一种自动送钻防失速装置及方法与流程

本发明涉及一种自动送钻防失速装置，属于石油钻井装备领域。此外，本发明还涉及一种自动送钻防失速方法。

背景技术：

1、自动送钻是指石油钻机绞车在无需人工控制的情况下，实现钻具及钻头自动进给的一种送钻方式。自动送钻相比于手动送钻具有送钻平稳，精度高，减轻司钻劳动强度等优势，同时也是实现自动化智能钻井的必备装置。

2、自动送钻可通过控制单独配备小功率的变频电机送钻、控制主变频电机送钻、控制直流主电机送钻、调节盘刹刹车制动力以及调节伊顿刹车制动力等不同方式实现；目前石油钻机多配套控制小功率的变频电机和控制主变频电机送钻居多。

3、常用的送钻模式有恒钻速送钻、恒钻压送钻、恒泵压送钻、转盘/顶驱恒功率送钻、转盘/顶驱恒转矩送钻等。目前常用的是恒速送钻和恒钻压送钻。

4、虽然多数电动钻机都配备有自动送钻系统，但主要用恒转速送钻模式起升井架，而钻井过程中却很少使用该系统，究其原因主要是存在一定的安全隐患，在处理复杂情况时，自动送钻不如手动送钻安全，其中自动送钻过程中发生送钻失速是最危险的一种复杂情况，若发生失速轻则大钩、游车、顶驱等设备砸在钻台上，尤其是在大悬重且钻进速度较快时，如果出现自动送钻失速则会导致严重的事故发生。

技术实现思路

1、针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种自动送钻防失速装置及方法，及时准确的判断出发生失速的趋势，发现编码器故障，并能及时控制盘刹刹车。

2、本发明的一个方面，提出了一种自动送钻防失速装置，包括：

3、连接绞车滚筒的旋转芯轴，所述旋转芯轴上设置有检测旋转速度的第一检测机构和第二检测机构。

4、自动送钻plc系统，其通过第一检测机构检测的数据计算出绞车滚筒的速度作为第一旋转速度，通过第二检测机构的数据计算出绞车滚筒的速度作为第二旋转速度；

5、其中，自动送钻plc系统对比第一旋转速度和第二旋转速度，当第一旋转速度和第二旋转速度的速度差超过设定的误差范围时控制所述绞车滚筒停止转动。

6、本发明的进一步改进在于，所述第一检测机构连接控制绞车滚筒转速的变频器，所述变频器通过有线或无线连接所述自动送钻plc系统，并将所述第一检测机构反馈的数据传递给所述自动送钻plc系统。

7、本发明的进一步改进在于，所述绞车滚筒上设置有刹车机构，所述自动送钻plc系统连接所述刹车机构；

8、当第一旋转速度和第二旋转速度的速度差超过设定的误差范围时，所述自动送钻plc系统通过刹车机构控制所述绞车滚筒停止转动。

9、本发明的进一步改进在于，所述刹车机构包括能够通过液压力抱死所述绞车滚筒的绞车盘刹，所述绞车盘刹的液压管线上设置有电磁阀；所述电磁阀连接所述自动送钻plc系统。

10、本发明的进一步改进在于，所述第一检测机构为第一旋转编码器，所述第二检测机构为第二旋转编码器。

11、本发明的进一步改进在于，所述第一旋转编码器为增量式编码器，所述第二旋转编码器为绝对值编码器。

12、本发明的进一步改进在于，所述自动送钻plc系统包括：

13、cpu，用于比较所述第一旋转速度和第二旋转速度并控制所述电磁阀；

14、高速脉冲采集模块，连接所述第二检测机构并获取第二旋转速度；

15、电源模块，为所述cpu和所述高速脉冲采集模块提供电能。

16、本发明的进一步改进在于，所述cpu与所述变频器之间通过profibus dp或profinet工业以太网通讯，传输所述第一旋转速度。

17、本发明的另一个方面还提出了一种自动送钻防失速方法，其根据所述自动送钻防失速装置实现，包括：

18、第一检测机构和第二检测机构分别检测旋转芯轴的转速，并传递给自动送钻plc系统；

19、自动送钻plc系统计算出第一旋转速度和第二旋转速度，并计算出第一旋转速度和第二旋转速度的速度差；

20、判断速度差是否在误差允许的范围内，如果超出设定值则控制绞车滚筒停止转动。

21、本发明的进一步改进在于，变频器根据接收的第一检测机构检测的转速数据和预先设定的转速数据对比控制绞车滚筒转动。

22、与现有技术相比，本发明的优点在于：

23、本发明所述一种自动送钻防失速装置及方法，能及时准确的判断出发生失速的趋势，发现编码器故障，并能及时控制盘刹刹车，安全可靠，现场应用证明防失速成功率100％。

技术特征：

1.一种自动送钻防失速装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的自动送钻防失速装置，其特征在于，所述第一检测机构连接控制绞车滚筒转速的变频器(4)，所述变频器(4)通过有线或无线连接所述自动送钻plc系统(5)，并将所述第一检测机构反馈的数据传递给所述自动送钻plc系统(5)。

3.根据权利要求2所述的自动送钻防失速装置，其特征在于，所述绞车滚筒上设置有刹车机构，所述自动送钻plc系统(5)连接所述刹车机构；

4.根据权利要求3所述的自动送钻防失速装置，其特征在于，所述刹车机构包括能够通过液压力抱死所述绞车滚筒的绞车盘刹(7)，所述绞车盘刹(7)的液压管线(15)上设置有电磁阀(6)；所述电磁阀(6)连接所述自动送钻plc系统(5)。

5.根据权利要求4所述的自动送钻防失速装置，其特征在于，所述第一检测机构为第一旋转编码器(2)，所述第二检测机构为第二旋转编码器(3)。

6.根据权利要求5所述的自动送钻防失速装置，其特征在于，所述第一旋转编码器(2)为增量式编码器，所述第二旋转编码器(3)为绝对值编码器。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的自动送钻防失速装置，其特征在于，所述自动送钻plc系统(5)包括：

8.根据权利要求7所述的自动送钻防失速装置，其特征在于，所述cpu(9)与所述变频器(4)之间通过profibus dp或profinet工业以太网通讯，传输所述第一旋转速度。

9.一种自动送钻防失速方法，其根据权利要求1至8中任一项所述自动送钻防失速装置实现，其特征在于，包括：

10.根据权利要求7所述的自动送钻防失速方法，其特征在于，变频器(4)根据接收的第一检测机构检测的转速数据和预先设定的转速数据对比控制绞车滚筒转动。

技术总结
本发明提出了一种自动送钻防失速装置和方法，包括连接绞车滚筒的旋转芯轴，所述旋转芯轴上设置有检测旋转速度的第一检测机构和第二检测机构；自动送钻PLC系统，其通过第一检测机构检测的数据计算出绞车滚筒的速度作为第一旋转速度，通过第二检测机构的数据计算出绞车滚筒的速度作为第二旋转速度；其中，自动送钻PLC系统对比第一旋转速度和第二旋转速度，当第一旋转速度和第二旋转速度的速度差超过设定的误差范围时控制所述绞车滚筒停止转动。本发明能及时准确的判断出发生失速的趋势，发现编码器故障，并能及时控制盘刹刹车，安全可靠。

技术研发人员：尹文波,何洪涛,李胜忠,韩富昌,徐建辉,蔡成镜,江正清,周波,赵恒,吕树泉
受保护的技术使用者：中石化石油工程技术服务有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16