CN102022106B - 钻杆接头自动旋扣控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

钻杆接头自动旋扣控制装置，应用于钻井连续循环钻井系统钻杆接头自动旋扣。恒压泵与比例减压阀a和电磁换向阀相连；压力补偿器与比例减压阀a相连压力补偿器与旋扣马达相连；电磁换向阀与液控单向阀a和液控单向阀b相连，电磁换向阀与液控单向阀a和液控单向阀b相连；双路节流/单向阀与比例减压阀b相连，双路节流/单向阀与比例减压阀c相连，双路节流/单向阀与液控单向阀a相连，双路节流/单向阀与液控单向阀b相连；压力传感器a与比例减压阀a、旋扣马达、比例减压阀b、比例减压阀c、平衡补偿油缸平衡补偿油缸相连。效果是：通过控制旋扣马达与平衡补偿油缸，消除运动干涉和钻井液上顶力对钻杆接头旋扣控制的不利影响，避免旋扣时造成螺纹损伤。

Description

钻杆接头自动旋扣控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及石油行业中钻井装备领域，具体是一种连续循环钻井系统实现钻杆接头自动旋扣的控制装置和控制方法。

背景技术

目前，连续循环钻井系统是一项先进的钻井技术和装备，能够在接单根期间保持钻井液的连续循环，从而在整个钻进期间实现稳定的当量循环密度和不间断的钻屑排出，避免了停泵和开泵循环时引起的井底压力波动，全面改善了井眼条件和钻井安全，极大地降低钻井事故，提高总的机械钻速。

钻杆接头自动旋扣控制是连续循环钻井系统的核心技术之一，旋扣控制的基本工作原理是：卸扣时，动力钳上的旋扣马达通过齿轮传动机构和钻杆夹紧机构驱动钻杆反转，在钻杆接头旋离的同时，利用平衡补偿油缸使动力钳随钻杆同步向上运动直至接头完全分离；反之，上扣时，动力钳上的旋扣马达通过齿轮传动机构和钻杆夹紧机构驱动钻杆正转，在钻杆接头旋合的同时，利用平衡补偿油缸使动力钳随钻杆同步向下运动直至接头旋紧。

作业时，连续循环钻井系统必须在主机的腔体总成内完成钻杆接头的旋扣操作，而操作人员无法直接观测到腔内情况，同时在腔内还存在高速流动的高压钻井液，因此与常规旋扣操作相比控制难度较大。钻杆自动旋扣控制的关键技术难点包括：

(1)同步运动控制：在钻杆接头旋扣过程中，由于螺纹副啮合运动作用，钻杆在旋转的同时会产生轴向移动，因此，必须使动力钳随着接头螺纹的旋转与钻杆保持同步轴向运动，否则将可能因运动干涉，而导致旋扣扭矩迅速升高，甚至损伤钻杆接头螺纹；

(2)轴向载荷控制：腔内高压钻井液产生的上顶力使钻杆接头螺纹承受很大的轴向载荷作用，这样就造成螺纹啮合面上的接触压力骤然增大，引起过高的旋扣扭矩，甚至导致螺纹磨损、粘扣以致失效等。因此，旋扣时必须平衡钻井液上顶力作用，将接头螺纹承受的轴向载荷严格控制在合理的范围内，有效降低接头螺纹的啮合面压力和旋扣摩阻，保护螺纹不受损伤。

发明内容

本发明的目的是：提供一种钻杆接头自动旋扣控制装置及控制方法，通过控制旋扣马达和平衡补偿油缸，实现旋扣时动力钳与钻杆的同步运动和接头螺纹的轴向载荷平衡，保护接头螺纹不受损伤。解决连续循环钻井系统在实施钻杆接头自动旋扣操作过程中的同步运动和轴向载荷控制问题。通过协同控制旋扣马达与平衡补偿油缸，实现旋扣时动力钳与钻杆的同步运动和接头螺纹的轴向载荷平衡，提高钻杆接头旋扣控制的安全可靠性和作业效率，降低操作人员的劳动强度。

本发明采用的技术方案是：钻杆接头自动旋扣控制方法，利用比例换向阀和压力补偿器准确控制旋扣马达转速，使旋扣马达能够驱动钻杆平衡转动旋扣，与此同时，利用两个具有溢流功能的比例减压阀分别控制平衡补偿油缸的有杆腔和无杆腔压力，不仅能够平衡钻井液上顶力作用，将接头螺纹承受的轴向载荷控制在合理范围内，有效降低接头螺纹的啮合面压力和旋扣摩阻，而且使动力钳能够在适当的轴向力作用下随钻杆同步上下运动。

钻杆接头自动旋扣控制装置，主要由恒压泵1、四个旋扣马达8、四个平衡补偿油缸20、一个比例换向阀4、一个压力补偿器5、一个电磁换向阀12、三个比例减压阀、两个液控单向阀、一个双路节流/单向阀14、七个压力传感器、一个位移传感器21、一个转速传感器9和油箱22组成，其连接关系如下：

A)恒压泵1的压力油口连接比例减压阀a2的油口B、比例减压阀b10的油口P、比例减压阀c11的油口P和电磁换向阀12的油口P；

B)压力补偿器5的油口P与比例减压阀a2的油口A相连，压力补偿器5的油口P1与比例换向阀4的油口P相连；压力补偿器5的油口T1与比例换向阀4的油口T相连；压力补偿器5的油口A1与比例换向阀4的油口A相连；压力补偿器5的油口B1与比例换向阀4的油口B相连，压力补偿器5的油口A与四个旋扣马达8的油口A相连；压力补偿器5的油口B与四个旋扣马达8的油口B相连；

C)电磁换向阀12的油口A与液控单向阀a16和液控单向阀b17的油口Y相连，电磁换向阀12的油口B与液控单向阀a16和液控单向阀b 17的油口X相连；

D)双路节流/单向阀14的油口A1与比例减压阀b10的油口A相连，双路节流/单向阀14的油口B1与比例减压阀c11的油口A相连，双路节流/单向阀14的油口A与液控单向阀a16的油口A相连，双路节流/单向阀14的油口B与液控单向阀b17的油口A相连；

E)液控单向阀a16的油口B与平衡补偿油缸20的有杆腔油口A相连，液控单向阀b17的油口B与平衡补偿油缸20的无杆腔油口B相连；

F)比例减压阀a2的油口Y、压力补偿器5的油口T、电磁换向阀12的油口T、比例减压阀b 10的油口T和比例减压阀c11的油口T与油箱相连；

G)压力传感器a3与比例减压阀a2的油口A相连，压力传感器b6与旋扣马达8的油口A相连，压力传感器c7与旋扣马达8的油口B相连，压力传感器d13与比例减压阀b10的油口A相连，压力传感器e15与比例减压阀c11的油口A相连，压力传感器f18与液控单向阀a16的油口B相连，压力传感器g19与液控单向阀b17的油口B相连；

H)转速传感器9安装在任一个旋扣马达8上，位移传感器21安装在任一个平衡补偿油缸20的活塞杆上或缸体内。

本领域的技术人员熟知所述的油口A、油口B、油口A1、油口B 1、油口Y、油口T和油口P的含义和具体位置；能理解所述的相连或连接是通过液压管或液压软管连接的。

钻杆接头旋扣控制方法是：

上扣控制：

A)首先利用压力传感器f(18)和压力传感器g(19)分别检测平衡补偿油缸(20)的有杆腔压力(p1)和无杆腔压力(p2)；

B)分别调整比例减压阀b(10)和比例减压阀c(11)的油口A压力(p3和p4)，并利用压力传感器d(13)和压力传感器e(15)进行检测，使压力(p3)与平衡补偿油缸(20)的有杆腔压力(p1)一致，压力(p4)与平衡补偿油缸(20)的无杆腔压力(p2)一致；

C)电磁换向阀(12)通电，开启液控单向阀a(16)和液控单向阀b(17)，使平衡补偿油缸(20)的有杆腔油口A与比例减压阀b(10)的油口A连通，平衡补偿油缸(20)的无杆腔油口B与比例减压阀c(11)的油口A连通；

D)测算出钻井液上顶力值(F1)，用比例减压阀c(11)将平衡补偿油缸(20)的无杆腔压力(p2)调整为零，用比例减压阀b(10)调整平衡补偿油缸(20)的有杆腔压力(p1)，使平衡补偿油缸(20)产生的下压力(F2)略大于高压钻井液产生的上顶力(F1)，如1000N，此时接头螺纹承受向下的轴向载荷；

E)根据旋扣扭矩要求，利用比例减压阀a(2)和压力传感器a(3)设置旋扣马达(8)的最大工作压力(p5)，如10MPa，然后启动比例换向阀(4)，使比例换向阀(4)的油口P与油口A连通，油口T与油口B连通；

F)在压差补偿器(5)的辅助作用下，通过控制比例换向阀(4)的阀口开度，并利用转速传感器(9)进行转速检测，使旋扣马达(8)通过齿轮传动机构(25)和钻杆夹紧机构(24)以30～50r/min的转速驱动钻杆(26)平稳正转上扣；

G)当上部钻杆(26)相对于下部钻柱(29)正转上扣时，钻杆(26)和动力钳(23)将产生下行趋势，迫使平衡补偿油缸(20)的无杆腔压力(p2)升高，而有杆腔压力(p1)降低，此时无杆腔中的油液通过比例减压阀c(11)开始溢流，而比例减压阀b(10)将向有杆腔补充油液，推动平衡补偿油缸(20)的活塞杆下行，平衡补偿油缸(20)产生的下压力(F2)仍大于与钻井液上顶力(F1)约1000N，即平衡补偿油缸(20)使动力钳随钻杆同步向下运动，而接头螺纹承受的向下载荷保持不变；

H)当转速传感器(9)检测到旋扣马达(8)停止转动，同时位移传感器(21)检测到钻杆(26)和动力钳(23)的下行位移(S1)大于接头旋紧所需的最短下行距离(L1)时，如10mm，可判断接头已经旋紧到位；

I)关闭比例换向阀(4)，使其回复至中位，同时电磁换向阀(12)断电，关闭液控单向阀a(16)和液控单向阀b(17)，截断平衡补偿油缸(20)的有杆腔和无杆腔的油路，完成上扣控制；

卸扣控制：

J)按照步骤A)、步骤B)和步骤C)依次进行操作；

K)测算出钻井液上顶力值(F1)，用比例减压阀c(11)将平衡补偿油缸(20)的无杆腔压力(p2)调整为约2MPa，用比例减压阀b(10)调整平衡补偿油缸(20)的有杆腔压力(p1)，使平衡补偿油缸(20)的下压力(F2)略小于高压钻井液产生的上顶力(F1)，如1000N，此时接头螺纹承受向上的轴向载荷；

L)根据旋扣扭矩要求，利用比例减压阀a(2)和压力传感器a(3)设置旋扣马达(8)的最大工作压力(p5)，如10MPa，然后启动比例换向阀(4)，使比例换向阀(4)的油口P与油口B连通，油口T与油口A连通；

M)在压差补偿器(5)的辅助作用下，通过控制比例换向阀(4)的阀口开度，并利用转速传感器(9)进行转速检测，使旋扣马达(8)通过齿轮传动机构(25)和钻杆夹紧机构(24)以大约40r/min的转速驱动钻杆(26)平稳反转卸扣；

N)当钻杆(26)相对于钻柱(29)反转卸扣时，钻杆(26)和动力钳(23)将产生上行趋势，迫使平衡补偿油缸(20)的有杆腔压力(p1)升高，而无杆腔压力(p2)降低，此时有杆腔中的油液通过比例减压阀b(10)开始溢流，而比例减压阀c(11)将向无杆腔补充油液，推动平衡补偿油缸(20)的活塞杆上行，但平衡补偿油缸(20)产生的下压力(F2)仍小于钻井液上顶力(F1)约1000N，即平衡补偿油缸(20)使动力钳随钻杆同步向上运动，而接头螺纹承受的向上载荷保持不变；

O)利用压力传感器b(6)和压力传感器c(7)分别检测旋扣马达(8)的油口A压力(p6)和油口B压力(p7)，当测算出实际旋扣扭矩(M)小于某一设定值，如1kN.m，同时位移传感器(21)检测到钻杆(26)和动力钳(23)的上行位移(S2)大于接头松开所需的最短上行距离(L2)时，如10mm，可判断接头已经卸扣脱离；

P)关闭比例换向阀(4)，使其回复至中位，同时电磁换向阀(12)断电，关闭液控单向阀a(16)和液控单向阀b(17)，截断平衡补偿油缸(20)的有杆腔和无杆腔的油路，完成卸扣控制。

本发明的有益效果：本发明提供一种连续循环钻井系统在主机的腔体总成内实现钻杆自动旋扣的控制装置和方法。该发明通过协同控制旋扣马达与平衡补偿油缸，消除运动干涉和钻井液上顶力对钻杆接头旋扣控制的不利影响，避免旋扣时造成螺纹损伤。

通过协同控制旋扣马达与平衡补偿油缸，解决了旋扣时动力钳与钻杆的同步运动以及接头螺纹的轴向载荷平衡等控制难题，避免了因运动干涉和钻井液上顶力作用而造成钻杆接头螺纹损伤，有效提高了钻杆接头旋扣控制的安全可靠性和作业效率，降低了操作人员的劳动强度。

附图说明

图1是钻杆接头旋扣控制装置原理图。

图2是钻杆接头旋扣装置示意图。

图中，1.恒压泵，2.比例减压阀a，3.压力传感器a，4.比例换向阀，5.压力补偿器，6.压力传感器b，7.压力传感器c，8.旋扣马达，9.转速传感器，10.比例减压阀b，11.比例减压阀c，12.电磁换向阀，13.压力传感器d，14.双路节流/单向阀，15.压力传感器e，16.液控单向阀a，17.液控单向阀b，18.压力传感器f，19.压力传感器g，20.平衡补偿油缸，21.位移传感器，22.油箱，23.动力钳，24.钻杆夹紧机构，25.齿轮传动机构，26.钻杆，27.腔体总成，28.背钳，29.钻柱。

具体实施方式

实施例1：以一个钻杆接头自动旋扣控制装置为例，对本发明作进一步详细说明。

参阅图1。钻杆接头自动旋扣控制装置，主要由恒压泵1、四个旋扣马达8、四个平衡补偿油缸20、一个比例换向阀4、一个压力补偿器5、一个电磁换向阀12、三个比例减压阀、两个液控单向阀、一个双路节流/单向阀14、七个压力传感器、一个位移传感器21、一个转速传感器9和油箱22组成。

恒压泵1的型号：JRR075CP；旋扣马达8的型号：TG0280；平衡补偿油缸20的型号：WYX01140L-1FY；比例换向阀4的型号：DPZA-A-273-S3；压力补偿器5的型号：JPC-211/30；电磁换向阀12的型号：AExd4Z60a；比例减压阀a2、比例减压阀b10、比例减压阀c11的型号：MVBPM33-200；两个液控单向阀16、17的型号：SL10PB2；双路节流/单向阀14的型号：Z2FS10；七个压力传感器的型号：PBLM25AEx、位移传感器21的型号：PT8420、转速传感器9的型号：2MC-EX-H-1024。以上部件匀为现有产品。其连接关系如下：

A)恒压泵1的压力油口连接比例减压阀a2的油口B、比例减压阀b10的油口P、比例减压阀c11的油口P和电磁换向阀12的油口P；

B)压力补偿器5的油口P与比例减压阀a2的油口A相连，压力补偿器5的油口P1与比例换向阀4的油口P相连；压力补偿器5的油口T1与比例换向阀4的油口T相连；压力补偿器5的油口A1与比例换向阀4的油口A相连；压力补偿器5的油口B 1与比例换向阀4的油口B相连，压力补偿器5的油口A与四个旋扣马达8的油口A相连；压力补偿器5的油口B与四个旋扣马达8的油口B相连；

C)电磁换向阀12的油口A与液控单向阀a16和液控单向阀b17的油口Y相连，电磁换向阀12的油口B与液控单向阀a16和液控单向阀b 17的油口X相连；

D)双路节流/单向阀14的油口A1与比例减压阀b10的油口A相连，双路节流/单向阀14的油口B1与比例减压阀c11的油口A相连，双路节流/单向阀14的油口A与液控单向阀a16的油口A相连，双路节流/单向阀14的油口B与液控单向阀b17的油口A相连；

E)液控单向阀a16的油口B与平衡补偿油缸20的有杆腔油口A相连，液控单向阀b17的油口B与平衡补偿油缸20的无杆腔油口B相连；

F)比例减压阀a2的油口Y、压力补偿器5的油口T、电磁换向阀12的油口T、比例减压阀b10的油口T和比例减压阀c11的油口T与油箱相连；

G)压力传感器a3与比例减压阀a2的油口A相连，压力传感器b6与旋扣马达8的油口A相连，压力传感器c7与旋扣马达8的油口B相连，压力传感器d13与比例减压阀b10的油口A相连，压力传感器e15与比例减压阀c11的油口A相连，压力传感器f18与液控单向阀a16的油口B相连，压力传感器g19与液控单向阀b17的油口B相连；

H)转速传感器9安装在任一个旋扣马达8上，位移传感器21安装在任一个平衡补偿油缸20的活塞杆上或缸体内。

自动旋扣控制分为上扣控制和卸扣控制，钻杆接头自动旋扣控制方法：参阅图1和图2。

上扣控制：

A)首先利用压力传感器f18和压力传感器g19分别检测平衡补偿油缸20的有杆腔压力p1和无杆腔压力p2；

B)分别调整比例减压阀b10和比例减压阀c11的油口A压力p3和p4，并利用压力传感器d13和压力传感器e15进行检测，使压力p3与平衡补偿油缸20的有杆腔压力p1一致，压力p4与平衡补偿油缸20的无杆腔压力p2一致；

C)电磁换向阀12通电，开启液控单向阀a16和液控单向阀b 17，使平衡补偿油缸20的有杆腔油口A与比例减压阀b10的油口A连通，平衡补偿油缸20的无杆腔油口B与比例减压阀c11的油口A连通；

D)测算出钻井液上顶力值F1，用比例减压阀c11将平衡补偿油缸20的无杆腔压力p2调整为零，用比例减压阀b10调整平衡补偿油缸20的有杆腔压p1，使平衡补偿油缸20产生的下压力F2略大于高压钻井液产生的上顶力F1，如1000N，此时接头螺纹承受向下的轴向载荷；

E)根据旋扣扭矩要求，利用比例减压阀a2和压力传感器a3设置旋扣马达8的最大工作压力p5，如10MPa，然后启动比例换向阀4，使比例换向阀4的油口P与油口A连通，油口T与油口B连通；

F)在压差补偿器5的辅助作用下，通过控制比例换向阀4的阀口开度，并利用转速传感器9进行转速检测，使旋扣马达8通过齿轮传动机构25和钻杆夹紧机构24以40r/min的转速驱动上部钻杆26平稳正转上扣；

G)由于腔体总成27内的背钳28牢固夹紧下部钻柱29的接头，当上部钻杆26相对于下部钻柱29正转上扣时，钻杆26和动力钳23将产生下行趋势，迫使平衡补偿油缸20的无杆腔压力p2升高，而有杆腔压力p1降低，此时无杆腔中的油液通过比例减压阀c11开始溢流，而比例减压阀b10将向有杆腔补充油液，推动平衡补偿油缸20的活塞杆下行，平衡补偿油缸20产生的下压力F2仍大于与钻井液上顶力F1约1000N，即平衡补偿油缸20使动力钳随钻杆同步向下运动，而接头螺纹承受的向下载荷保持不变；

H)当转速传感器9检测到旋扣马达8停止转动，同时位移传感器21检测到钻杆26和动力钳23的下行位移S1大于接头旋紧所需的最短下行距离L1时，如10mm，判断接头已经旋紧到位；

I)关闭比例换向阀4，使其回复至中位，同时电磁换向阀12断电，关闭液控单向阀a16和液控单向阀b17，截断平衡补偿油缸20的有杆腔和无杆腔的油路，完成上扣控制；

卸扣控制：

J)按照步骤A)、步骤B)和步骤C)依次实施操作；

K)测算出钻井液上顶力值F1，用比例减压阀c11将平衡补偿油缸20的无杆腔压力p2调整为约2MPa，用比例减压阀b10调整平衡补偿油缸20的有杆腔压力p1，使平衡补偿油缸20的下压力F2略小于高压钻井液产生的上顶力F1，如1000N，此时接头螺纹承受向上的轴向载荷；

L)根据旋扣扭矩要求，利用比例减压阀a2和压力传感器a3设置旋扣马达8的最大工作压力p5，如10MPa，然后启动比例换向阀4，使比例换向阀4的油口P与油口B连通，油口T与油口A连通；

M)在压差补偿器5的辅助作用下，通过控制比例换向阀4的阀口开度，并利用转速传感器9进行转速检测，使旋扣马达8通过齿轮传动机构25和钻杆夹紧机构24以40r/min的转速驱动钻杆26平稳反转卸扣；

N)由于腔体总成27内的背钳28牢固夹紧下部钻柱29的接头，当钻杆26相对于钻柱29反转卸扣时，钻杆26和动力钳23将产生上行趋势，迫使平衡补偿油缸20的有杆腔压力p1升高，而无杆腔压力p2降低，此时有杆腔中的油液通过比例减压阀b10开始溢流，而比例减压阀c11将向无杆腔补充油液，推动平衡补偿油缸20的活塞杆上行，但平衡补偿油缸20产生的下压力F2仍小于钻井液上顶力F1约1000N，即平衡补偿油缸20使动力钳随钻杆同步向上运动，而接头螺纹承受的向上载荷保持不变；

O)利用压力传感器b6和压力传感器c7分别检测旋扣马达8的油口A压力p6和油口B压力p7，当测算出实际旋扣扭矩M小于某一设定值，如1kN.m，同时位移传感器21检测到钻杆26和动力钳23的上行位移S2大于接头松开所需的最短上行距离L2时，如10mm，可判断接头已经卸扣脱离；

P)关闭比例换向阀4，使其回复至中位，同时电磁换向阀12断电，关闭液控单向阀a16和液控单向阀b17，截断平衡补偿油缸20的有杆腔和无杆腔的油路，完成卸扣控制；

利用比例减压阀b10和压力传感器f18控制平衡补偿油缸20的有杆腔压力p1，利用比例减压阀c11和压力传感器g19控制平衡补偿油缸20的无杆腔压力p2，不仅使平衡补偿油缸20的下压力F2与钻井液上顶力F1相平衡，而且使动力钳能够在适当的轴向推动力作用下随钻杆同步上下运动；

比例减压阀b10和比例减压阀c11具有溢流功能，利用压力传感器d13和压力传感器e15可分别检测比例减压阀b10和比例减压阀c11油口A的压力；

利用电磁换向阀12和两个液控单向阀a16和液控单向阀b17可以控制平衡补偿油缸20有杆腔和无杆腔的油路通断，并通过调整双路节流/单向阀14的节流口开度，可使平衡补偿油缸20运动更为平稳；

利用比例换向阀4、压力补偿器5和转速传感器9，可以准确控制旋扣马达8转速，使旋扣马达8能够平稳地驱动钻杆转动旋扣，不受负载变化影响；

利用比例减压阀a2和压力传感器a3控制旋扣马达8的最大工作压力p5，可起到保护接头螺纹的作用；

利用压力传感器b6和压力传感器c7分别检测旋扣马达8的油口A压力p6和油口B压力p7，通过测算出实际旋扣扭矩可以辅助判断接头螺纹承受的轴向载荷是否满足控制要求；

通过位移传感器21检测平衡补偿油缸20的轴向运动位移，结合转速传感器9检测出的旋扣马达8转速值，可以判断接头螺纹的旋扣运动是否正常。

Claims (2)

1.一种连续循环钻井系统的钻杆接头自动旋扣控制装置，其特征在于：主要由恒压泵(1)、四个旋扣马达(8)、四个平衡补偿油缸(20)、一个比例换向阀(4)、一个压力补偿器(5)、一个电磁换向阀(12)、三个比例减压阀、两个液控单向阀、一个双路节流/单向阀(14)、七个压力传感器、一个位移传感器(21)、一个转速传感器(9)和油箱(22)组成，

A)恒压泵(1)的压力油出口连接比例减压阀a(2)的油口B、比例减压阀b(10)的油口P、比例减压阀c(11)的油口P和电磁换向阀(12)的油口P；

B)压力补偿器(5)的油口P与比例减压阀a(2)的油口A相连，压力补偿器(5)的油口P1与比例换向阀(4)的油口P相连；压力补偿器(5)的油口T1与比例换向阀(4)的油口T相连；压力补偿器(5)的油口A1与比例换向阀(4)的油口A相连；压力补偿器(5)的油口B1与比例换向阀(4)的油口B相连，压力补偿器(5)的油口A与四个旋扣马达(8)的油口A相连；压力补偿器(5)的油口B与四个旋扣马达(8)的油口B相连；

C)电磁换向阀(12)的油口A与液控单向阀a(16)和液控单向阀b(17)的油口Y相连，电磁换向阀(12)的油口B与液控单向阀a(16)和液控单向阀b(17)的油口X相连；

D)双路节流/单向阀(14)的油口A1与比例减压阀b(10)的油口A相连，双路节流/单向阀(14)的油口B1与比例减压阀c(11)的油口A相连，双路节流/单向阀(14)的油口A与液控单向阀a(16)的油口A相连，双路节流/单向阀(14)的油口B与液控单向阀b(17)的油口A相连；

E)液控单向阀a(16)的油口B与平衡补偿油缸(20)的有杆腔油口A相连，液控单向阀b(17)的油口B与平衡补偿油缸(20)的无杆腔油口B相连；

F)比例减压阀a(2)的油口Y、压力补偿器(5)的油口T、电磁换向阀(12)的油口T、比例减压阀b(10)的油口T和比例减压阀c(11)的油口T与油箱22相连；

G)压力传感器a(3)与比例减压阀a(2)的油口A相连，压力传感器b(6)与旋扣马达(8)的油口A相连，压力传感器c(7)与旋扣马达(8)的油口B相连，压力传感器d(13)与比例减压阀b(10)的油口A相连，压力传感器e(15)与比例减压阀c(11)的油口A相连，压力传感器f(18)与液控单向阀a(16)的油口B相连，压力传感器g(19)与液控单向阀b(17)的油口B相连；

H)转速传感器(9)安装在任一个旋扣马达(8)上，位移传感器(21)安装在任一个平衡补偿油缸(20)的活塞杆上或缸体内。

2.根据权利要求1所述的钻杆接头自动旋扣控制装置的自动旋扣控制方法，其特征在于：自动旋扣控制分为上扣控制和卸扣控制；

上扣控制：

A)首先利用压力传感器f(18)和压力传感器g(19)分别检测平衡补偿油缸(20)的有杆腔压力p1和无杆腔压力p2；

B)分别调整比例减压阀b(10)和比例减压阀c(11)的油口A压力p3和p4，并利用压力传感器d(13)和压力传感器e(15)进行检测，使压力p3与平衡补偿油缸(20)的有杆腔压力p1一致，压力p4与平衡补偿油缸(20)的无杆腔压力p2一致；

C)电磁换向阀(12)通电，开启液控单向阀a(16)和液控单向阀b(17)，使平衡补偿油缸(20)的有杆腔油口A与比例减压阀b(10)的油口A连通，平衡补偿油缸(20)的无杆腔油口B与比例减压阀c(11)的油口A连通；

D)测算出钻井液上顶力F1，用比例减压阀c(11)将平衡补偿油缸(20)的无杆腔压力p2调整为零，用比例减压阀b(10)调整平衡补偿油缸(20)的有杆腔压力(p1)，使平衡补偿油缸(20)产生的下压力F2略大于高压钻井液产生的上顶力F1，此时接头螺纹承受向下的轴向载荷；

E)根据旋扣扭矩要求，利用比例减压阀a(2)和压力传感器a(3)设置旋扣马达(8)的最大工作压力p5，然后启动比例换向阀(4)，使比例换向阀(4)的油口P与油口A连通，油口T与油口B连通；

F)在压差补偿器(5)的辅助作用下，通过控制比例换向阀(4)的阀口开度，并利用转速传感器(9)进行转速检测，使旋扣马达(8)通过齿轮传动机构(25)和钻杆夹紧机构(24)以30～50r/min的转速驱动上部钻杆(26)平稳正转上扣；

G)当上部钻杆(26)相对于下部钻柱(29)正转上扣时，上部钻杆(26)和动力钳(23)将产生下行趋势，迫使平衡补偿油缸(20)的无杆腔压力p2升高，而有杆腔压力p1降低，此时无杆腔中的油液通过比例减压阀c(11)开始溢流，而比例减压阀b(10)将向有杆腔补充油液，推动平衡补偿油缸(20)的活塞杆下行，平衡补偿油缸(20)产生的下压力F2仍大于钻井液上顶力F1，即平衡补偿油缸(20)使动力钳随钻杆同步向下运动，而接头螺纹承受的向下载荷保持不变；

H)当转速传感器(9)检测到旋扣马达(8)停止转动，同时位移传感器(21)检测到上部钻杆(26)和动力钳(23)的下行位移S1大于接头旋紧所需的最短下行距离L1时，判断接头已经旋紧到位；

I)关闭比例换向阀(4)，使其回复至中位，同时电磁换向阀(12)断电，关闭液控单向阀a(16)和液控单向阀b(17)，截断平衡补偿油缸(20)的有杆腔和无杆腔的油路，完成上扣控制；

卸扣控制：

J)按照步骤A)、步骤B)和步骤C)依次进行操作；

K)测算出钻井液上顶力F1，用比例减压阀c(11)将平衡补偿油缸(20)的无杆腔压力p2调整为约2MPa，用比例减压阀b(10)调整平衡补偿油缸(20)的有杆腔压力p1，使平衡补偿油缸(20)的下压力F2略小于高压钻井液产生的上顶力F1，此时接头螺纹承受向上的轴向载荷；

L)根据旋扣扭矩要求，利用比例减压阀a(2)和压力传感器a(3)设置旋扣马达(8)的最大工作压力p5，然后启动比例换向阀(4)，使比例换向阀(4)的油口P与油口B连通，油口T与油口A连通；

M)在压差补偿器(5)的辅助作用下，通过控制比例换向阀(4)的阀口开度，并利用转速传感器(9)进行转速检测，使旋扣马达(8)通过齿轮传动机构(25)和钻杆夹紧机构(24)以大约40r/min的转速驱动钻杆(26)平稳反转卸扣；

N)当上部钻杆(26)相对于下部钻柱(29)反转卸扣时，上部钻杆(26)和动力钳(23)将产生上行趋势，迫使平衡补偿油缸(20)的有杆腔压力p1升高，而无杆腔压力p2降低，此时有杆腔中的油液通过比例减压阀b(10)开始溢流，而比例减压阀c(11)将向无杆腔补充油液，推动平衡补偿油缸(20)的活塞杆上行，但平衡补偿油缸(20)产生的下压力F2仍小于钻井液上顶力F1约1000N，即平衡补偿油缸(20)使动力钳随钻杆同步向上运动，而接头螺纹承受的向上载荷保持不变；

O)利用压力传感器b(6)和压力传感器c(7)分别检测旋扣马达(8)的油口A压力p6和油口B压力p7，当测算出实际旋扣扭矩M小于某一设定值，同时位移传感器(21)检测到钻杆(26)和动力钳(23)的上行位移S2大于接头松开所需的最短上行距离L2时，判断接头已经卸扣脱离；

P)关闭比例换向阀(4)，使其回复至中位，同时电磁换向阀(12)断电，关闭液控单向阀a(16)和液控单向阀b(17)，截断平衡补偿油缸(20)的有杆腔和无杆腔的油路，完成卸扣控制。

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