专利名称：电子司钻装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是据于现代石油钻井作业的高度自动化及优化钻井理念的需求应运而生的一种自动化钻井装置，具体地说，是电子司钻装置。
背景技术：
从当今石油钻井技术的普遍情况来看，绝大多数的钻井控制是人为控制(即手动控制)，采用司钻根据钻进需要钻压，观察悬重表的钻压指针读数，通过刹把的不断松、刹，调节盘式刹车刹车力，控制钻具的下放速度，调节钻压的大小，司钻处于机械操作状态，钻井参数通过各种仪表(机械式表头)观察，只能显示，不能预警，对于发生的非正常情况，系统本身不能做出判断，只能由司钻靠经验判断。
目前，已经有一定数量的钻机正在使用盘式刹车，新出厂的钻机基本上都配套盘式刹车作为主刹，基于盘式刹车比传统带式刹车刹车灵敏，制动性能好，安装及维修方便，已有不少钻机开始准备用盘式刹车更换原有的带式刹车。目前也有一部分靠交流电机能耗制动的变频绞车系统来实现恒速钻进的钻井装置，即所谓的“自动送钻”装置。该类装置是采用能耗制动控制辅助刹车，而不是控制主刹车，具有一定程度上的先进性，适用于钻井过程中地层稳定或变化不大的时候使用。可以适当的提高钻井质量和降低钻井劳动强度，但是目前该类装置对钻井过程中最重要的参数之一“钻压”却控制能力有限，而且使用交流电机能耗制动会造成能源浪费，提高钻井成本；最重要一点，当钻进速度极慢的时候，该类装置使用起来就有很大困难。
发明内容
本实用新型是这样实现的包括电源1，触摸屏操作器2，警报电铃3，智能控制器4，操作刹把5，双作用阀6，液压部件7，悬重传感器8，滚筒编码器9，电磁比例先导阀10，绞车离合器11，转盘离合器12，紧急刹车13，盘刹18，电源1与智能控制器4连通，液压部件7分别与双作用阀6、盘刹18连接，该装置上分别设有悬重传感器8，滚筒编码器9，智能控制器4上分别连有绞车离合器11，转盘离合器12，紧急刹车13。
触摸屏操作器2、警报电铃3分别于智能控制器4连接。
智能控制器4与双作用阀6之间设有电磁比例先导阀10。
双作用阀6上装有操作刹把5。
电子司钻装置以智能控制器4为核心，以盘式刹车为执行机构，通过控制盘刹刹车力实现自动送钻，通过控制钻机主刹、绞车动力及转盘动力离合器实现安全控制。适用于钻井全过程，适用于ZJ70、ZJ50、ZJ40、ZJ30钻机系列(包括机械驱动钻机、电动钻机)，适用于转盘驱动、顶部驱动、井下动力钻具的不同组合。系统具备自动送钻(主控钻压，辅控钻速)、安全控制(防碰天车、防砸钻台、系统失压、卡钻、溜钻、放空、钻具扭断、钻头故障)功能。系统兼备钻井参数(悬重、钻压、扭矩、泵压、泵冲、井深、转盘转速、机械钻速)显示、记录和重要参数历史曲线回放功能。
电子司钻装置的主控制回路是钻压控制回路根据安装在“死绳固定器”上的悬重变送器采集到的实时信号，经控制器4对数据进行运算、分析和处理，计算出当前钻压，和设定的钻压值进行比较，根据钻压偏差输出电信号，经放大器放大后控制一个电磁比例先导阀10对相应电信号输出相应压力的压力油，进入双作用阀6控制口，双作用阀6再输出相应压力值的压力油进入盘式刹车左右路工作钳，实现工作制动，控制绞车下放速度，随着悬重变送器检测钻压偏差的大小变化，工作钳的制动力也相应改变，达到控制钻压的作用。
电子司钻装置的安全控制回路①选用双作用阀可以实现自动控制刹车，同时司钻也可以随时手动控制刹车。
②在过卷阀气路中串入万能气动阀，当出现非正常情况时，系统会发出报警并自动紧急刹车，停掉绞车高、低速。
③通过控制串接在盘式刹车系统的紧急刹车阀气路中的电控气动阀，实现自动紧急刹车。
④通过控制安装在转盘动力气路上的电控气动阀停掉转盘动力。
⑤通过安装在盘式刹车液压站内的压力继电器实时监测系统压力。
⑥系统防上碰天车、下砸钻台、溜钻、转盘扭矩过大、泵压差过大等安全预警功能，只需对相应参数设置临界值，当超过或低于这个临界值，系统发出警报提示，并自动紧急刹车必要时停掉动力。
电子司钻装置的操作及显示回路钻井参数的显示，通过连接的各路传感器反馈回来的，经控制器对各个信号参数运算处理后，显示在触摸屏上。系统工作模式的转换和钻井参数的设置都是通过触摸屏系统来完成的。系统还可以记录、保存重要参数，将重要参数以实时/历史曲线显示便于司钻分析和判断井下情况。
本实用新型的效果是，钻进过程自动控制钻压，实现钻具均匀平稳下放，避免了人为操作中钻压波动大的现象；钻井参数监控、安全预警和安全控制功能，避免了上碰天车、下砸钻台、卡钻、溜钻等的安全事故发生，增加了钻井作业的安全控制，并且该装置适用于钻井的全过程，不同的地层，不同的“钻时”。
使用电子司钻装置，可以实现恒钻压钻进，提高机械钻速，减少总钻井时间、延长钻头使用寿命，保证井身质量和减轻司钻的劳动强度等优点。
图1为本实用新型的基本原理图；图2为本实用新型的液控原理图；图3为本实用新型的接口连接图；图4为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，系统基本原理电子司钻装置以恒钻压为主要控制目的，以智能控制器4为核心，以盘式刹车为执行机构，通过实时调节刹车钳缸油压，进而实时控制绞车滚筒刹车盘制动力矩，在钻机钻进过程中实现钻柱下放的微量控制，最终达到实时控制钻压的目的。
如图2所示，液控原理图，是盘刹和电子司钻装置连接基本原理图，智能型控制器4根据各传感器返回的信号，不断改变比例先导阀10的输出压力，控制双作用阀6的输出压力，从而控制盘式刹车执行机构，达到控制刹车的作用。
图3为接口连接示意图，按如图连接方式把双作用阀6、油路块23、电磁比例先导阀10连接起来，按各接口标记，如图一一对应连接。图中双作用阀62，油路块23，电磁比例先导阀10。
图4是系统的主要组成，主要有1，电源2，触摸屏操作器3，警报电铃4，智能控制器5，操作刹把6，双作用阀7，液压部件8，悬重传感器9，滚筒编码器10，电磁比例先导阀11，绞车离合器12，转盘离合器13，紧急刹车18，盘刹(1)自动送钻功能采用悬重传感器8检测钻压的大小，经控制器对参数数据运算、分析和处理，输出电信号，经放大器放大后控制一个电磁比例先导阀10对相应电信号输出压力油，进入双作用阀6压力控制口，双作用阀6再输出相应压力值的压力油进入盘式刹车左右路工作钳，实现工作制动，控制绞车滚筒位移，随着悬重传感器8检测钻压偏差的大小变化，工作钳的制动力也相应改变，达到控制钻压的作用，实现自动送钻。
(2)安全控制①双倍的安全保障选用双作用阀6可以实现在系统自动控制刹车同时，司钻也可以随时手动控制刹车。
②防止上碰天车安全控制通过采集到安装在绞车滚筒主轴上的磁编码器9反馈回来的脉冲信号，根据现场标定好的滚筒参数(滚筒直径、滚筒长度、钢丝绳直径、滑轮组钢丝绳数)以及游车初始位置的标定，由智能控制器4计算出实时的游车位置。当游车位置到达设定好的上限位置时，系统发出控制信号，控制安装在过卷阀气路中的电控气动阀，实现自动紧急刹车，停掉绞车高、低速，同时系统会发出声、光报警信号。
③防止下砸钻台安全控制同②，当游车位置到达设定好的下限位置时，系统发出控制信号，控制串接在盘式刹车系统的紧急刹车阀气路中的万能气动阀，实现自动紧急刹车(必要时停掉转盘动力)，同时系统也会发出声、光报警信号。
④防止溜钻安全控制是通过智能控制器运算出实时游车位置的变化，计算出实时机械钻速，当机械钻速达到或超过设定好的机械钻速最大值时，系统发出控制信号，控制串接在盘式刹车系统的紧急刹车阀气路中的万能气动阀，实现自动紧急刹车，同时系统也会发出声、光报警信号。
⑤防止转盘扭矩过大安全控制是通过把安装在扭矩变送器压力输出口的扭矩传感器16的反馈信号传送给智能控制器4，经智能控制器4运算后计算出转盘扭矩当量值。当扭矩值超过设定最大值时，系统发出控制信号，控制安装在转盘动力气路上的电控气动阀停掉转盘动力，同时自动紧急刹车和通过警报电铃3发出声、光报警信号。
⑥泵压差过大安全控制是通过安装在泥浆泵压变送器压力输出口的泵压传感器14，经智能控制器4运算后计算出当前泵压与设置泵压的差值(即泵压差)。当泵压差超过设定值时，系统通过警报电铃3发出警报提示，并自动紧急刹车。
⑦系统失压安全控制通过安装在盘式刹车液压站内的压力继电器实时监测系统压力，当系统压力下降到设定值时，压力继电器反馈给系统一个报警信号，系统发出控制信号，实行自动紧急刹车和发出声、光报警信号。
(3)钻井参数的显示系统通过连接的各个传感器(滚筒编码器9，悬重传感器8，钻干转速传感器15，泵压传感器17，扭矩传感器16，泵冲传感器14)反馈给智能控制器4的信号，经过智能控制器4运算处理后，计算出钩载、钻压、扭矩、泵压、泵冲、井深、转盘转速和机械钻速，显示在触摸屏2上，并且记录重要参数数据。
触摸屏2可以将重要参数(钻压等)以实时/历史曲线显示便于司钻分析和判断井下情况。
(4)该装置将钻井全过程分为四种工作模式完全手控、起下钻、手控钻进和自控钻进模式。
①完全手控工作模式，主要用于监控各种钻井参数和基本钻井参数的设置。
②起下钻工作模式，主要用于起下钻、下套管过程的游车速度控制、游车位置跟踪和安全预警。
③手控钻进模式，主要用于司钻手动送钻过程中监控各种钻井参数和安全预警。
④自控钻进工作模式，主要用于自动送钻过程的钻压控制和安全预警。
各种工作模式之间的转换以及钻井参数的设置，通过点击触摸屏来完成。
权利要求1.电子司钻装置，包括电源(1)、触摸屏操作器(2)、警报电铃(3)、智能控制器(4)、操作刹把(5)、双作用阀(6)、液压部件(7)、悬重传感器(8)、滚筒编码器(9)、电磁比例先导阀(10)、绞车离合器(11)、转盘离合器(12)、紧急刹车(13)、盘刹(18)，其特征在于电源(1)与智能控制器(4)连通，液压部件(7)分别与双作用阀(6)、盘刹(18)连接，该装置上分别设有悬重传感器(8)、滚筒编码器(9)，智能控制器(4)与双作用阀(6)之间设有电磁比例先导阀(10)，智能控制器(4)上分别连有绞车离合器(11)、转盘离合器(12)、紧急刹车(13)。
2.根据权利要求1所述的电子司钻装置，其特征在于触摸屏操作器(2)、警报电铃(3)分别与智能控制器(4)连接。
3.根据权利要求1所述的电子司钻装置，其特征在于双作用阀(6)上装有操作刹把5。
专利摘要一种适用于石油钻井作业的电子司钻装置，包括智能控制器4、双作用阀6、电磁比例先导阀10等，液压部件7分别与双作用阀6、盘刹18连接，该装置上分别设有悬重传感器8，滚筒编码器9，智能控制器4上分别连有绞车离合器儿，转盘离合器12，紧急刹车13，钻进过程自动控制钻压，实现钻具均匀平稳下放，避免了人为操作中钻压波动大的现象；钻井参数监控、安全预警和安全控制功能，避免了上碰天车、下砸钻台、卡钻、溜钻等的安全事故发生，增加了钻井作业的安全控制，并且该装置适用于钻井的全过程。
文档编号E21B44/00GK2721874SQ20042005963
公开日2005年8月31日 申请日期2004年5月21日 优先权日2004年5月21日
发明者林凡夫, 高向前 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油集团科学技术研究院