一种气动比例控制的带式刹车自动送钻装置的制作方法

本发明涉及到油气井钻井装备领域，特别涉及到一种气动比例控制的带式刹车自动送钻装置。

背景技术：

自动送钻是指在钻进过程中无需司钻人工控制的情况下，实现钻头在恒定钻压下自动进给的钻井方式。它的优势在于能解放司钻，有效保证井身质量，提高机械钻速（rop），增加钻头进尺，其关键在于保持钻压的精确值并均匀送钻。基本控制原理一般为通过动态监测实际钻压值并与设定的恒定钻压值对比，控制系统通过对比结果来发出指令，使刹车执行机构动作，改变主滚筒的刹车力矩，从而改变大钩悬重，使实际钻压接近设定钻压。根据钻机的配置不同，自动送钻装置可分为盘刹自动送钻、带刹自动送钻、能耗制动自动送钻等，其中带刹自动送钻结构简单，成本低廉，维护方便，在车载钻机上有较大优势。目前常用的带式刹车自动送钻装置主要有机械式、液压式[专利号为201420367810.6]和伺服电机式[专利号为201020675714.x]；机械式控制效果差；液压式需要额外的液压源，维护不便，且油液泄漏容易产生污染；伺服电机式直接控制刹把，与人工操作切换时不方便。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种控制精度更高，安装维护成本更低的气动比例控制的带式刹车自动送钻装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种气动比例控制的带式刹车自动送钻装置，包括：钻压监控仪、大钩悬重传感器、一号电磁阀、二号电磁阀、比例继气阀、大气缸、小气缸、刹车执行机构、死绳固定器和气源，所述装置的钻压监控仪用数据线分别与大钩悬重传感器、一号电磁阀和二号电磁阀相连接，大钩悬重传感器用数据线与死绳固定器相连接，一号电磁阀用管线分别与小气缸和气源相连通，二号电磁阀用管线分别与比例继气阀和气源相连通，比例继气阀分别用管线与大气缸和气源相连通，大气缸和小气缸与刹车执行机构相连接，刹车执行机构与刹车带相连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、该装置能实现对钻压的实时监控，并通过闭环控制系统动态调整刹车机构的刹车力矩，保持实际钻压在与设定钻压误差在合理范围内，实现恒钻压自动送钻；

2、该装置可实现在自动送钻和非自动送钻模式之间快速切换，在自动送钻出现故障时可灵活的转为人工送钻，节约非工作时间消耗；

3、该装置通过pid控制算法来调节控制偏差，且采用大、小气缸控制联合控制，控制精度高；

4、该装置设计操作界面简洁，参数设定简单，易于学习，pid参数可根据实际使用效果调节，减小系统控制误差，且模块预留扩展接口，可进一步开发集成其他控制模块，整个系统可安装于不同规格的帯式刹车结构上，具有良好的通用性；

5、该装置气体不易产生污染，结构简单，设计合理，使用方便，通用性强，易于维修更换，气体介质不易造成污染，能有效节约使用维护成本。

附图说明

图1、气动比例控制的带式刹车自动送钻装置结构示意图；

图2、钻压闭环自动控制原理图。

图1中：1、钻压监控仪，2、大钩悬重传感器，3、一号电磁阀，4、二号电磁阀，5、比例继气阀，6、大气缸，7、小气缸，8、刹车执行机构，9、刹车带，10、死绳固定器，11、气源，12、大钩钢丝绳。

具体实施方式

下面结合附图进一步对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1所示，钻压监控仪1由plc控制器和显示器组成，钻压监控仪1由24v直流电源供电，钻压控制仪1带plc控制器，采用pid控制算法。大钩悬重传感器2与死绳固定器10通过电缆连接，大钩悬重传感器2从死绳固定器10和大钩钢丝绳12处采集钻压信号，大钩悬重传感器2与钻压监控仪1通过电缆连接，大钩悬重传感器2采集的钻压信号传输给钻压监控仪1。钻压监控仪1与一号电磁阀3的远控口通过电缆连接，钻压监控仪1与二号电磁阀4的远控口通过电缆连接。电磁阀3的进气口与气源11通过气压管线连接，比例继气阀5的进气口与气源11通过气压管线连接。一号电磁阀3的出气口与小气缸7通过气压管线连接，二号电磁阀4的出气口与比例继气阀5的远控口通过气压管线连接，比例继气阀5的出气口与大气缸6通过气压管线连接。大气缸6的活塞杆头与刹车执行机构8相连接，同时小气缸7的活塞杆头也与刹车执行机构8相连接。刹车执行机构8控制刹车带9进行刹车动作。

如图2所示，整个控制系统为钻压闭环控制回路，对钻压实施恒值控制。大钩悬重传感器2通过死绳固定器10和大钩钢丝绳12处测得钻压信号pv，并传递给钻压监控仪1。钻压监控仪1将实际钻压进行运算，并将处理后输出的控制信号转换成电压信号后，传递给一号电磁阀3和二号电磁阀4，一号电磁阀3和二号电磁阀4根据控制信号的大小调节阀门的开度，从而调节进入刹车大气缸6和小气缸7中的气压，改变气缸刹车力的大小。整个控制过程的目的在于使实际钻压值接近于设定的恒定钻压值，实现恒钻压钻进。

使用时，按如图1所示的说明连接好各部件；开启钻压监控仪1，根据实际情况设定好恒定钻压值，设定合理的控制参数。当按下手动按钮时，系统进入手动模式，在手动刹车位置，输入0-1的刹车力度，该模式多用于自动模式前操作，方便快速的进入自动功能。当按下自动按钮时，系统进入自动送钻模式。当按下停止按钮时，系统进入停止模式，该模式下系统输出的刹车力为0，即停止自动送钻功能。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有部件的组合及连接关系，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书（包括权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

以上所述仅是本发明的非限定实施方式，还可以衍生出大量的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思和不作出创造性劳动的前提下，还可以做出若干变形和改进的实施例，这些都属于本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种气动比例控制的带式刹车自动送钻装置。所述装置的钻压监控仪用数据线分别与大钩悬重传感器、一号电磁阀和二号电磁阀相连接，大钩悬重传感器用数据线与死绳固定器相连接，一号电磁阀用管线分别与小气缸和气源相连通，二号电磁阀用管线分别与比例继气阀和气源相连通，比例继气阀分别用管线与大气缸和气源相连通，大气缸和小气缸与刹车执行机构相连接，刹车执行机构与刹车带相连接。该装置能实现对钻压的实时监控，并通过闭环控制系统动态调整刹车机构的刹车力矩，保持实际钻压在与设定钻压误差在合理范围内，实现恒钻压自动送钻。

技术研发人员：肖冠琦;黄家文;张毅雄;刘宝磊;熊川
受保护的技术使用者：中石化四机石油机械有限公司;中石化石油机械股份有限公司
技术研发日：2018.07.19
技术公布日：2018.11.16