2 型二位三通阀。
图3是多功能安全自动控制装置的气动执行机构原理图。
图4是多功能安全钻井自动控制装置的外形结构示意图。
图5是图4的外形结构图的后视接线图。
本发明实施例(一)、在原钻机结构不改变的情况下，将液压管P连接在钻机的W-350型指重表液压管上。(二)、气动执行机构的常闭电磁阀2CLR 1/2 -Ⅱ型的A点与钻机控制台绞车刹车气路连接;常开电碰阀2CLR 1/2 -Ⅰ型QF点与钻机控制台转盘离合器连接。(三)、按照图5所示，电接点压力表上限控制点(1)接主机1，电接点压力表下限控制点(3)接主机3，电接点压力表悬重压力指针引线(2)接主机2，防碰天车12V电源线接主机4、6，常开、常闭电磁阀线圈接7、8。(四)、接通220伏交流电源，开关K1闭合。(五)、防止溜钻，将钻进、起钻开关K2接到位置1端，本装置为了确保防溜效果，避免跳钻刹车，可将电接点压力表上限接点拨到大于正常悬重5吨左右，并调节主机电位器R2的大小，一般控制最佳时间为0.8秒。(六)、防止卡钻、顿钻，将主机上的钻进、起钻开关K2扳到位置2端，电接点压力表上限控制点调到略大于其原悬重几吨，调节电位器R4的大小，一般控制在0.2秒为宜，这样就可防止卡钻;随实际悬重的减少，每起钻5柱左右应进行一次适当调小电接点压力表上限控制点的悬重。(七)、电控防碰天车，一般宜将细钢丝AB安在原钻机机械式防碰天车下面一点，就可充分体现本装置电控防碰天车的作用;若安在原钻机机械防碰天车上面一点，它将起第二道防线的作用，当原钻机防碰天车失灵时，本装置电控防碰天车将起防碰作用。如果把扭子开关K3扳到开的位置，钻进、起钻开关K2接2端，电控防碰天车插座CKN安在钻机小平台上离天车顶端6米左右处，安装有横穿游动滑车的细软钢丝AB，A端固定在二层平台，B端接插销SCN并插入CKN中，当起动游车碰上该装置电控防碰天车细钢丝绳AB时，通过LB1、SG1发出声、光报警，气动执行机构同时动作刹车;如果在钻进和起下钻过程中，既未溜钻、卡钻、又未碰天车，而突然刹车，可把扭子开关K3扳到关的位置，这时若解除了刹车状态，说明上面电控防碰插销SCN被拔掉，应插上插销，即可恢复正常，若插销未被拔掉，刹车仍未解除，说明电控防碰天车已损坏，应关掉主机暂停使用。(八)、防止吊着打钻，应根据正常钻进中规定的钻压，将电接点压力表上限控制点调到比正常悬重小3～4吨，当加压不足吊着打钻时，钻进、起钻开关K2接1端，扬声器LB2和发光管SG2便会发出声、光报警信号，此时司钻应加足钻压进行钻进，叫声和闪光信号即可停止。(九)、在起下钻中若要记录起下钻数据，可通过机械手(11、13)控制PC-1500计算机的键盘，将原始数据按顺序输入计算机中，就可自动打印出每起下一柱后的单根长度、立柱长度及起下一根立柱的时间、累计长度和累计时间以及倒换钻具时进行时效对比分析等。
权利要求
1.一种多功能安全钻井自动控制装置。由悬重指重表、信号控制器、声光报警显示器、整流电源、电磁阀气功执行机构及微型计算机组成，其特征是原钻机液压指重表的悬重管与电接点压力表管连接，由电接点压力表的上、下限接点控制，指针随悬重量大小变化，当接触上限或下限时便产生一个电信号，输入信号控制器，通过声、光报警显示器和电磁阀气动执行机构作用的控制装置。
2.根据权利要求
1所述的控制装置，其特征是信号控制器BG1、BG2中调节电位器R2、R4的大小能够控制刹车的时间，一般调在0.4～1秒和0.1～0.5秒之间为宜，最佳刹车时间为0.8秒和0.2秒的电路。
3.根据权利要求
1所述的控制装置，其特征是电控防碰天车单元由晶体管BG3电路、扭子开关K3和插座CKN、插销SCN组成，在没有发生高速起车碰天车时，BG3截止，一旦起动游车碰着安装在距离天车上端6米左右处的细钢丝绳AB时，插销SCN被拔出，晶体管BG3工作的电路装置。
4.根据权利要求
1所述的控制装置，其特征是钻进过程中未加足规定的钻压吊着钻井时，由于钻进或起钻开关K2的常接点接于1端，间隙振荡器5G1555工作，通过扬声器LB2、发光管SG2分别发出短叫声和闪光的电路装置。
5.根据权利要求
1所述的控制装置，其特征是在钻井过程中遇卡钻、顿钻或发生溜钻时，由于开关J0或开关J2闭合，使继电器JK工作，开关JK1闭合，通过LB1和SG1发出3秒钟的声、光报警显示信号，开关JK2闭合，使延时3秒钟的时间继电器Jt工作、开关Jt1闭合，继电器Jm工作，开关Jm断路的继电器逻辑电路。
6.根据权利要求
1所述的控制装置，其特征是由于开关JK3闭合，则继电器Jf工作，开关Jf1闭合，即电磁阀线圈DZ1、DZ2工作，使9～10Kg/cm2的压缩空气气源通过防爆电磁阀2CLR 1/2 -Ⅰ型的QF端去控制高速或低速离合器放气使钻机绞车刹车、转盘停止转动，通过防爆电磁阀2CLR 1/2 -Ⅱ型的A端去控制原钻机压缩机气缸停止工作的装置。
7.根据权利要求
1所述的控制装置，其特征是从0～60Kg/cm2电接点压力表(3)取得电信号，经开关K4使BG4导通，继电器J5工作，开关J5闭合，通过机械手(11、13)工作实现控制PC-1500型等计算机键盘的装置。
专利摘要
一种多功能安全钻井自动控制装置，由悬重压力信号发生器、信号控制器、声光报警显示器、整流电源、电磁阀气动执行机构及微型计算机构成，适用于F320—3DH型、F200—2DH型、大庆I—130型等多种油、气田、地质钻机在钻井过程中防止发生溜钻、顿钻、卡钻或碰天车事故，在原钻机结构和气动执行机构不变条件下安装使用，具有功能齐全、结构合理、控制灵敏可靠的特点。是一种优质、安全、快速钻井的保护装置，也是避免人身伤亡和提高钻井经济效益的安全装置。
文档编号E21B44/00GK87107391SQ87107391
公开日1988年5月25日 申请日期1987年12月7日
发明者张侧仁 申请人:四川石油管理局川西南矿区导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan