CN109488230A - 一种铁钻工管柱识别及接箍定位装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铁钻工管柱识别及接箍端面定位装置和方法，装置结构为所述的位移传感部件由位移传感器和磁环组成，所述的安装组合体由前盖、两块盖板、两块侧板和后盖组装而成，其特征在于：位移传感器安装在后盖上，磁环安装于滑动组合体的套管后端上，且滑动组合体的套管穿过前盖安装孔，弹簧安装在前盖和后盖之间，且套管和位移传感器的测杆均插入弹簧内。位移传感器测杆感应磁环的位置从而确定滑动组合体相对安装组合体之间的位移变化。本发明装置使用时，安装组合体安装于铁钻工钳体底部，装置随铁钻工钳口向工位定位位置伸出，达到管柱识别目的。装置在随铁钻工伸出与升降的过程中，达到了管柱识别和接箍端面定位的目的。
Description
技术领域
本发明涉及石油机械设备领域，具体是涉及一种铁钻工管柱识别及接箍端面定位装置和方法。
背景技术
铁钻工是一种用于油田钻井、修井作业中，对钻杆、钻铤、油管等管柱进行连接和拆卸的工具，在铁钻工的工作过程中，a)管柱无法识别，铁钻工紧扣扭矩和钳口夹紧力无法自动设定，使用时用户需根据目标管柱管径查找其性能参数，手动设定铁钻工钳口夹紧力和紧扣扭矩，否则存在损伤管柱的可能；b)管柱接箍端面高度无法准确定位，铁钻工上/卸扣前，需根据管柱接箍端面高度，手动控制铁钻工升降，由于铁钻工安装位置有可能不方便操控人员观察，需要井口工人指挥；用以上方法来进行铁钻工使用操控，虽然能够达到其功能目的，但也存在一定的缺陷：(1)手动设定铁钻工控制参数和调整其高度适应管柱接箍端面，效率低下，严重影响井场作业效率；(2)存在铁钻工使用过程中由于使用者操作不当而造成安全事故的可能；(3)铁钻工工作高度无法方便、准确定位，会使铁钻工钳口夹紧位置偏差，如钳口夹紧带包含管柱接箍耐磨带，则会造成铁钻工前牙蹦断等非正常损耗；(4)铁钻工自动化程度难以进一步提升，达到铁钻工一键操作几无可能。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本低、适应面广的铁钻工管柱识别及接箍端面定位装置和方法，用于克服背景技术的不足。
一种铁钻工管柱识别及接箍端面定位装置，包括位移传感部件、安装组合体和滑动组合体、弹簧，所述的位移传感部件由位移传感器和磁环组成，所述的安装组合体由前盖、两块盖板、两块侧板和后盖组装而成，其特征在于：位移传感器安装在后盖上，磁环安装于滑动组合体的套管后端上，且滑动组合体的套管穿过前盖安装孔，弹簧安装在前盖和后盖之间，且套管和位移传感器的测杆均插入弹簧内，位移传感器通过检测磁环的位置变化实时输出本装置的滑动组合体的位移信号。
所述的滑动组合体包括滑动检测块、套管、前弹簧挡圈，滑动检测块安装于套管前端，套管穿过前盖安装孔并通过前弹簧挡圈固定。
在滑动检测块与套管之间还采用若干圆柱销加固，用于限制滑动检测块与套管间的旋转运动。
所述的前弹簧挡圈上设有凸台与盖板设有的凹槽配合，限制套管的旋转运动。
一种利用所述的铁钻工管柱识别及接箍端面定位装置的方法，其特征在于按以下步骤进行：
步骤一，将安装组合体安装时，需满足以下条件：a)滑动组合体滑动中心线与铁钻工钳口夹紧中心线垂直相交；b)自由状态时，滑动检测块检测面与铁钻工钳口夹紧中心线间的距离为Lmin，Lmin＜最小管径/2；滑动组合体极限压缩时，滑动检测块检测面与铁钻工钳口夹紧中心线间的距离为Lmax，Lmax≥最大管径/2；c)安装后，滑动检测块上沿斜坡中间点与主背钳理想工作面间垂直间距为H1，滑动检测块下沿斜坡中间点与主背钳理想工作面间垂直间距为H2；
步骤二，铁钻工系统确定工位位置已有待连接管柱，记录位移传感器当前位移值Lb，控制铁钻工向工位定位位置伸出，此过程中待连接管柱与滑动检测块接触并推动滑动组合体移动，位移传感器实时检测位移值，当铁钻工伸出到达定位位置且动作结束时，记录位移传感器当前值Lq，管柱直径ΦG＝2×(Lmin+Lb-Lq)；管柱直径被铁钻工系统识别后，预设置管柱类型、管柱直径、管柱夹紧力和管柱紧扣扭矩对应表，根据选取的管柱类型和识别出的管径在对应表中读取对应管柱夹紧力和管柱紧扣扭矩，达到自动设定的目标。
所述的铁钻工管柱识别及接箍端面定位装置的方法，其特征在于还包括以下步骤三，当铁钻工伸出到达定位位置，管柱识别完成后，根据滑动检测块与管柱接箍间的位置关系，选择控制铁钻工自动上升或下降，本发明装置随铁钻工上升或下降，滑动检测块在管柱上滑动，碰触到接箍边缘后滑动组合体后移或前移，如果位移传感器位移变化绝对值|△Lj|≥5mm，则认定检测到接箍下沿或上沿，铁钻工系统记录此时的滑动检测块高度H，则知：上升检测或下降检测到△Lj或-△Lj时，接箍端面高度为H+Hj，主背钳理想工作面高度为H+H1，铁钻工继续自动升降距离△H＝(H+Hj)-(H+H1)；下降检测或上升检测到△Lj或-△Lj时，接箍端面高度为H-Hj，主背钳理想工作面高度为H+H2，铁钻工继续自动升降距离△H＝(H-Hj)-(H+H2)；如此达到接箍端面定位目的。
所述的装置安装的铁钻工具备以下功能：a)伸缩定位功能且伸缩定位精度应小于±1mm；b)升降定位功能且升降定位精度小于±2mm；c)接箍长度设定功能且接箍长度值Hj设定精度小于±1cm。
本发明使用时，装置随铁钻工钳口向工位定位位置伸出，滑动检测块碰触到管柱后滑动组合体随之后移，到达工位定位位置停止，达到管柱识别目的。然后装置随铁钻工上升或下降，滑动检测块在管柱上滑动，碰触到接箍边缘后滑动组合体后移或前移，达到了管柱识别和接箍端面定位的目的。
附图说明
图1a是本发明装置的结构剖视示意图。
图1b是本发明装置的实体示意图。
图2是本发明装置的安装位置图。
图3是本发明装置的管柱识别示意图。
图4是本发明装置的接箍端面定位示意图。
具体实施方式
下面参考附图详细说明本发明。
如图1a、图1b所示，一种铁钻工管柱识别及接箍端面定位装置，包括位移传感部件、安装组合体和滑动组合体、弹簧10，所述的位移传感部件由位移传感器13和磁环8组成，所述的安装组合体由前盖5、两块盖板11、两块侧板9和后盖12组装而成，所述的滑动组合体包括滑动检测块1、套管4、前弹簧挡圈6，其特征在于：滑动检测块1通过紧固螺栓2安装于套管4前端，在滑动检测块1与套管4之间还采用两个圆柱销加固，圆柱销3用于限制滑动检测块1与套管4间的旋转运动，套管4穿过前盖5安装孔，通过紧定螺钉7与前弹簧挡圈6固定，前弹簧挡圈6上设有的凸台与盖板9设有的凹槽配合，限制套管4的旋转运动，弹簧10安装于前盖5和后盖12之间，磁环8固定于套管4后端，位移传感器13安装于后盖12上，且套管4和位移传感器13的测杆均插入弹簧内，位移传感器13测杆感应磁环8的位置从而确定滑动组合体相对安装组合体之间的位移变化。
一种利用所述的铁钻工管柱识别及接箍端面定位装置的方法，其特征在于按以下步骤进行：
步骤一，如图2所示，将安装组合体安装时，需满足以下条件：a)滑动组合体滑动中心线与铁钻工钳口夹紧中心线垂直相交；b)自由状态时，滑动检测块检测面与铁钻工钳口夹紧中心线间的距离为Lmin，Lmin＜最小管径/2；滑动组合体极限压缩时，滑动检测块检测面与铁钻工钳口夹紧中心线间的距离为Lmax，Lmax≥最大管径/2；c)安装后，滑动检测块上沿斜坡中间点与主背钳理想工作面间垂直间距为H1，滑动检测块下沿斜坡中间点与主背钳理想工作面间垂直间距为H2；所述的装置安装的铁钻工具备以下功能：a)伸缩定位功能且伸缩定位精度应小于±1mm；b)升降定位功能且升降定位精度小于±2mm；c)接箍长度设定功能且接箍长度值Hj设定精度小于±1cm；
步骤二，如图3所示，铁钻工系统确定工位位置已有待连接管柱，记录位移传感器当前位移值Lb，控制铁钻工向工位定位位置伸出，此过程中待连接管柱与滑动检测块接触并推动滑动组合体移动，位移传感器实时检测位移值，当铁钻工伸出到达定位位置且动作结束时，记录位移传感器当前值Lq，管柱直径ΦG＝2×(Lmin+Lb-Lq)；管柱直径被铁钻工系统识别后，预设置管柱类型、管柱直径、管柱夹紧力和管柱紧扣扭矩对应表，根据选取的管柱类型和识别出的管径在对应表中读取对应管柱夹紧力和管柱紧扣扭矩，达到自动设定的目标。
步骤三，如图4所示，所述的铁钻工管柱识别及接箍端面定位装置的方法，其特征在于还包括以下步骤三，当铁钻工伸出到达定位位置，管柱识别完成后，根据滑动检测块与管柱接箍间的位置关系，选择控制铁钻工自动上升或下降，本发明装置随铁钻工上升或下降，滑动检测块在管柱上滑动，碰触到接箍边缘后滑动组合体后移或前移，如果位移传感器位移变化绝对值|△Lj|≥5mm，则认定检测到接箍下沿或上沿，铁钻工系统记录此时的滑动检测块高度H，则知：上升检测或下降检测到△Lj或-△Lj时，接箍端面高度为H+Hj，主背钳理想工作面高度为H+H1，铁钻工继续自动升降距离△H＝(H+Hj)-(H+H1)；下降检测或上升检测到△Lj或-△Lj时，接箍端面高度为H-Hj，主背钳理想工作面高度为H+H2，铁钻工继续自动升降距离△H＝(H-Hj)-(H+H2)；如此达到接箍端面定位目的。
工程实现证明铁钻工管柱识别及接箍端面定位装置能有效识别油田现场绝大部分管柱，在升降控制过程中，对接箍端面的定位准确，满足工程应用需求。由于本发明装置的使用，在选定上/卸扣和工位位置(井口/鼠洞)后，按下启动键，铁钻工系统能自动完成管柱连接/拆卸工作后回到待机位置，实现了铁钻工自动化程度提升的目的。
Claims (7)
1.一种铁钻工管柱识别及接箍端面定位装置，包括位移传感部件、安装组合体和滑动组合体、弹簧，所述的位移传感部件由位移传感器和磁环组成，所述的安装组合体由前盖、两块盖板、两块侧板和后盖组装而成，其特征在于：位移传感器安装在后盖上，磁环安装于滑动组合体的套管后端上，且滑动组合体的套管穿过前盖安装孔，弹簧安装在前盖和后盖之间，且套管和位移传感器的测杆均插入弹簧内。
2.根据权利要求1所述的铁钻工管柱识别及接箍端面定位装置，其特征在于：所述的滑动组合体包括滑动检测块、套管、前弹簧挡圈，滑动检测块安装于套管前端，套管穿过前盖安装孔并通过前弹簧挡圈固定。
3.根据权利要求2所述的铁钻工管柱识别及接箍端面定位装置，其特征在于：在滑动检测块与套管之间还采用若干圆柱销加固。
4.根据权利要求2所述的铁钻工管柱识别及接箍端面定位装置，其特征在于：所述的前弹簧挡圈上设有凸台与盖板设有的凹槽配合。
5.一种利用权利要求1－4之一所述的铁钻工管柱识别及接箍端面定位装置的方法，其特征在于按以下步骤进行：
步骤一，将安装组合体安装时，需满足以下条件：a)滑动组合体滑动中心线与铁钻工钳口夹紧中心线垂直相交；b)自由状态时，滑动检测块检测面与铁钻工钳口夹紧中心线间的距离为Lmin，Lmin＜最小管径/2；滑动组合体极限压缩时，滑动检测块检测面与铁钻工钳口夹紧中心线间的距离为Lmax，Lmax≥最大管径/2；c)安装后，滑动检测块上沿斜坡中间点与主背钳理想工作面间垂直间距为H1，滑动检测块下沿斜坡中间点与主背钳理想工作面间垂直间距为H2；
步骤二，铁钻工系统确定工位位置已有待连接管柱，记录位移传感器当前位移值Lb，控制铁钻工向工位定位位置伸出，此过程中待连接管柱与滑动检测块接触并推动滑动组合体移动，位移传感器实时检测位移值，当铁钻工伸出到达定位位置且动作结束时，记录位移传感器当前值Lq，管柱直径ΦG＝2×(Lmin+Lb-Lq)；管柱直径被铁钻工系统识别后，预设置管柱类型、管柱直径、管柱夹紧力和管柱紧扣扭矩对应表，根据选取的管柱类型和识别出的管径在对应表中读取对应管柱夹紧力和管柱紧扣扭矩，达到自动设定的目标。
6.根据权利要求5所述的铁钻工管柱识别及接箍端面定位装置的方法，其特征在于按以下步骤进行：
还包括以下步骤三，当铁钻工伸出到达定位位置，管柱识别完成后，根据滑动检测块与管柱接箍间的位置关系，选择控制铁钻工自动上升或下降，本发明装置随铁钻工上升或下降，滑动检测块在管柱上滑动，碰触到接箍边缘后滑动组合体后移或前移，如果位移传感器位移变化绝对值|△Lj|≥5mm，则认定检测到接箍下沿或上沿，铁钻工系统记录此时的滑动检测块高度H，则知：上升检测或下降检测到△Lj或-△Lj时，接箍端面高度为H+Hj，主背钳理想工作面高度为H+H1，铁钻工继续自动升降距离△H＝(H+Hj)-(H+H1)；下降检测或上升检测到△Lj或-△Lj时，接箍端面高度为H-Hj，主背钳理想工作面高度为H+H2，铁钻工继续自动升降距离△H＝(H-Hj)-(H+H2)；如此达到接箍端面定位目的。
7.根据权利要求5所述的铁钻工管柱识别及接箍端面定位装置的方法，其特征在于：本发明装置安装于具备伸缩与升降定位和接箍长度设定功能的铁钻工上，铁钻工伸缩定位误差小于±1mm，升降定位误差小于±2mm，接箍长度值Hj设定误差小于±1cm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20190319 |