CN103758505A - 钻具井口安全保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻具井口安全保护方法，在钻机刹车气缸的气路上设置电磁阀，电磁阀处于常关状态，电磁阀连接在控制系统上；用悬重表来采集钻具的提升负荷信号，采集到的提升负荷信号经压力传感器转化成电信号后传送给控制系统，控制系统内设定有临界提升负荷，控制系统将接收到的提升负荷信号与设定的临界提升负荷进行比较，当提升负荷大于或等于临界提升负荷时，控制电磁阀打开，气路导通，压缩气体进入钻机刹车气缸和防碰天车刹车气缸，停止钻机和防碰天车。本发明在关闭半封闸板防喷器后，仍能活动游车，进行钻具倒换等作业，不浪费工作时间，提高了工作效率，在工作的同时还能防止钻具在提升时被拉断，有效的保护了钻具。

Description

钻具井口安全保护方法

技术领域

本发明属于石油井控领域，尤其涉及一种在关闭半封闸板防喷器后，还能进行钻具倒换等作业而不拉断钻具的方法。

背景技术

在石油井控领域中，在井口都设置有半封闸板防喷器和安全装置，气路通过安全装置的控制阀门断开了控制绞车高低速离合器的复位，阻止调压阀进气，高低速离合器不能挂合，不能提动游车大钩，从而达到了防止钻具提至半封闸板被挂断的目的。

授权公告号为CN202788794U，授权公告日为2013年3月13日的中国实用新型专利公开了一种防喷器与钻机联动安全装置（如图1和图2所示），包括工作气路和控制气路，工作气路由钻机司钻台主气源6、常开继气器5、管路7组成，所述钻机司钻台主气源6通过常开继气器5的气源口I、工作口K、管路7供气于控制井口钻机工作的控制系统；控制气路由液压控制油缸1行程阀2控制气源3常闭继气器4管路7组成，液压控制油缸1与行程阀2相对固定，其特征在于：所述液压控制油缸1无杆腔中的油孔通过管路7接入在连接防喷器闸板油缸无杆腔油孔的管路上；所述控制气源3分别通过管路7与行程阀2的气孔P、常闭继气器4的气源口I'相连接；所述行程阀2的气孔A与大气D相通，气孔B通过管路7与常闭继气器4的控制口K'相连接；所述常闭继气器4的工作口G'与常开继气器5的控制口K连接相通。在此状态下，操作人员的所有误操作全部无效，避免了钻具被拉断、井架被拉垮的事故发生，实现了自锁安全保护的目的。

但目前，在关闭半封闸板防喷器时间内，完全停止作业是很大的时间浪费，安排钻具倒换等作业是非常必要的，倒换钻具就需要钻机的游动系统工作，上述实用新型专利是禁止游动系统运动，两者是对立的。有些井队为了不浪费工作时间，就人为的取消安全装置。这样的处理方式存在极大的安全隐患，在未开井的情况下提动钻具，没有及时发现悬重异常并处理，将会发生提断钻具的事故。

综上所述，现有技术关闭半封闸板防喷器，启动安全装置就禁止了游动系统的运动，不能安排钻具倒换等作业，浪费了工作时间，如果取消安全装置又带来了巨大的安全隐患。

发明内容

为了克服上述现有安全装置在关闭半封闸板防喷器后不能安排钻具倒换等作业，浪费了工作时间的缺陷，本发明针对上述缺陷，提供了一种钻具井口安全保护方法，使用该方法，在关闭半封闸板防喷器后，仍能活动游车，进行钻具倒换等作业，不浪费工作时间，提高了工作效率，在工作的同时还能防止钻具在提升时被拉断，有效的保护了钻具。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

钻具井口安全保护方法，其特征在于：在钻机刹车气缸的气路上设置电磁阀，电磁阀处于常关状态，电磁阀连接在控制系统上；采集钻具的提升负荷信号，将采集到的提升负荷信号转化成电信号后传送给控制系统，控制系统内设定有临界提升负荷，控制系统将接收到的提升负荷信号与设定的临界提升负荷进行比较，当提升负荷大于或等于临界提升负荷时，控制电磁阀打开，气路导通；当提升负荷小于临界提升负荷时，电磁阀处于关闭状态，气路切断。

在钻机刹车气缸的气路上设置液控阀、常关气控装置和常开气控装置，常关气控装置连接在液控阀与电磁阀之间的气路上，液控阀和常关气控装置连接在电磁阀之前的气路上，常关气控装置有压关闭，无压断开，常关气控装置连接在控制系统上，常开气控装置连接在电磁阀之后的气路上，常开气控装置无压关闭，有压断开，常开气控装置连接在控制系统上，控制系统连接有语音报警装置，当控制系统接收到的提升负荷大于或等于临界提升负荷，且常关气控装置和常开气控装置都关闭，控制系统控制语音报警装置报警。

在钻机刹车气缸的气路上还设置有排气装置，排气装置位于钻机刹车气缸与电磁阀之间，排气装置包括按钮阀和三通，按钮阀位于三通之前，三通一端与按钮阀相连通，一端与钻机刹车气缸连通，另一端与防碰天车刹车气缸连通，按钮阀为一个三通阀门。

所述电磁阀为两位三通电磁阀。

所述常开气控装置为常开防爆气控开关，所述常关气控装置为常关防爆气控开关。

所述控制系统中设置有多个临界提升负荷，每个临界提升负荷对应一种规格的钻具所能承受的最大提升负荷。

所述钻具的提升负荷用悬重表来采集，用压力传感器将采集到的提升负荷信号转化成电信号。

所述控制系统为PLC全自能控制系统。

所述压力传感器为防爆液控传感器。

所述电磁阀可以是一个也可以是多个，采用多个电磁阀时，将电磁阀并联连接在刹车气缸的气路上。

本发明具有以下优点：

1、本发明在钻机刹车气缸的气路上设置电磁阀，电磁阀处于常关状态，电磁阀连接在控制系统上；用悬重表来采集钻具的提升负荷信号，采集到的提升负荷信号经压力传感器转化成电信号后传送给控制系统，控制系统内设定有临界提升负荷，控制系统将接收到的提升负荷信号与设定的临界提升负荷进行比较，当提升负荷大于或等于临界提升负荷时，控制电磁阀打开，气路导通，压缩气体进入钻机刹车气缸和防碰天车刹车气缸，停止钻机和防碰天车。电磁阀在关闭状态时，阻止压缩气体进入刹车气缸，在关闭半封闸板防喷器后，压缩气体无法进入刹车气缸，不执行刹车动作，此时可以继续提升或下降钻具进行钻具倒换等作业，只有在钻具的提升负荷超过控制系统中设置的临界提升负荷时，控制系统才控制电磁阀打开，压缩气体才能顺利进如钻机刹车气缸和防碰天车刹车气缸，停止钻机和防碰天车。这样在关闭半封闸板防喷器后工人还能继续进行钻具倒换等作业，充分利用了工作时间，提高了工作效率；在进行倒换钻具等作业时，一旦钻具的提升负荷超过设定的临界提升负荷，就会自动刹车，钻具不能移动，防止钻具被拉断，很好的保护了钻具；通过本发明的设置，在提高了工作效率的同时还能保证钻具不被拉断，消除了引钻具拉断带来的安全隐患。

2、本发明的控制系统连接有常关气控装置、常开气控装置和语音报警装置，常关气控装置有压关闭，无压断开，常开气控装置无压关闭，有压断开，当控制系统接收到的提升负荷大于或等于临界提升负荷，且常关气控装置和常开气控装置都关闭，控制系统控制语音报警装置报警。语音报警装置、常关气控装置和常开气控装置的联合作用，语音报警装置报警能很好的提示操作人员电磁阀损坏，需要更换电磁阀，同时也提醒操作人员提升负荷已经超过临界提升负荷，不能继续作业，很好的防止了再电磁阀损坏的情况下拉断钻具，有效的保证了钻具不会被拉断。

3、本发明在钻机刹车气缸的气路上还设置有排气装置，排气装置位于钻机刹车气缸与电磁阀之间，排气装置包括按钮阀和三通，按钮阀位于三通之前，三通一端与按钮阀相连通，一端与刹车气缸连通，另一端与防碰天车连通，按钮阀为一个三通阀门。排气装置是为了需要重新开动钻机和防碰天车而排出高压气体的装置，如果没有排气装置，当需要重新开启钻机和防碰天车时，由于压缩气体的作用无法启动，而且本发明提供的排气装置结构简单，易于操作，只需按一下按钮阀就能将气体排出，让整个系统复位，重新启动钻机和防碰天车。

4、本发明电磁阀为两位三通电磁阀，两位是指关闭和开启两个位置，三通是指均有三个通气口，这样的电磁阀通过控制系统的控制能准确控制电磁阀处于哪个位置，控制气路导通与否，从而控制刹车与否，控制灵敏准确。

5、本发明控制系统为PLC全自能控制系统，PLC全自能控制系统易于控制可编程，可设置多个临界提升负荷，便于工人实际操作。

6、本发明控制系统中设置有多个临界提升负荷，每个临界提升负荷对应一种规格的钻具所能承受的最大提升负荷，这样在同一控制系统上可实现多规格钻具的保护，防止钻具被拉断，操作简单易行。

附图说明

图1和图2为现有技术结构示意图；

图3为本发明的原理图。

图中附图标记 1、液压控制油缸，2、行程阀，3、控制气源，4、常闭继气器，5、常开继气器，6、主气源，7、管路，8、液控阀，9、电磁阀，10、钻机刹车气缸，11、防碰天车刹车气缸，12、三通，13、按钮阀，14、常开气控装置，15、控制系统，16、悬重表，17、压力传感器，18、常关气控装置，19、气路，20、语音报警装置。

具体实施方式

为提高生产时效，在关井的情况下仍然可以在井口进行钻具倒换或组合。针对此情况，本发明提供了一种钻具井口安全保护方法，采用该方法后，在关闭半封闸板防喷器后，仍能活动游车，只有当钻具的提升负荷超过或者等于设定的临界提升负荷时，才能刹车，不仅能保护钻具，且能正常实施井口作业，提高了工作效率。

该发明涉及到了以下装置：

液控阀8、常关气控装置18、电磁阀9、控制系统15、压力传感器17、常开气控装置14、语音报警装置20、按钮阀13、钻机刹车气缸10、防碰天车刹车气缸11、悬重表16和两个三通12以及一个语音报警装置20。

如图3所示，他们的连接和位置关系如下：

在钻机刹车气缸的气路19上依次设置有液控阀8、常关气控装置18、电磁阀9、常开气控装置14、按钮阀13和一个三通12，该三通12的进气口与按钮阀13连通，另外两个排气口，一个与防碰天车刹车气缸11相连通，一个与钻机刹车气缸10相连通；按钮阀13为一个三通阀门，两个口子连接在钻机刹车气缸10的气路19上，另外一个口子用于排气，只需按一下按钮阀13，压缩气体就可以从按钮阀中排出；电磁阀9连接在控制系统15上，常开气控装置14、常关气控装置18和压力传感器17都连接在控制系统15上，悬重表16通过一个三通12来采集钻具提升负荷，采集的提升负荷是通过油压信号来表示的，提升负荷与油压信号呈直线关系，压力传感器17接收到的油压信号可以表示悬重表测得的钻具的提升负荷；压力传感器17将采集到的油压信号转化成电信号传送给控制系统15，语音报警装置20连接在控制系统15上。

其中常关气控装置18优选常关防爆气控开关，常开气控装置14优选常开防爆气控开关，压力传感器17优选防爆液控传感器，控制系统15优选为PLC全智能控制系统。

本发明的工作原理和工作过程阐述如下：

当半封闸板防喷器关闭后，从半封闸板来的压缩气体从气路经液控阀进入两位三通电磁阀（处于常关状态），气路中的压缩气体在此处被隔离，无法继续前进，此时钻具的刹车气缸和防碰天车的刹车气缸均没有压缩气体进入，钻机和防碰天车不刹车，可以继续工作，此时操作人员就可以在关闭半封闸板防喷器后继续从事钻具倒换等作业，充分利用了工作时间，此时的压缩气体被阻止在两位三通电磁阀和常关气控装置处，由于常关气控装置是有压闭合，无压断开，其将闭合信号传送给PLC全智能控制系统，PLC控制系统可以显示出此时为半封闸板防喷器关闭，但可继续作业的状态，操作人员在这个状态可以安全的作业；当从悬重表处过来的油压通过传感器转换成电信号，进入PLC全智能控制系统，PLC全智能控制系统将接受到的提升负荷与设定的临界提升负荷进行比较，如果接受到的提升负荷小于临界提升负荷，PLC全智能控制系统不做反应，无信号输出，电磁阀不接通，此时就可进行钻具倒换或组合作业；当PLC全智能控制系统接受到的钻具的提升负荷达到或者超过PLC全智能控制系统设定的临界提升负荷，PLC全智能控制系统信号输出，两位三通电磁阀接通，压缩气体进入钻机刹车气缸，从而使绞车高低离合器脱开，并使盘刹制动，钻机刹车；压缩气体进入防碰天车刹车气缸，防碰天车刹车；压缩气体进入常开气控装置，由于常开气控装置无压关闭，有压断开，此时如果两位三通电磁阀正常打开，常开气控装置断开，常关气控装置关闭，此时PLC全智能控制系统不控制语音报警装置报警，如果两位三通电磁阀不正常，没有正常打开，常开气控装置没有压缩气体进入，无压力，常开气控装置关闭，常关气控装置关闭， PLC全智能控制系统接收到常开气控装置关闭，常关气控装置关闭的信号后，控制语音抱警装置报警，提示操作人员停止作业，停止钻机和防碰天车，同时也说明了两位三通电磁阀没有正常打开，检查两位三通电磁阀，为维修人员提供准确的维修信息，缩短维修时间。在钻机和防碰天车刹车后，如果需要需要打开进口，重新工作，只需要摁一下即可排出高压气体，解除制动，恢复工作。

   临界提升负荷的设定：

可以在PLC全智能控制系统中设定钻具的最大悬重值即临界提升负荷，操作简单、方便。 

传感器的油压信号取自于悬重表处，该油压的大小与悬重成直线关系，因此可根据悬重表上的数值进行标定，将传感器面板表上的数值调到与悬重表的数值一致即可。此标定完全可由操作人员自行调整设定，操作简单方便。 

本发明不仅实现了在半封闸板关闭后防止拉断钻具的目的，也实现了半封闸板关闭后，钻具仍可进行倒换或组合的作业。大大提高了生产时效，且可控性高，减少了安全隐患，操作简单方便。

实施例1

本实施中，在钻机刹车气缸的气路19上依次设置有液控阀8、常关气控装置18、一个电磁阀9、常开气控装置14、按钮阀13和一个三通12，该三通12的进气口与按钮阀13连通，另外两个排气口，一个与防碰天车刹车气缸11相连通，一个与钻机刹车气缸10相连通；按钮阀13为一个三通阀门，两个口子连接在钻机刹车气缸10的气路19上，另外一个口子用于排气，只需按一下按钮阀13，压缩气体就可以从按钮阀中排出；电磁阀9连接在控制系统15上，常开气控装置14、常关气控装置18和压力传感器17都连接在控制系统15上，悬重表16通过一个三通12来采集钻具提升负荷，采集的提升负荷是通过油压信号来表示的，提升负荷与油压信号呈直线关系，压力传感器17接收到的油压信号可以表示悬重表测得的钻具的提升负荷；压力传感器17将采集到的油压信号转化成电信号传送给控制系统15。

其中常关气控装置18优选常关防爆气控开关，常开气控装置14优选常开防爆气控开关，压力传感器17优选防爆液控传感器，控制系统15优选为PLC全智能控制系统。

实施例2

在本实施例中，与实施例1的区别在于，电磁阀9有两个，并联连接在钻机刹车气缸的气路19上，其目的是在其中一个电磁阀9损坏时，另一个电磁阀正常工作，不影响系统的正常工作，也便于工人更换电磁阀。

实施例3

在本实施例中，与实施例1的区别在于，电磁阀9有三个，并联连接在钻机刹车气缸的气路19上。

电磁阀9可以是多个，并不局限于一到三个，只要并联在钻机刹车气缸的气路19上即可。

Claims (9)

1.钻具井口安全保护方法，其特征在于：在钻机刹车气缸（10）的气路（19）上设置电磁阀（9），电磁阀（9）处于常关状态，电磁阀（9）连接在控制系统（15）上；采集钻具的提升负荷信号，将采集到的提升负荷信号转化成电信号后传送给控制系统（15），控制系统（15）内设定有临界提升负荷，控制系统（15）将接收到的提升负荷信号与设定的临界提升负荷进行比较，当提升负荷大于或等于临界提升负荷时，控制电磁阀（9）打开，气路（19）导通；当提升负荷小于临界提升负荷时，电磁阀（9）处于关闭状态，气路（19）切断。

2.根据权利要求1所述的钻具井口安全保护方法，其特征在于：在钻机刹车气缸的气路（19）上设置液控阀（8）、常关气控装置（18）和常开气控装置（14），常关气控装置（18）连接在液控阀（8）与电磁阀（9）之间的气路（19）上，液控阀（8）和常关气控装置（18）连接在电磁阀（9）之前的气路（19）上，常关气控装置（18）有压关闭，无压断开，常关气控装置（18）连接在控制系统（15）上，常开气控装置（14）连接在电磁阀（9）之后的气路（19）上，常开气控装置（14）无压关闭，有压断开，常开气控装置（14）连接在控制系统（15）上，控制系统（15）连接有语音报警装置（20），当控制系统（15）接收到的提升负荷大于或等于临界提升负荷，且常关气控装置（18）和常开气控装置（14）都关闭，控制系统（15）控制语音报警装置（20）报警。

3.根据权利要求1或2所述的钻具井口安全保护方法，其特征在于：在钻机刹车气缸（10）的气路（19）上还设置有排气装置，排气装置位于钻机刹车气缸（10）与电磁阀（9）之间，排气装置包括按钮阀（13）和三通（12），按钮阀（13）位于三通（12）之前，三通（12）一端与按钮阀（13）相连通，一端与钻机刹车气缸（10）连通，另一端与防碰天车刹车气缸（11）连通，按钮阀（13）为一个三通阀门。

4.根据权利要求3所述的钻具井口安全保护方法，其特征在于：所述电磁阀（9）为两位三通电磁阀。

5.根据权利要求2所述的钻具井口安全保护方法，其特征在于：所述常开气控装置（14）为常开防爆气控开关，所述常关气控装置（18）为常关防爆气控开关。

6.根据权利要求1所述的钻具井口安全保护方法，其特征在于：所述控制系统中（15）设置有多个临界提升负荷，每个临界提升负荷对应一种规格的钻具所能承受的最大提升负荷。

7.根据权利要求1所述的钻具井口安全保护方法，其特征在于：所述钻具的提升负荷用悬重表（16）来采集，用压力传感器（17）将采集到的提升负荷信号转化成电信号。

8.根据权利要求1所述的钻具井口安全保护方法，其特征在于：所述控制系统（15）为PLC全自能控制系统。

9.根据权利要求7所述的钻具井口安全保护方法，其特征在于：所述压力传感器（17）为防爆液控传感器。

Images