专利名称：安全钻井预防自动装置的制作方法
一．预防顶垮钻井天车自动装置详细说明石油钻井生产安全是十分重要的。可是钻台上实际钻井作业人员，很担心钻机机械长久磨损，引起机械失灵。如操作人员失误几秒钟，就会造成钻井井架上的天车顶垮下来的重大事故发生，其后果是会有人员伤亡，钻机、井报废，给国家造成上百万元的经济损失。钻井工程上的安全科学研究，经过实际调查国内石油钻井在技术方面没有从根本上解决难题。到目前为止，在钻机滚筒的侧面，装置有机械刹车，用2．8cm钢丝绳盘圈在钻机滚筒(31)上，计算运转圈数，当游动滑车(44)(图7)上升距离(45)井架天车轮(2)只有4-3米时，自动刹车停止游动滑车不上升，可是多年以来钻井实际生产过程中，一是机械失灵，二是机械动作太慢，三是游动滑车(44)上升速度快，用气路进气路动作太长，冬天气路有水汽冻结气管线多，安装检查不细不严等，来不急紧急刹车，钻井顶垮天车事故经常发生。在国外石油发达国家里，钻井顶垮天车事故，也没有根本解决，近几年来，四川油气田，研制用光电管技术，安装在钻井井架(1)上，离天车近的位置上，利用游动滑车(44)(图7)4吨重量体积上升离天车(45)的地方，遮住光电管光亮时发出电信号，告诉钻台上司钻紧急刹车，停止游动滑车上升，但到关键时，照样失灵，失灵原因是，在钻井过程中高大井架(1)振动很大，每台钻机用动力为3600匹马力柴油机动力，深井用6000匹马力柴油机钻井，电器元件经不起井架长期恶劣的振动，黑天云雾时，光电管可靠性差。国内各个油田勘探井、生产井、钻井顶垮天车时有发生。多年以来采用直径5毫米细钢丝绳，固定在井架上(图7)(45)地方，另一头挂在钻机滚筒(31)“常开继气器”铁轮上，当游动滑车上升超过(45)时，游动滑车(44)拉脱铁轮上挂钩，铁轮脱掉，气进入刹车气缸里，用气压力刹住钻机滚筒，即游动滑车不上升了。这种老方法不足之处，机械动作太慢，气进缸里时间长，速度很慢，加上高速气路控制，这种方法预防顶垮天车可靠性差。因此钻井顶垮天车事故，从根本上没有彻底解决。但钻井生产必须要安全，华北油田八十多台钻机钻井，几乎每年有顶垮天车大事故发生，经济损失巨大。具上级钻井专家讲，全国有七个大厂研制的防顶垮天车新技术产品，经实际现场使用不成功，去国外买没有。
本新研制安全钻井预防自动装置，预防钻井顶垮天车，从设计研究、研制上核心，要在瞬时间内，使钻机滚筒(31)全部自动停下，则游动滑车才不能顶垮天车(2)，保证钻台上人身安全和设备、新设计其特征是特殊制作一个转速轮(3)(图5)，将转速轮(3)安装到井架(1)天车轮(2)(
图1)侧面任选适合位置，转速轮(3)连结在发射自整角机(5)轴(4)上，天车轮(2)转动，带动转速轮(3)转动，转速轮转动带动发射自整角(5)轴(4)转动，自整角机(5)上用五芯电缆线(6)连结到接收自整角(7)接电缆线头(21)上，起到两个自整角机(5．7)和天车轮(2)转速轮(3)同步运行传递电信号；但要根据钻井井架高度，确定园型齿轮(8)齿轮(9)传动比，齿轮(9)同自整角机(7)传动比为1∶1；但蜗轮(12)同蜗杆(11)可变齿数，则蜗轮(12)传动比齿数，是随钻井井架高矮确定，这是设计上的关键发明点之一。
用两个自整角机(5、7)同步运行，自整角机(7)转动带动了齿轮(9)转动角度相同。因全国各个油田使用井架高矮不相同，设计将两个齿轮(8、9)可任意改变传动比，本研制上用自整角机(7)同两个齿轮(8、9)传动比为1∶1，蜗杆(11)上(10)为计数轮，使用者观察整体运行实况，圆形齿轮(8)带动蜗杆(11)转动，蜗杆(11)带动蜗轮(12)转动，蜗轮(12)上支长压板(14)跟随蜗轮(12)运行。使用上先用电磁铁(18)由拉杆(17)拉开离合器(19)，离开自整角机(7)轴，再用人手调节蜗杆(11)上手把(13)，调准蜗轮(12)上支压板(14)与微动开关(15)，特别要使用人注意调节微动开关(15)活动位置，要同井架(1)上(45)(图6、7)准确位置，调准微动开关(15)固定好，特又设计微动开关(15)安装上可动又能固定牢靠，关系到预防顶垮天车大事，使用说明书上，要讲清楚，再好的高新技术产品不会使用也不成功。教会使用人十分重要的。目前国内制造新井架50米75米高，钻井用井架广泛。则确定蜗轮(12)蜗杆(11)一起连续运行，蜗轮(12)上的支板(14)压上微动开关(15)时，当微动开关电信号传到电机(33)(图2)有电信号输入电机(33)上，电机转动，连续带动轮(35)、支头(34)、支杆(36)一起转动半圈时，永久磁铁(27)改变磁力线离开(37)时，永磁(27)吸住铁板(26)无磁力，没有吸住力量了，铁板(26)被重物体(25)拉下，同时拉下钢丝绳(28)，将刹把(30)从A1拉到A2位置时，钻机滚筒(31)停止转动，则游动滑车(44)(图7)同时间停止上升；同时间将双微动开关(15A)电信号传递到钻机滚筒(31)里，让盘卷钢丝绳(28cm直径)在钻机滚筒(31)里气路切断，把高速和低速气路放气，使钻机滚筒(31)自动停止气无有气压力带转不动了，游动滑车停止上升；预防钻井顶垮天车(2)事故就会排除。
中国石油勘探井、油气田开发生产井，地质勘探井，井深有浅井，2500-3600米深井中，4000到7000米为深井，井有浅井、深井，钻井工程用大型柴油机作动力，采用国产柴油机每台为1200匹马力，进行钻井，钻井是一项巨大工程机械系统，就钻机滚筒(31)30吨到50吨重体积、全部用好刚才制成钻机。天车轮(2)和游动滑车(44)(图7)载重量为300-500吨，钻井过程中，安全钻井中安全显示出特别的重要了，在实际钻井中顶碰顶垮钻井天车，各个油田经常发生，已成为世界石油钻井要安全生产大难题。因此从科学技术上研究预防钻井顶垮天车，要用三保新技术，才有保障不顶垮天车，采用第二套自动装置，用电磁铁、电机速度快，同样达到防止顶天车自动控制装置；关键是当游动滑车上升到井架(1)的(45)(图7)位置时，需使钻机滚筒(31)自动停下；则蜗轮(12)上支板(14)压上微动开关(15)(15A)发出电信号非常重要，它传递电信号快，能在瞬时内达到目的，即电信号(15)(15A)传到电机(33)(图2)；电磁铁(48)(图3)到刹把(30)从A1到A2，在瞬时间内完成；因游动滑车(44)(图7)(45)到天车轮(2)4米，在高速游动滑车上升速度只有2．5秒钟左右，只有电、电磁铁两配合技术，能够在瞬时之内达到预防顶垮天车事故发生目的能达到，它是本发明点之二。
全国各个油田钻井队，自发电供井场用电钻井，当不需要用电或停发电机检修时，井场无有电也要钻井，特殊设计在天车(2)下(图6)(45)横串过一根钢丝绳(10mm直径)(32)，从滑轮(39)经过连结(图2)长支杆(38)上头(32)固定好，当游动滑车(44)(图6)上升到(45)位置，游动滑车(44)顶拉钢丝绳(32)拉过去支杆(38)(图2)向上走，走过半圈时，使永久磁铁(27)上改变磁力线方向隔开，(参看图8永久磁铁起重器原理作用)，铁板(26)无磁场吸住铁板力量而掉下，重物体(25)一同将钢丝绳(28)拉下刹把(30)从A1到A2位置，使钻机滚筒(31)全停止转动。有电无电，有预防钻井顶垮天车(2)作用，只要游动滑车上升半米到一米，比用电磁铁作用还要快，准确可靠性好、好安装、使用方便，它是本发明点之三。
为确保预防顶垮天车(2)，当游动滑车(44)(图7)上升(45)点之时，给钻机滚筒(31)刹车刹住刹把(30)从A1到A2位置，设计采用三保险装置，使用游动滑车(44)4吨或6吨重体积上升到(45)处顶上双电线接触开关(15D)(图4)，只要游车上升半米时，(15D)两线头导通有电信号，瞬时间传递到电机(33)(图2)上或传递到电磁铁(48)(图3)上，则电机(33)同电磁铁(48)只要输来电信号快，刹把(30)从A1到A2快，这种技术能在1秒钟内完成，超过游动滑车(44)高速上升速度。达到瞬时间预防顶垮天车事故发生。因此科学研究安全钻井预防顶垮天车自动装置，研究核心，无论环境恶劣钻井在野外作业条件差，钻机设备复杂，当游动滑车(44)高度或低速上升速度是很快的，从制造钻机上，游车上升从(45)处到天车轮(2)4米，只有2．5秒钟，可现有机械预防顶垮天车，采用气路方法，进气路等气缸刹住钻机滚筒(31)速度慢于游车(44)(图7)上升速度，各个油田钻井顶垮天车事故经常发生的原因，老抱住气缸方法防止顶垮天车不灵，华北油田96年97年98年发生顶垮天车大事故，损失太大了，死两人，本研究目的，从科学上彻底解决顶垮天车国内国外没有从根本上解决，该新技术经过实践是成功的，该新技术是国家石油天然气田大发展，很需要的实用性强的，新科学技术产品，对国外要绝对保密，因此申请发明专利。本人在经济上太困难了，请专利局减免专利费。
二、预告钻井钻到油层、气层井喷天然气自动装置详细说明石油勘探井、油气田开发生产井，连续性钻井过程中，发现有油层、气层时，特别是钻入大油层、大气层，钻井工程上要特别提防井喷，引起天然气火灾。我国西南地区，开发大油田、大气田，钻井井喷出油和天然气井多，发生大火灾井严重，经济损失大，特别是在四川、云南、贵州、广西气井多，地层里天然气压力大，四川开江大池干大气田，气井气压超过500Mpa。因此研究预防井喷很需要，用科技方法，完全能够避免井喷油和天然气，引起大火灾发生，减少钻井事故。预防钻入油、气层，提前预告井喷要措施研制出探测器(简称探测头)23A(图1)中，探测器制作技术上，选用灵敏度高铂金丝或Fe2O3材料制作；用平衡电桥原理也行。电路板(23B)转换输出电信号。铂金丝制作探测头性能稳定，导电性强，灵敏度高，不受钻井泥浆混合其他气体影响。探测器(23A)安放在钻台(29)(图6)下泥浆出口槽，任选适合位置，固定好四个探测器。连续钻井连续自动测量金烃、甲烷、重烃和非烃气体含量数值，将有油气层、油水层划分清楚，有油气井下套管，无有油气井不下套管，错误下套管井多，经济直接损失大。
我国陆地上勘探井实践证实，深浅地层地下油气资源十分丰富，研制成功探测器，能够测量出钻井钻到低压、高压油层气层效果好，预告井喷好，大港和胜利两油田，钻井钻到了浅气层发生井喷，事前无准备，三台钻机全部掉入地层里，损失惨重。探测器还能适用于储油库、油船、输油和天然气管道安全上用。研制探测器经过钻井油层地段使用论证，达到开发油气田生产井、勘探井实用标准要求；能自动测出0．01％浓度，已作到钻井、找油田，找大小气田，探测器实用性很强作用大。除了自动预告井喷用外，能够作到钻井过程中，不漏掉深浅大小浅薄深油气层，国内外石油勘探井还没有作到这一点。到目前已钻过井，有油气层被漏掉油井多，该新技术经济价值大。由电脑仪输入磁盘里，完井用全井各个实测参数。也可用自动记录全井全烃、甲烷、重烃、非烃四条曲线，将油层、气层、油水层、气水层划分清楚。
安全钻井预防自动装置(一)图的名称是图1设计原理总2预防顶垮天车原理结构3电磁铁4双电线接独开关5转速轮(3)安装位置6钻井井架(1)和游动滑车(44)7钻井全景貌8永磁起重器原理作用供参考图(二)各图详细说明是图1井架(1)，天车轮(2)，转速轮(3)，发射自整角机轴(4)，发射自整角机(5)，电缆线(6)，接受自整角机(7)，圆形齿轮(8、9)，记数轮(10)，蜗杆(11)，蜗轮(12)，手把调节(13)，支板(14)，微动开关(15)，电线(16)，直流电磁铁支板(17)，直流电磁铁(18)，离合器(19)，喇叭(20)，电线头(21)，两个自整角机连接电缆线(22)，电路板(23)，探测头(23A)，报警电路图(23B)，变压器(24)，刹车重物体(25)，永磁铁(27)，刹把(30)，钻机滚筒(31)。图2刹车重物体(25)，铁板(26)，永磁铁(27)，刹车小钢丝绳(28)，钻台(29)，刹把(30)，钻机滚筒(31)，连接钢丝绳支板头(32)，电机(33)，支头(34)，支杆(35)，隔开水磁力线支板(37)，长支杆(38)，绕钢丝绳(32)滑轮(39)，A1-A2表示刹把转动角度。图3铁棒(47)，电磁铁(48)，连接电磁铁信号线(49)，钻台(29)，刹把(30)，钻机滚筒(31)，A1-A2表示刹把转动角度。图4双电线接触开关(23D)，游动滑车(44)。图5天车轮(2)，转速轮(3)，发射自整角(5)，电缆线头(6)，自整角机轴(4)，固定自整角机支杆螺丝(50)，固定支板(51)，天车轮(2)。图6预防顶垮天车标志界限(45)，组合钢丝绳(42)，预防顶垮天车小钢丝绳(32)，钻井方钻杆(41)，钻井钻机(40)，滑轮(39)。图7组合钢丝绳(42)，钻井方钻杆(41)，预防顶垮天车小钢丝绳(32)，滑轮(39)，预防顶垮天车标志界限(45)。图8永磁起重器原理结构作用供参考图。
权利要求
一、预防顶垮钻井天车自动装置结构特征是a、特制作传递转速轮(3)，安放位置是在钻井井架(1)(图1)天车轮(2)上，在天车轮(2)(图5)侧面任选适合位置，转速轮(3)连结到自整角机(5)轴(4)上，天车轮推动转速轮(3)一起转动，转速轮(3)带动发射自整角机(5)轴(4)转动，自整角机(5)上输出电信号线(6)，连结到接收自整角机(7)上，起到两个自整角机(5)(7)同步运行传递信号；b、根据井架(1)高(图7)确定齿轮(8)(9)(图1)传动比，齿轮(9)同接收自整角机(7)传动比为1∶1，齿轮(8)同蜗杆(11)传动比为1∶1，蜗杆(11)同蜗轮(12)随井架高低可变齿数(8)(9)，确定蜗轮(12)要同井架(1)高确定它的传动比，蜗轮(12)，接受自整角(7)转动带动齿轮(9)(8)转动角度相同，则微动开关(15)由使用者选用确定井架(1)(45)距离点，(图6)(45)是要游动滑车(44)上升停止点，确定蜗轮(12)同蜗杆(11)传动比为1∶100或1∶50，蜗轮(12)上支板(14)跟随天车轮(2)运行，当游动滑车(44)(图6)上升到井架(1)离天车轮(2)(图7)下(45)，只有4米时，蜗轮(12)(图1)上支板(14)压上微动开关(15)时，瞬时间电信号传递到(图2)电机(33)上，电机转动带动轮(35)和支头(34)及支杆(36)一起转动半圈时，永久磁铁(27)改变磁力线方向(37)时，永磁(27)吸住铁板(26)无磁力吸力量，铁板(26)被重物体(25)拉下钢丝绳(28)将刹把(30)从A1拉到A2位置时，钻机滚筒(31)停止转动，则游动滑车(44)(图7)同时停止上升；同时将双微动开关(15A)电信号传送到钻机滚筒(31)里，让盘卷钢丝绳钻机滚筒(31)气路切断，把高速和低速气路放气，气囊无气压力转不动了，使钻机滚筒(31)自动停止，游动滑车停止上升；c、特殊设计预防顶垮天车三保险自动装置其特征是在(图1)蜗轮(12)上支板(14)加长五公分，用双微动开关(15A)当有电信号输入到交流电磁铁(48)(图3)上，有电产生磁场，瞬时间将铁棒(47)吸下去，铁棒连钢丝绳(28)拉下刹把(30)从A1到A2位置上，刹住钻机滚筒(31)停止转动，游动滑车同时停止不上升了；d、设立在天车(图6)离天车(2)下(45)位置，用(图4)当游动滑车(44)(图7)顶双电线接独开关(15D)时，接通有电信号传递到电磁铁(48)(图3)上时，电磁棒(47)连结到钢丝绳(28)拉下刹把(30)从A1到A2位置，刹住钻机滚筒(31)停止转动；同时把(15D)电信号传送到电机(33)(图2)上，起到双保险作用；e、每个钻井队自发电供井场工作，当不需要用电或停发电机检修时，井场无有电，也要钻井，特设计是在天车(2)(45)(图6)横串过一根钢丝绳(32)，从滑轮(39)连结(图2)长支杆(38)上头(32)固定好，当游动滑车(44)(图6、7)上升到(45)位置，游动滑车顶拉钢丝绳(32)拉过长支杆(38)(图2)向上走，走过半圈，使永久磁铁(27)上改变磁力线(37)方向(参看图8永久磁铁原理作用)，铁板(26)无磁场吸力量掉下，重物体(25)一同将钢丝绳(28)拉下刹把(30)从A1到A2位置，使钻机滚筒(31)停止转动，有电无电有预防顶垮天车事故发生，设用三保险永不顶垮天车了，该装置安装在钻机滚筒轴两端最佳保险；
二、预告井喷石油和天然气井自动装置其特征是用灵敏度高，导电性强的铂金丝或Fe2O3材料特制作成探测头(图1)(23A)，探测头(23A)安放在钻井井台(29)(图6)泥浆槽出口任选适合位置，钻井钻到油层或天然气层时，油气碳氯化合物气体分子向泥浆外扩散，探测头(23A)灵敏度高，瞬时间输出电信号，电信号转换成为声、光报警，报警随油气显示大小，分为低、中、高三种不同信号，提前预告井喷油、气层，避免天然气喷出井口火灾烧钻机，可用二、三个以上探测头(23A)，输出电信号报警；并能自动测量油层、气层全烃、甲烷、重烃、非烃数值，全输入磁盘里储藏起来，完井后用参数，要在第三个探测头进气管前面管口内装入硅胶或活性炭，把甲烷和重烃分开了，提供勘探找油田，找大小气田用，探测头制成探测器时发现油田和气田的探测量头作用大。
全文摘要
地质和石油勘探井架有45米、75米,天车载重量500吨,天车和游动滑车钻井长期磨损,操作钻机疏忽几秒钟,游动滑车上升,离天车3—4米,瞬时间内让游动滑车自动停下,防止天车顶垮下的事故发生。本技术用电信号发出,用电磁铁和永久磁铁新技术预防顶垮天车,游动滑车停下。预告井喷石油、天然气。特制成探测头,输出电信号,光报警,提前避免井喷火灾发生,保证人身安全。并自动测量油层、气层全烃、甲烷、重烃、非烃数值,输入磁盘里,起到发现油田、气田的作用。
文档编号E21B44/00GK1292452SQ9912161
公开日2001年4月25日 申请日期1999年10月8日 优先权日1999年10月8日
发明者杨晖 申请人:杨晖