CN104533320B - 钻机钻具的自动搓扣系统及其使用方法、微控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钻机钻具的自动搓扣系统及其使用方法、微控制器，用以实现自动接换钻机的钻具，该系统包括：液压电磁阀、液压搓扣油缸、上卡紧油缸、下卡紧油缸、微控制器、电磁线圈、压力传感器和位置传感器；其中：上卡紧油缸用于卡紧或松开上钻杆的公扣端；下卡紧油缸，用于卡紧或松开下钻杆的母扣端；液压搓扣油缸，用于搓动被所述上卡紧油缸卡紧的上钻杆；微控制器，用于根据压力传感器和位置传感器的监测，控制上卡紧油缸和液压搓扣油缸的伸缩，完成钻机钻具的上钻杆和下钻杆的接头螺纹扣松开或安装。上述技术方案实现了自动接换钻机的钻具，快速、安全、可靠和操作简便，减轻了工作人员的劳动强度，提高了钻井效率。
Description
技术领域
本发明涉及石油物探钻机技术领域，具体地，涉及一种钻机钻具的自动搓扣系统及其使用方法、微控制器。
背景技术
钻机被广泛地应用到石油和天然气等开采领域中，工作时，物探钻机带动钻具破碎岩石，向地下钻进，钻出规定深度的井眼，供采油机或采气机获取石油或天然气。一般的物探钻机的钻具由很多节钻杆连接构成，根据钻井的深度来确定具体的选用节数，每节钻杆的一端具有母扣端，另一端具有公扣端。那么具体将两节上述的钻杆连接时，是将一节的公扣端和另一节的母口端连接。具体到实际工作中，需要将两节上述的钻杆松开，主要是搓开该两节钻杆连接的接头螺纹扣。当物探钻机完成钻井后，需要提升钻杆，并将该钻杆的若干节钻杆分离时，具体搓扣时，一般是固定下方钻杆(下钻杆)的母扣端，搓动上方钻杆(上钻杆)的公扣端。
现有技术中搓开上述接头的螺纹扣的主要方式为人工手动操作，劳动强度大，安全防护性差，更换钻具时间长，导致钻井效率低。
发明内容
本发明实施例提供了一种钻机钻具的自动搓扣系统，用以实现自动接换钻机的钻具的效果，该系统，包括：
液压电磁阀21、液压搓扣油缸1、上卡紧油缸2、下卡紧油缸3、微控制器ECU9、电磁线圈5～8、压力传感器12～14和位置传感器15～17；其中：
下卡紧油缸3包括两个活塞杆相对的油缸，用于卡紧或松开下钻杆的母扣端；
上卡紧油缸2包括两个活塞杆相对的油缸，用于卡紧或松开上钻杆的公扣端；
液压搓扣油缸1，用于搓动被上卡紧油缸2卡紧的上钻杆；
连接液压搓扣油缸1、上卡紧油缸2的两个油缸的压力传感器12～14和位置传感器15～17，每个油缸上连接一个压力传感器和一个位置传感器，每个压力传感器用于检测所连接的油缸的压力，每个位置传感器用于检测所连接的油缸的位置；
电磁线圈5～8与液压电磁阀21相连，用于控制各油缸的伸缩；
微控制器ECU9，与压力传感器12～14、位置传感器15～17和电磁线圈5～8相连，用于根据压力传感器和位置传感器的检测信号，通过电磁线圈5～8和液压电磁阀21控制上卡紧油缸2和液压搓扣油缸1的伸缩，完成钻机钻具的上钻杆和下钻杆的接头螺纹扣松开或安装；
超压报警器20，与微控制器ECU9连接，用于在出现超压时，发出告警；
燃油控制电磁阀19，与微控制器ECU9连接，用于在出现超压时，切断发动机24的燃油供应。
在一个实施例中，电磁线圈5～8与液压电磁阀21相连，其中，两个电磁线圈控制伸出，两个电磁线圈控制回缩，每组电磁线圈各包含一个控制伸出的电磁线圈以及一个控制回缩的电磁线圈，其中，一组电磁线圈与液压电磁阀共同控制上卡紧油缸2的两个油缸的伸缩，另一组电磁线圈与液压电磁阀共同控制液压搓扣油缸1的伸缩。
在一个实施例中，微控制器ECU9进一步用于在出现超压时，通过电磁线圈5～8和液压电磁阀21控制各油缸的复位，并切断各液压回路的高压油供给并导入液压油箱22。
本发明实施例还提供一种上述的钻机钻具的自动搓扣系统的使用方法，用以实现自动更换钻机的钻具的效果，该方法包括：
微控制器ECU9控制下卡紧油缸3卡紧下钻杆的母扣端；
微控制器ECU9根据压力传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制上卡紧油缸2达到预设夹紧力，卡紧上钻杆的公扣端；
微控制器ECU9根据位置传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制液压搓扣油缸1伸出搓动上钻杆，并达到预设位置后停止伸出；
微控制器ECU9根据位置传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制上卡紧油缸2回缩，松开上钻杆的公扣端；
微控制器ECU9根据位置传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制液压搓扣油缸1回缩到初始位置。
在一个实施例中，上述方法进一步包括：
微控制器ECU9根据压力传感器和位置传感器的反馈信号，判断搓扣工作是否完成，当监测到搓扣未完成时，自动控制重复进行上卡紧油缸2的卡紧和液压搓扣油缸1的搓扣过程，直至完成搓扣。
在一个实施例中，上述方法进一步包括：
在上卡紧油缸2和液压搓扣油缸1完成搓扣后停止运行，并在关断各油缸的液压系统回路后恢复到初始状态并待机。
在一个实施例中，上述方法进一步包括：
在出现超压时，触发超压报警器20发出告警。
在一个实施例中，上述方法进一步包括：
在出现超压时，通过燃油控制电磁阀19切断发动机24的燃油供应。
在一个实施例中，上述方法进一步包括：
在出现超压时，微控制器ECU9通过电磁线圈5～8和液压电磁阀21控制各油缸复位，并切断各液压回路的高压油供给并导入液压油箱22。
本发明实施例还提供一种上述的钻机钻具的自动搓扣系统的微控制器，用以实现自动更换钻机的钻具的效果，该微控制器包括：
下钻杆卡紧控制模块，用于控制下卡紧油缸3卡紧下钻杆的母扣端；
第一上钻杆卡紧控制模块，用于根据压力传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制上卡紧油缸2达到预设夹紧力，卡紧上钻杆的公扣端；
第一搓扣控制模块，用于根据位置传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制液压搓扣油缸1伸出搓动上钻杆，并达到预设位置后停止伸出；
第二上钻杆卡紧控制模块，用于根据位置传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制上卡紧油缸2回缩，松开上钻杆的公扣端；
第二搓扣控制模块，用于根据位置传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制液压搓扣油缸1回缩到初始位置。
在一个实施例中，上述微控制器进一步包括：
自动重复卡紧搓扣模块，用于根据压力传感器和位置传感器的反馈信号，判断搓扣工作是否完成，当监测到搓扣未完成时，自动控制重复进行上卡紧油缸2的卡紧和液压搓扣油缸1的搓扣过程，直至完成搓扣。
在一个实施例中，上述微控制器进一步包括：
待机模块，用于在上卡紧油缸2和液压搓扣油缸1完成搓扣后停止运行，并在关断各油缸的液压系统回路后，恢复到初始状态并待机。
在一个实施例中，上述微控制器进一步包括：
告警模块，用于在出现超压时，触发超压报警器20发出告警。
在一个实施例中，上述微控制器进一步包括：
燃油切断模块，用于在出现超压时，通过燃油控制电磁阀19切断发动机24的燃油供应。
在一个实施例中，上述微控制器进一步包括：
燃油导入模块，用于在出现超压时，通过电磁线圈5～8和液压电磁阀21控制各油缸的复位，并切断各液压回路的高压油供给并导入液压油箱22。
本发明提供的技术方案，能够在ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元；还可称为电脑、微机、微处理器、微控制器等)的控制下，将钻机的钻具进行快速松开，保证钻机的钻具接换工作快速完成，效率高，安全可靠，大大缩短整个钻井过程中占很大比例的接换钻具的辅助时间，因而能够很大程度上提高钻井效率，减低了司钻的劳动强度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1为本发明实施例中钻机钻具的自动搓扣系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中钻机钻具的自动搓扣系统的使用方法的流程示意图；
图3为本发明实施例中用于钻机钻具的自动搓扣系统的微控制器的结构示意图；
图4为本发明实施例中仪表盘按钮及指示灯位置示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明实施例中提供的技术方案，为石油物探钻机车提供一种安全可靠、操作简便、设计有相对完备的安防和警报系统的逻辑控制钻杆自动搓扣系统。下面进行说明。
图1为本发明实施例中钻机钻具的自动搓扣系统的结构示意图，如图1所示，该系统中包括：液压电磁阀21、液压搓扣油缸1、上卡紧油缸2、下卡紧油缸3、微控制器ECU9、电磁线圈5～8、压力传感器12～14和位置传感器15～17；其中：
下卡紧油缸3包括两个活塞杆相对的油缸，用于卡紧或松开下钻杆的母扣端；
上卡紧油缸2包括两个活塞杆相对的油缸，用于卡紧或松开上钻杆的公扣端；
液压搓扣油缸1，用于搓动被上卡紧油缸2卡紧的上钻杆；
连接液压搓扣油缸1、上卡紧油缸2的两个油缸的压力传感器12～14和位置传感器15～17，每个油缸上连接一个压力传感器和一个位置传感器，每个压力传感器用于检测所连接的油缸的压力，每个位置传感器用于检测所连接的油缸的位置；
电磁线圈5～8与液压电磁阀21相连，用于控制各油缸的伸缩；
微控制器ECU9，与压力传感器12～14、位置传感器15～17和电磁线圈5～8相连，用于根据压力传感器和位置传感器的检测信号，通过电磁线圈5～8和液压电磁阀21控制上卡紧油缸2和液压搓扣油缸1的伸缩，完成钻机钻具的上钻杆和下钻杆的接头螺纹扣松开或安装。
在一个实施例中，电磁线圈5～8与液压电磁阀21相连，其中，两个电磁线圈控制伸出，两个电磁线圈控制回缩，每组电磁线圈各包含一个控制伸出的电磁线圈以及一个控制回缩的电磁线圈，其中，一组电磁线圈与液压电磁阀21共同控制上卡紧油缸2的两个油缸的伸缩，另一组电磁线圈与液压电磁阀21共同控制液压搓扣油缸1的伸缩。
具体实施时，电磁线圈5～8可以是第一电磁线圈5与液压电磁阀21共同控制液压搓扣油缸1活塞杆的伸出；第二电磁线圈6与液压电磁阀21共同控制液压搓扣油缸1活塞杆的回缩；第三电磁线圈7与液压电磁阀21共同控制上卡紧油缸2的两个油缸活塞杆的伸出；第四电磁线圈8与液压电磁阀21共同控制上卡紧油缸2的两个油缸活塞杆的回缩。
本发明实施例的技术方案中提到的压力传感器12～14可以是：
第一压力传感器12和第二压力传感器13分别设置在上卡紧油缸2的两个油缸的活塞杆端，用于监测上卡紧油缸2的两个油缸的卡紧力；第三压力传感器14设置在液压搓扣油缸1的活塞杆端，用于监测液压搓扣油缸1的卡紧力。
本发明实施例的技术方案中提到的位置传感器15～17可以是：
第一位置传感器15和第二位置传感器16分别设置在上卡紧油缸2的两个油缸的活塞杆端，用于监测上卡紧油缸2的两个油缸的位置信息；第三位置传感器17设置在液压搓扣油缸1的活塞杆端，用于监测液压搓扣油缸1的位置信息。
在一个实施例中，上述系统进一步包括：
超压报警器20，与微控制器ECU9连接，用于在出现超压时，发出告警。
在一个实施例中，上述系统进一步包括：
燃油控制电磁阀19，与微控制器ECU9连接，用于在出现超压时，切断发动机24的燃油供应。
在一个实施例中，微控制器ECU9进一步用于在出现超压时，通过电磁线圈5～8和液压电磁阀21控制各液压缸的复位，并切断各液压回路的高压油供给并导入液压油箱22。
基于上述钻机钻具的自动搓扣系统，本发明实施例中还提供了该系统的使用方法，下面进行说明。
图2为本发明实施例中钻机钻具的自动搓扣系统的使用方法的流程示意图，如图2所示，实施中可以包括如下步骤：
步骤201、微控制器ECU9控制下卡紧油缸3卡紧下钻杆的母扣端；
步骤202、微控制器ECU9根据压力传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制上卡紧油缸2达到预设夹紧力，卡紧上钻杆的公扣端；
步骤203、微控制器ECU9根据位置传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制液压搓扣油缸1伸出搓动上钻杆，并达到预设位置后停止伸出；
步骤204、微控制器ECU9根据位置传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制上卡紧油缸2回缩，松开上钻杆的公扣端；
步骤205、微控制器ECU9根据位置传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制液压搓扣油缸1回缩到初始位置。
在一个实施例中，上述方法还可以进一步包括：
微控制器ECU9根据压力传感器和位置传感器的反馈信号，判断搓扣工作是否完成，当监测到搓扣未完成时，自动控制重复进行上卡紧油缸2的卡紧和液压搓扣油缸1的搓扣过程，直至完成搓扣。
在一个实施例中，上述方法还可以进一步包括：
在上卡紧油缸2和液压搓扣油缸1完成搓扣后停止运行，并在关断各油缸的液压系统回路后恢复到初始状态并待机。
在一个实施例中，上述方法还可以进一步包括：
在出现超压时，触发超压报警器20发出告警。
在一个实施例中，上述方法还可以进一步包括：
在出现超压时，通过燃油控制电磁阀19切断发动机24的燃油供应。
在一个实施例中，上述方法还可以进一步包括：
在出现超压时，微控制器ECU9通过电磁线圈5～8和液压电磁阀21控制各油缸复位，并切断各液压回路的高压油供给并导入液压油箱22。
基于同一构思，本发明实施例中还提供了一种用于钻机钻具的自动搓扣系统的微控制器，下面进行说明。
图3为本发明实施例中用于钻机钻具的自动搓扣系统的微控制器的结构示意图，如图3所示，微控制器中可以包括：
下钻杆卡紧控制模块301，用于控制下卡紧油缸3卡紧下钻杆的母扣端；
第一上钻杆卡紧控制模块302，用于根据压力传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制上卡紧油缸2达到预设夹紧力，卡紧上钻杆的公扣端；
第一搓扣控制模块303，用于根据位置传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制液压搓扣油缸1伸出搓动上钻杆，并达到预设位置后停止伸出；
第二上钻杆卡紧控制模块304，用于根据位置传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制上卡紧油缸2回缩，松开上钻杆的公扣端；
第二搓扣控制模块305，用于根据位置传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制液压搓扣油缸1回缩到初始位置。
在一个实施例中，上述微控制器还可以进一步包括：
自动重复卡紧搓扣模块，用于根据压力传感器和位置传感器的反馈信号，判断搓扣工作是否完成，当监测到搓扣未完成时，自动控制重复进行上卡紧油缸2的卡紧和液压搓扣油缸1的搓扣过程，直至完成搓扣。
在一个实施例中，上述微控制器还可以进一步包括：
待机模块，用于在上卡紧油缸2和液压搓扣油缸1完成搓扣后停止运行，并在关断各油缸的液压系统回路后，恢复到初始状态并待机。
在一个实施例中，上述微控制器还可以进一步包括：
告警模块，用于在出现超压时，触发超压报警器20发出告警。
在一个实施例中，上述微控制器还可以进一步包括：
燃油切断模块，用于在出现超压时，通过燃油控制电磁阀19切断发动机24的燃油供应。
在一个实施例中，上述微控制器还可以进一步包括：
燃油导入模块，用于在出现超压时，通过电磁线圈5～8和液压电磁阀21控制各油缸的复位，并切断各液压回路的高压油供给并导入液压油箱22。
下面再以实例来进行说明，以便于理解如何实施本发明。
如图1所示，在钻机钻具的自动搓扣系统中，包括发动机24、液压泵23、液压油箱22、液压电磁阀21、液压搓扣油缸1、上卡紧油缸2(包括活塞杆相对的两个油缸)、下卡紧油缸3(包括活塞杆相对的两个油缸)、电源开关4、微控制器ECU9、控制液压电磁阀21的电磁线圈5～8、压力传感器12～14、位置传感器15～17、急停开关10、启动开关11、燃油控制电磁阀19、显示仪表18、指示灯25、超压报警器20等组成。。
钻机车的上卡紧油缸2、下卡紧油缸3和液压搓扣油缸1的卡紧与自动搓扣是由发动机24驱动液压泵23工作为整个液压系统提供压力油，并由微控制器ECU9根据各传感器12～17的反馈信号进行分析和运算，然后经由液压电磁阀21的各电磁线圈5～8控制液压电磁阀21来完成的。
图4为本发明实施例中仪表盘按钮及指示灯位置示意图，在实际工作可以设置如图4所示的仪表盘按钮及指示灯，以便于控制。
实施中，钻机车的上卡紧油缸2、下卡紧油缸3和液压搓扣油缸1的卡紧与自动搓扣装置，安装有电源开关4、急停开关10和启动开关11三个按扭及报警器20、参数显示器18，并分别引至操纵台由司钻集中控制自动搓扣系统的工作。
具体实施时，可以如下：
当钻机车工作时，首先合上电源开关4，系统得电并完成上电自检，进入就绪待机状态。
系统需要启动工作时，首先由司钻手动控制下卡紧油缸3的液压阀卡紧下钻杆的母扣端接头处，然后给控制系统的微控制器ECU9一个启动信号，微控制器ECU首先检测各传感器的信号并判断系统处于何种工作状态。
然后再由微控制器ECU9给出控制信号控制上卡紧油缸2的电磁阀电磁线圈7使上卡紧油缸2的两个油缸杆伸出卡紧上钻杆的公扣端，卡紧力由与该两个油缸杆连接的压力传感器(最大卡紧力由手动调节阀设定)反馈信号经微控制器ECU9运算后确定。达到预设卡紧力(即将上卡紧油缸2的两个油缸杆伸出一定长度)后停止，接着再由微控制器ECU9给出控制信号控制液压搓扣油缸1的电磁线圈5使油缸伸出进行搓扣，微控制器ECU9一直在监测液压搓扣油缸1的位置传感器，并将其反馈回来的信号进行运算和比较与判断，达到预设位置后，控制液压搓扣油缸1的电磁阀电磁线圈5使液压搓扣油缸1的活塞杆停止伸出，接着微控制器ECU9控制上卡紧油缸2的电磁阀电磁线圈8使其油缸杆回缩并松开上钻杆的公扣端，然后微控制器ECU9控制液压搓扣油缸1的电磁阀电磁线圈6使液压搓扣油缸杆回缩，由位置传感器检测其回缩到位后，再由微控制器ECU9自动重复进行上述卡紧、搓扣过程，直至完成搓扣(即松开钻杆的接头螺纹扣)，上卡紧油缸2和液压搓扣油缸1恢复到初始状态并待机。这种控制方式能够将钻机车的钻具进行快速松开，保证钻机的钻具接换工作快速完成，具有安全可靠性及操作简便性。
另外，上述运算和比较与判断所采用的算法可以预设在其内部，算法可由实践经验得出，设计出判断如何达到预设位置和如何达到预设卡紧力，这对本领域技术人员来说是容易实现的。
系统工作中，除下卡紧油缸3需由人工手动操控及启动信号由人工控制外，整个搓扣过程，均自动完成，无需人工干预。
系统设计有压力超压报警及保护系统和急停处理机制。工作中，如出现某种故障原因引起超压(或出现某种故障时由人工按下急停开关11)，微控制器ECU9立即启动超压报警器20报警，并控制燃油控制电磁阀19切断发动机24的燃油供应，迫使发动机停止工作，同时微控制器ECU9还经由电磁线圈5～8控制液压电磁阀21复位(处于中位)，切断各液压回路的高压油供给并导入低压油箱22，以保护系统和人员的安全。该安全机制，可快速并有效、可靠地保护系统和人员的安全，具有安全可靠性及操作简便性。
实施例中，钻机车液压卡紧和自动搓扣装置是卡紧和自动搓扣是由液压系统(动力源)、两组可单独工作的液压油缸驱动的卡紧装置、一个液压油缸驱动的搓扣装置以及中央微控(ECU)制器系统、液压电磁阀、压力传感器、仪表、控制按扭、超压报警器等组成的机电液一体化的组合系统。工作中，系统上电自检完成并准备就绪，当需要启动时，首先由司钻手动控制下卡紧装置将下端钻杆母扣端卡紧，再给控制系统(微控制器ECU9)一个启动信号，控制器给出信号，按预设控制方法和步骤分别控制和驱动上卡紧油缸和搓扣油缸顺序执行预设功能，如此反复执行预定动作，并最终达到松开钻具接头螺纹扣。系统工作中，下卡紧装置不受微控制器的自动控制，仅上卡紧和搓扣装置受微控制器的自动控制，直至完成预设功能为止，整个过程完全自动完成，无需人工干预。该系统设计有压力超压报警和保护系统，工作时，如出现某种故障原因引起超压或手动按下急停开关，立即启动超压报警的自动停止工作，以保护系统和人员的安全。这种控制方式能够将钻机车的钻具快速的松开，大大缩短整个钻井过程中占很大比例的接换钻具的辅助时间，因而能够很大程度上提高钻井效率，减低司钻的劳动强度，具有安全性、可靠性及操作简便性。
本发明(逻辑控制钻杆自动搓扣系统)在物探钻机车设备中尚属首次使用，之前的应用和操作方式，均为手动操作，劳动强度大，效率低和安全性差。为减轻司钻劳动强度，提高钻机车的钻井效率和安全可靠性，保证钻机车安全可靠的正常工作，本发明使石油物探钻机车通过逻辑控制钻杆自动搓扣系统装置在微控制器ECU的控制下实现自动卡紧和搓扣功能。钻机车逻辑控制钻杆自动搓扣系统的控制方式及保护方式，要求具有安全性、可靠性及操作简便性。
同理，本发明实施例提供的技术方案，还可以完成将物探钻机钻具的上钻杆和下钻杆快速安装在一起的工作，在此不在赘述。另外，本发明实施例中提到的上钻杆、下钻杆、上卡紧油缸和下卡紧油缸只是相对的概念，在实际连接中，一般的钻杆都是上钻杆的公扣端连接下钻杆的母扣端，这样就只要保证下卡紧油缸卡紧的下钻杆的母扣端，上卡紧油缸卡紧或松开钻杆和液压搓扣油缸搓动的上钻杆的公扣端即可。另外，具体实施时，液压搓扣油缸是垂直钻杆、上卡紧油缸和下卡紧油缸的方向设置。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种钻机钻具的自动搓扣系统，其特征在于，包括：液压电磁阀(21)、液压搓扣油缸(1)、上卡紧油缸(2)、下卡紧油缸(3)、微控制器ECU(9)、电磁线圈(5)～(8)、压力传感器(12)～(14)和位置传感器(15)～(17)；其中：
所述下卡紧油缸(3)包括两个活塞杆相对的油缸，用于卡紧或松开下钻杆的母扣端；
所述上卡紧油缸(2)包括两个活塞杆相对的油缸，用于卡紧或松开上钻杆的公扣端；
所述液压搓扣油缸(1)，用于搓动被所述上卡紧油缸(2)卡紧的上钻杆；
连接所述液压搓扣油缸(1)、所述上卡紧油缸(2)的两个油缸的所述压力传感器(12)～(14)和所述位置传感器(15)～(17)，每个油缸上连接一个压力传感器和一个位置传感器，每个压力传感器用于检测所连接的油缸的压力，每个位置传感器用于检测所连接的油缸的位置；
所述电磁线圈(5)～(8)与所述液压电磁阀(21)相连，用于控制各油缸的伸缩；
所述微控制器ECU(9)，与所述压力传感器(12)～(14)、所述位置传感器(15)～(17)和所述电磁线圈(5)～(8)连接，用于根据压力传感器和位置传感器的检测信号，通过所述电磁线圈(5)～(8)和所述液压电磁阀(21)控制所述上卡紧油缸(2)和所述液压搓扣油缸(1)的伸缩，完成钻机钻具的上钻杆和下钻杆的接头螺纹扣松开或安装；
超压报警器(20)，与所述微控制器ECU(9)连接，用于在出现超压时，发出告警；
燃油控制电磁阀(19)，与所述微控制器ECU(9)连接，用于在出现超压时，切断发动机(24)的燃油供应。
2.如权利要求1所述的钻机钻具的自动搓扣系统，其特征在于，
所述电磁线圈(5)～(8)与所述液压电磁阀(21)连接，其中，两个电磁线圈控制伸出，两个电磁线圈控制回缩，每组电磁线圈各包含一个控制伸出的电磁线圈以及一个控制回缩的电磁线圈，其中，一组电磁线圈与所述液压电磁阀(21)共同控制所述上卡紧油缸(2)的两个油缸的伸缩，另一组电磁线圈与所述液压电磁阀(21)共同控制所述液压搓扣油缸(1)的伸缩。
3.如权利要求1所述的钻机钻具的自动搓扣系统，其特征在于，
微控制器ECU(9)进一步用于在出现超压时，通过所述电磁线圈(5)～(8)和所述液压电磁阀(21)控制各油缸的复位，并切断各液压回路的高压油供给并导入液压油箱(22)。
4.一种如权利要求1至3任一项所述的钻机钻具的自动搓扣系统的使用方法，其特征在于，包括：
微控制器ECU(9)控制下卡紧油缸(3)卡紧下钻杆的母扣端；
微控制器ECU(9)根据压力传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制上卡紧油缸(2)达到预设夹紧力，卡紧上钻杆的公扣端；
微控制器ECU(9)根据位置传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制液压搓扣油缸(1)伸出搓动上钻杆，并达到预设位置后停止伸出；
微控制器ECU(9)根据位置传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制上卡紧油缸(2)回缩，松开上钻杆的公扣端；
微控制器ECU(9)根据位置传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制液压搓扣油缸(1)回缩到初始位置。
5.如权利要求4所述的钻机钻具的自动搓扣系统的使用方法，其特征在于，进一步包括：
微控制器ECU(9)根据压力传感器和位置传感器的反馈信号，判断搓扣工作是否完成，当监测到搓扣未完成时，自动控制重复进行上卡紧油缸(2)的卡紧和液压搓扣油缸(1)的搓扣过程，直至完成搓扣。
6.如权利要求4所述的钻机钻具的自动搓扣系统的使用方法，其特征在于，进一步包括：
在所述上卡紧油缸(2)和所述液压搓扣油缸(1)完成搓扣后停止运行，并在关断各油缸的液压系统回路后恢复到初始状态并待机。
7.如权利要求4所述的钻机钻具的自动搓扣系统的使用方法，其特征在于，进一步包括：
在出现超压时，触发所述超压报警器(20)发出告警。
8.如权利要求4所述的钻机钻具的自动搓扣系统的使用方法，其特征在于，进一步包括：
在出现超压时，通过所述燃油控制电磁阀(19)切断发动机(24)的燃油供应。
9.如权利要求4所述的钻机钻具的自动搓扣系统的使用方法，其特征在于，进一步包括：
在出现超压时，微控制器ECU(9)通过所述电磁线圈(5)～(8)和所述液压电磁阀(21)控制各油缸复位，并切断各液压回路的高压油供给并导入液压油箱(22)。
10.一种用于如权利要求1至3任一项所述的钻机钻具的自动搓扣系统的微控制器，其特征在于，包括：
下钻杆卡紧控制模块，用于控制下卡紧油缸(3)卡紧下钻杆的母扣端；
第一上钻杆卡紧控制模块，用于根据压力传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制上卡紧油缸(2)达到预设夹紧力，卡紧上钻杆的公扣端；
第一搓扣控制模块，用于根据位置传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制液压搓扣油缸(1)伸出搓动上钻杆，并达到预设位置后停止伸出；
第二上钻杆卡紧控制模块，用于根据位置传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制上卡紧油缸(2)回缩，松开上钻杆的公扣端；
第二搓扣控制模块，用于根据位置传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制液压搓扣油缸(1)回缩到初始位置。
11.如权利要求10所述的钻机钻具的自动搓扣系统的微控制器，其特征在于，进一步包括：
自动重复卡紧搓扣模块，用于根据压力传感器和位置传感器的反馈信号，判断搓扣工作是否完成，当监测到搓扣未完成时，自动控制重复进行上卡紧油缸(2)的卡紧和液压搓扣油缸(1)的搓扣过程，直至完成搓扣。
12.如权利要求10所述的钻机钻具的自动搓扣系统的微控制器，其特征在于，进一步包括：
待机模块，用于在所述上卡紧油缸(2)和所述液压搓扣油缸(1)完成搓扣后停止运行，并在关断各油缸的液压系统回路后，恢复到初始状态并待机。
13.如权利要求10所述的钻机钻具的自动搓扣系统的微控制器，其特征在于，进一步包括：
告警模块，用于在出现超压时，触发所述超压报警器(20)发出告警。
14.如权利要求10所述的钻机钻具的自动搓扣系统的微控制器，其特征在于，进一步包括：
燃油切断模块，用于在出现超压时，通过燃油控制电磁阀(19)切断发动机(24)的燃油供应。
15.如权利要求10所述的钻机钻具的自动搓扣系统的微控制器，其特征在于，进一步包括：
燃油导入模块，用于在出现超压时，通过所述电磁线圈(5)～(8)和所述液压电磁阀(21)控制各油缸的复位，并切断各液压回路的高压油供给并导入液压油箱(22)。
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