CN104929545A - 铁钻工自动找中装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁钻工自动找中装置，包括伸缩机构，其第一端固定设于铁钻工钳体上，第二端设有至少一个第一检测元件，用于改变第一检测元件在铁钻工钳体上所处的位置；第一检测元件，用于在随铁钻工钳体移动的过程中检测待夹扣管柱，在检测到待夹扣管柱时输出检测信号；控制装置，与所述第一检测元件连接，用于在收到第一检测元件输出的检测信号时，控制铁钻工的运动状态，使得待夹扣管柱处于所述铁钻工钳体的理论夹扣位置。本发明还提供了一种铁钻工自动找中方法。本发明实现铁钻工钳体根据待夹扣管柱的位置自动找中，自动化程度高、适用范围广。

Description

铁钻工自动找中装置和方法

技术领域

本发明涉及石油设备领域，具体是涉及一种铁钻工自动找中装置和方法。

背景技术

铁钻工是一种安全、高效的钻具上、卸扣设备，其主要包括臂架装置和钳体，通过臂架装置的多自由度运动，带动钳体移动到目标钻杆处，再由钳体抱紧钻杆，并完成两根钻杆之间的上扣或卸扣。

铁钻工在上、卸扣时需对目标钻杆进行找中，目前一般通过人工辅助操作完成，既增大了操作者的工作强度，影响铁钻工的找中精度，也限制了铁钻工自动化程度的提高。随着铁钻工智能化和无人化需求的不断提高，如何实现钳体自动、精确地地找中，成为嗜待解决的问题。

中国专利CN201220293661公开了一种铁钻工夹钳组的定心机构，包括伸缩滚轮和机械挡板，伸缩滚轮包括滚轮、伸缩轴、弹簧、夹板、和直线位移传感器，滚轮安装在伸缩轴的前端，伸缩轴上安装有弹簧，夹板安装在伸缩轴的尾端，夹板连接到直线位移传感器。当滚轮接触钻杆后压缩弹簧，使伸缩轴后退，至其后退位移与初始设定位移相等时视为对中；该技术方案结构复杂，且仅能实现前后找中，无法进行左右找中。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种自动化程度高、适用范围广的铁钻工自动找中装置和方法。

本发明的一种铁钻工自动找中装置，包括：

伸缩机构，其第一端固定设于铁钻工钳体上，第二端设有至少一个第一检测元件，用于改变第一检测元件在铁钻工钳体上所处的位置；

第一检测元件，用于在随铁钻工钳体移动的过程中检测待夹扣管柱，在检测到待夹扣管柱时输出检测信号；

控制装置，与所述第一检测元件连接，用于在收到第一检测元件输出的检测信号时，控制铁钻工的运动状态，使得待夹扣管柱处于所述铁钻工钳体的理论夹扣位置。

进一步地，所述伸缩机构上设有用于检测其伸缩行程的第二检测元件，所述第二检测元件和所述控制装置连接。

进一步地，所述伸缩机构的第二端端部设有导杆，所述第一检测元件为多个，所述多个第一检测元件沿垂直于待夹扣管柱轴向的方向上布置于所述导杆上，并与所述控制装置连接。

进一步地，还包括铁钻工旋转电磁阀，所述旋转电磁阀与所述控制装置连接。

本发明的另一方面，还提供了一种铁钻工自动找中方法，包括以下步骤：

A1：根据待夹扣管柱的规格，设定铁钻工钳体的理论夹扣位置及设于铁钻工钳体上的伸缩机构的预设行程D；

A2：驱动伸缩机构伸长预设行程D，推动设于伸缩机构端部的第一检测元件置于理论夹扣位置附近；

A3：移动铁钻工钳体靠近待夹扣管柱；

A4：当收到第一检测元件输出的检测信号时，控制铁钻工钳体停止向前移动，前后找中结束。

进一步地，还包括以下步骤：

A5：根据步骤A4中获取的第一检测元件输出的检测信号，计算待夹扣管柱与理论夹扣位置的左右偏移量，若左右偏移量不等于零，控制铁钻工钳体转动，至左右偏移量等于零，控制铁钻工钳体停止转动，左右找中结束。

进一步地，还包括以下步骤：

A5’：判断处于中位的第一检测元件是否有检测信号输出，若无，控制铁钻工钳体转动；若有，控制铁钻工钳体停止转动，左右找中结束。

所述第一检测元件为N个，当N为奇数，则判断第(N+1)/2个第一检测元件是否有检测信号输出；当N为偶数，则判断第N/2个第一检测元件和第(N/2)+1个第一检测元件是否有检测信号输出。

本发明的再一方面，还提供了一种铁钻工自动找中方法，包括以下步骤：

B1：根据待夹扣管柱的规格，设定铁钻工钳体的理论夹扣位置及设于铁钻工钳体上的伸缩机构的预设行程D；

B2：驱动伸缩机构伸长，推动设于伸缩机构端部的第一检测元件向铁钻工钳体的理论夹扣位置移动，检测伸缩机构的行程；

B3：移动铁钻工钳体靠近待夹扣管柱；

B4：当收到第一检测元件输出的检测信号时，获取伸缩机构的实际行程d，并与预设行程D进行对比，若实际行程d小于预设行程D，控制铁钻工钳体向后移动D-d；若实际行程d大于预设行程D，控制铁钻工钳体向前移动d-D；若实际行程d等于预设行程D，控制铁钻工钳体停止移动，前后找中结束。

进一步地，在步骤B2中，当检测到伸缩机构的行程达到预设行程D时，控制伸缩机构停止伸长。

进一步地，还包括以下步骤：

B5：根据步骤B4中获取的第一检测元件输出的检测信号，计算待夹扣管柱与理论夹扣位置的左右偏移量，若左右偏移量不等于零，控制铁钻工钳体转动；直至左右偏移量等于零，控制铁钻工钳体停止转动，左右找中结束。

进一步地，还包括以下步骤：

B5’：判断处于中位的第一检测元件是否有检测信号输出，若无，控制铁钻工钳体转动；若有，控制铁钻工钳体停止转动，左右找中结束。

进一步地，所述第一检测元件为N个，当N为奇数，则判断第(N+1)/2个第一检测元件是否有检测信号输出；当N为偶数，则判断第N/2个第一检测元件和第(N/2)+1个第一检测元件是否有检测信号输出。

本发明铁钻工自动找中装置及利用该装置进行找中的方法可使铁钻工钳体根据待夹扣管柱的位置自动调整前后左右的位移，达到自动找中的目的，使待夹扣管柱在夹扣时能始终位于铁钻工钳体的理论夹扣位置，大大提高了铁钻工的找中精度和自动化程度，使得夹扣更加稳固，对管柱的损伤更小，减少了人工劳动强度。

另外，本发明可根据待夹扣管柱的规格进行设定，适用各种类型的管柱，应用范围广。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明铁钻工找中装置在初始状态的结构示意图；

图2是本发明铁钻工找中装置在伸长状态的结构示意图；

图3是本发明铁钻工找中方法第一实施例的流程示意图；

图4是本发明铁钻工找中方法第二实施例的流程示意图；

图5是本发明铁钻工找中方法第三实施例的流程示意图；

图6是本发明铁钻工找中方法第四实施例的流程示意图。

附图标记说明：

1、伸缩机构；11、第二检测元件；12、导杆；2、第一检测元件；3、控制装置；4、旋转电磁阀。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明中，使用的方位如“前”、“后”“左”、“右”均以图1所示的视图为基准，具体地，面向图1，图1上方为前，下方为后，左方为左，右方为右。术语“第一”、“第二”主要用于区分不同的部件，但不对部件进行具体限制。

图1、图2所示是本发明铁钻工找中装置的结构示意图，其中图1所示是铁钻工找中装置在初始状态的结构示意图，图2所示是本发明铁钻工找中装置在伸长状态的结构示意图。本领域技术人员应当清楚，本发明的“管柱”是指钻杆、油管、套管等结构。

如图1和图2所示，本实施例的铁钻工自动找中装置，包括：

伸缩机构1，其第一端固定设于铁钻工钳体上，第二端设有至少一个第一检测元件2，用于改变第一检测元件2在铁钻工钳体上所处的位置；

第一检测元件2，用于在随铁钻工钳体移动的过程中检测待夹扣管柱，在检测到待夹扣管柱时输出检测信号；

控制装置3，与第一检测元件2连接，用于在收到第一检测元件2输出的检测信号时，控制铁钻工的运动状态，使得待夹扣管柱处于铁钻工钳体的理论夹扣位置。

本实施例中，伸缩机构1上设有用于检测其伸缩行程的第二检测元件11，第二检测元件11和控制装置3连接。

本实施例中，伸缩机构1的第二端端部设有导杆12，第一检测元件2为多个，多个第一检测元件2沿垂直于待夹扣管柱轴向的方向上布置于导杆12上，并与控制装置3连接。

本实施例中，还包括铁钻工旋转电磁阀4，旋转电磁阀4与控制装置3连接。

图3-图6所示是本发明铁钻工找中方法四种实施例的流程示意图。下面结合铁钻工找中装置对找中方法和步骤进行详细说明。

如图3所示，本发明提供了第一实施例的铁钻工自动找中方法，包括以下步骤：

A1：根据待夹扣管柱的规格，设定铁钻工钳体的理论夹扣位置及设于铁钻工钳体上的伸缩机构1的预设行程D；

A2：驱动伸缩机构1伸长预设行程D，推动设于伸缩机构1端部的第一检测元件2置于理论夹扣位置附近；

A3：移动铁钻工钳体靠近待夹扣管柱；

A4：当收到第一检测元件2输出的检测信号时，控制装置3控制铁钻工钳体停止向前移动，前后找中结束；

本实施例是预先驱动伸缩机构1伸长预设行程D，推动第一检测元件2置于理论夹扣位置附近后，再移动铁钻工钳体，此时只需判断第一检测元件2是否有检测信号输出即可完成前后找中，操作相对简便，实用。

在完成前后找中后，开始进行左右找中，具体为：

A5：控制装置3根据获取的第一检测元件2输出的检测信号，计算待夹扣管柱与理论夹扣位置的左右偏移量，若左右偏移量不等于零，判断铁钻工钳体偏左还是偏右，开启铁钻工旋转电磁阀，控制铁钻工钳体转动，并实时获取第一检测元件2的检测数据，直至左右偏移量等于零，控制铁钻工钳体停止转动，左右找中结束。

如图4所示，本发明提供了第二实施例的铁钻工自动找中方法，与第一实施例不同之处在于，其中步骤A5还可以采用另一种实施方式，即在导杆12上设置N个第一检测元件2(N为大于1的整数)，只需检测位于中位的第一检测元件2是否有检测信号输出，即可判断铁钻工钳体是否左右居中，具体为：

A5’：判断处于中位的第一检测元件2是否有检测信号输出，若无，开启旋转电磁阀4，控制铁钻工钳体转动；直至位于中位的第一检测元件2有检测信号输出时，关闭旋转电磁阀4，控制铁钻工钳体停止转动，左右找中结束。

在该步骤中，当N为奇数，则第(N+1)/2个第一检测元件2位于中位，只需判断第(N+1)/2个第一检测元件2是否有检测信号输出即可；当N为偶数，则第N/2个第一检测元件2和第(N/2)+1个第一检测元件2位于中位，只需判断第N/2个第一检测元件2和第(N/2)+1个第一检测元件2是否有检测信号输出。本实施例中，第一检测元件2的数量优选为3个，则只需判断第2个第一检测元件有检测信号输出即可。本实施例中，第一检测元件2可采用非接触式传感器，如接近开关等。

如图5所示，本发明提供了第三实施例的铁钻工自动找中方法，与第一实施例不同的是，本实施例是在移动铁钻工钳体的同时伸长伸缩机构1，因此在第一检测元件2检测到待夹扣管柱，输出检测信号时，伸缩机构1的实际行程可能出现三种情况，即小于预设行程D，等于预设行程D和大于预设行程D，在小于预设行程D和大于预设行程D的情况下，均需对铁钻工钳体进行前后位移的调节，直至伸缩机构1的实际行程等于预设行程D。具体包括以下步骤：

B1：根据待夹扣管柱的规格，设定铁钻工钳体的理论夹扣位置及设于铁钻工钳体上的伸缩机构1的预设行程D；

B2：驱动伸缩机构1伸长，推动设于伸缩机构1端部的第一检测元件2向铁钻工钳体的理论夹扣位置移动，在伸缩机构1上设置第二检测元件11，用于检测伸缩机构1的行程；

B3：在操作步骤B2的同时，移动铁钻工钳体靠近待夹扣管柱；

B4：当收到第一检测元件2输出的检测信号时，获取此时第二检测元件11检测到的伸缩机构1的实际行程d，并与预设行程D进行对比；若实际行程d小于预设行程D，控制铁钻工钳体向后移动D-d；若实际行程d大于预设行程D，控制铁钻工钳体向前移动d-D；直至实际行程d等于预设行程D，控制铁钻工钳体停止向前移动，前后找中结束。

为简化操作，本实施例中，在步骤B2中，可在第二检测元件11检测到伸缩机构的行程达到预设行程D时，控制伸缩机构1停止伸长。使得步骤B4中可省去实际行程d大于预设行程D情况下的操作。

同样，在完成前后找中后，开始进行左右找中，具体为：

B5：根据步骤B4中获取的第一检测元件2输出的检测信号，计算待夹扣管柱与理论夹扣位置的左右偏移量，若左右偏移量不等于零，控制铁钻工钳体转动；直至左右偏移量等于零，控制铁钻工钳体停止转动，左右找中结束。

如图6所示，本发明提供了第四实施例的铁钻工自动找中方法，与第三实施例不同之处在于，其中步骤B5还可以采用另一种实施方式，即在导杆12上设置N个第一检测元件2(N为大于1的整数)，只需检测位于中位的第一检测元件2是否有检测信号输出，即可判断铁钻工钳体是否左右居中，具体为：

B5’：判断处于中位的第一检测元件2是否有检测信号输出，若无，开启旋转电磁阀4，控制铁钻工钳体转动；直至位于中位的第一检测元件2有检测信号输出时，关闭旋转电磁阀4，控制铁钻工钳体停止转动，左右找中结束。

在该步骤中，当N为奇数，则第(N+1)/2个第一检测元件2位于中位，只需判断第(N+1)/2个第一检测元件2是否有检测信号输出即可；当N为偶数，则第N/2个第一检测元件2和第(N/2)+1个第一检测元件2位于中位，只需判断第N/2个第一检测元件2和第(N/2)+1个第一检测元件2是否有检测信号输出。本实施例中，第一检测元件2的数量优选为3个，则只需判断第2个第一检测元件有检测信号输出即可。本实施例中，第一检测元件2可采用非接触式传感器，如接近开关等。

本发明铁钻工自动找中装置及利用该装置进行找中的方法可使铁钻工钳体根据待夹扣管柱的位置自动调整前后左右的位移，达到自动找中的目的，使待夹扣管柱在夹扣时能始终位于铁钻工钳体的理论夹扣位置，大大提高了铁钻工的找中精度和自动化程度，使得夹扣更加稳固，对管柱的损伤更小，减少了人工劳动强度。

另外，本发明可根据待夹扣管柱的规格进行设定，适用各种类型的管柱，应用范围广。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种铁钻工自动找中装置，其特征在于包括：

伸缩机构(1)，其第一端固定设于铁钻工钳体上，第二端设有至少一个第一检测元件(2)，用于改变第一检测元件(2)在铁钻工钳体上所处的位置；

第一检测元件(2)，用于在随铁钻工钳体移动的过程中检测待夹扣管柱，在检测到待夹扣管柱时输出检测信号；

控制装置(3)，与所述第一检测元件(2)连接，用于在收到第一检测元件(2)输出的检测信号时，控制铁钻工的运动状态，使得待夹扣管柱处于所述铁钻工钳体的理论夹扣位置。

2.根据权利要求1所述的铁钻工自动找中装置，其特征在于：所述伸缩机构(1)上设有用于检测其伸缩行程的第二检测元件(11)，所述第二检测元件(11)和所述控制装置(3)连接。

3.根据权利要求1所述的铁钻工自动找中装置，其特征在于：所述伸缩机构(1)的第二端端部设有导杆(12)，所述第一检测元件(2)为多个，所述多个第一检测元件(2)沿垂直于待夹扣管柱轴向的方向上布置于所述导杆(12)上，并与所述控制装置(3)连接。

4.根据权利要求1所述的铁钻工自动找中装置，其特征在于：还包括铁钻工旋转电磁阀(4)，所述旋转电磁阀(4)与所述控制装置(3)连接。

5.一种铁钻工自动找中方法，其特征在于包括以下步骤：

A1：根据待夹扣管柱的规格，设定铁钻工钳体的理论夹扣位置及设于铁钻工钳体上的伸缩机构的预设行程D；

A2：驱动伸缩机构伸长预设行程D，推动设于伸缩机构端部的第一检测元件置于理论夹扣位置附近；

A3：移动铁钻工钳体靠近待夹扣管柱；

A4：当收到第一检测元件输出的检测信号时，控制铁钻工钳体停止向前移动，前后找中结束。

6.根据权利要求5所述的铁钻工自动找中方法，其特征在于：还包括以下步骤：

A5：根据步骤A4中获取的第一检测元件输出的检测信号，计算待夹扣管柱与理论夹扣位置的左右偏移量，若左右偏移量不等于零，控制铁钻工钳体转动，至左右偏移量等于零，控制铁钻工钳体停止转动，左右找中结束。

7.根据权利要求5所述的铁钻工自动找中方法，其特征在于：还包括以下步骤：

A5’：判断处于中位的第一检测元件是否有检测信号输出，若无，控制铁钻工钳体转动；若有，控制铁钻工钳体停止转动，左右找中结束。

8.根据权利要求7所述的铁钻工自动找中方法，其特征在于：所述第一检测元件为N个，当N为奇数，则判断第(N+1)/2个第一检测元件是否有检测信号输出；当N为偶数，则判断第N/2个第一检测元件和第(N/2)+1个第一检测元件是否有检测信号输出。

9.一种铁钻工自动找中方法，其特征在于包括以下步骤：

B1：根据待夹扣管柱的规格，设定铁钻工钳体的理论夹扣位置及设于铁钻工钳体上的伸缩机构的预设行程D；

B2：驱动伸缩机构伸长，推动设于伸缩机构端部的第一检测元件向铁钻工钳体的理论夹扣位置移动，检测伸缩机构的行程；

B3：移动铁钻工钳体靠近待夹扣管柱；

B4：当收到第一检测元件输出的检测信号时，获取伸缩机构的实际行程d，并与预设行程D进行对比，若实际行程d小于预设行程D，控制铁钻工钳体向后移动D-d；若实际行程d大于预设行程D，控制铁钻工钳体向前移动d-D；若实际行程d等于预设行程D，控制铁钻工钳体停止移动，前后找中结束。

10.根据权利要求9所述的铁钻工自动找中方法，其特征在于：在步骤B2中，当检测到伸缩机构的行程达到预设行程D时，控制伸缩机构停止伸长。

11.根据权利要求9或10所述的铁钻工自动找中方法，其特征在于：还包括以下步骤：

B5：根据步骤B4中获取的第一检测元件输出的检测信号，计算待夹扣管柱与理论夹扣位置的左右偏移量，若左右偏移量不等于零，控制铁钻工钳体转动；直至左右偏移量等于零，控制铁钻工钳体停止转动，左右找中结束。

12.根据权利要求9或10所述的铁钻工自动找中方法，其特征在于：还包括以下步骤：

B5’：判断处于中位的第一检测元件是否有检测信号输出，若无，控制铁钻工钳体转动；若有，控制铁钻工钳体停止转动，左右找中结束。

13.根据权利要求12所述的铁钻工自动找中方法，其特征在于：所述第一检测元件为N个，当N为奇数，则判断第(N+1)/2个第一检测元件是否有检测信号输出；当N为偶数，则判断第N/2个第一检测元件和第(N/2)+1个第一检测元件是否有检测信号输出。