CN109869103B - 一种人工智能自动化铁钻工 - Google Patents

Abstract

本发明涉及陆地及海上石油钻井、修井技术领域，特别涉及一种一种人工智能自动化铁钻工。该装置包括旋扣钳总成、冲扣钳总成、背钳总成和进给系统；还包括AI自主识别控制系统及信息通讯监测系统总成，AI自主识别控制系统及信息通讯监测系统总成分别与旋扣钳总成、冲扣钳总成、背钳总成和进给系统相连接，AI自主识别控制系统及信息通讯监测系统总成包括AI自主识别控制系统和信息通讯监测系统总成。本发明实现了可以远距离操作控制，实时监控铁钻工状态，多部铁钻工信息交流整合且可以实现AI自主识别扣型、接箍，自主定位与目标管具距离，通过水平及竖直方向多轴联动进而实现自主对目标管具进行上、卸扣，自动化、智能化程度高。

Description

一种人工智能自动化铁钻工

技术领域：

本发明涉及陆地及海上石油钻井、修井技术领域，特别涉及一种一种人工智能自动化铁钻工。

背景技术：

铁钻工是一种安全高效、技术集成度高的钻修井管具上卸扣作业设备，在我国还处于起步阶段，其通常是由手动控制或者控制台遥控操作完成钻、修井管具上、卸扣等一系列工作。

目前，铁钻工主要有伸缩臂式及轨道式两种。伸缩臂式晃动较大，安装及拆卸不方便，轨道式自由活动空间范围小，占用空间较大。且这两种类型的铁钻工虽然大幅度降低了人工作业，但自动化程度依然较低，无法完成自主识别扣型、接箍以及无法主动定位与目标管具的距离且移动空间存在局限性。同时，目前的铁钻工信息化程度低，无法做到远程距离监控、数据信息交流及实现多部铁钻工使用状态监控等一系列通讯功能。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种人工智能自动化铁钻工，该装置实现了可以远距离操作控制，实时监控铁钻工状态，多部铁钻工信息交流整合且可以实现AI自主识别扣型、接箍，自主定位与目标管具距离，通过水平及竖直方向多轴联动进而实现自主对目标管具进行上、卸扣，自动化、智能化程度高，可以大幅度提高钻、修井工作效率，降低人工作业强度及人工成本，工作安全可靠，维护方便。克服了现有铁钻工存在自动化、智能化程度相对较低，移动距离及高度受限，远程操作控制及信息化整合通讯能力弱的不足。

本发明所采取的技术方案是：一种人工智能自动化铁钻工，包括旋扣钳总成、冲扣钳总成、背钳总成和进给系统；还包括AI自主识别控制系统及信息通讯监测系统总成，AI自主识别控制系统及信息通讯监测系统总成分别与旋扣钳总成、冲扣钳总成、背钳总成和进给系统相连接，AI自主识别控制系统及信息通讯监测系统总成包括AI自主识别控制系统和信息通讯监测系统总成，AI自主识别控制系统和信息通讯监测系统总成相连接，AI自主识别控制系统包括AI识别控制系统，AI识别控制系统分别与识别摄像头、LED灯源和夜间红外灯相连接；

进给系统包括竖直方向进给系统和水平方向进给系统，竖直方向进给系统置于水平方向进给系统上，水平方向进给系统包括水平前后方向进给系统、水平左右方向进给系统和旋转系统；旋扣钳总成、冲扣钳总成、背钳总成顺次从上至下安装在竖直方向进给系统上；冲扣钳总成上安装雷达感应探头，雷达感应探头与AI自主识别控制系统相连接。

AI自主识别控制系统及信息通讯监测系统总成置于人工智能自动化铁钻工上部。

AI自主识别控制系统通过识别摄像头对各类型管串接箍进行识别确认并控制旋扣钳总成、冲扣钳总成、背钳总成和进给系统进行作业。

信息通讯监测系统总成远程控制人工智能自动化铁钻工进行工作、远程监测人工智能自动化铁钻工扭矩和压力参数、远程实时观察钻井平台情况，信息通讯监测系统总成能够与多部人工智能自动化铁钻工进行组网。

竖直方向进给系统包括竖直主支撑板、侧支撑板和伺服电机，侧支撑板在伺服电机驱动下沿竖直主支撑板竖直移动。

旋扣钳总成、冲扣钳总成、背钳总成顺次从上至下安装在竖直方向进给系统的侧支撑板上。

水平前后方向进给系统包括水平上支撑板，和驱动水平上支撑板前后移动的水平上伺服电机。

水平左右方向进给系统包括水平下支撑板，和驱动水平下支撑板左右移动的水平下伺服电机。

旋转系统包括底座和转盘端盖，底座和转盘端盖之间安装齿轮转盘，齿轮转盘由转盘伺服电机驱动。

竖直方向进给系统的竖直主支撑板下端连接在水平前后方向进给系统的水平上支撑板上，水平前后方向进给系统下部与水平左右方向进给系统相连接，水平左右方向进给系统下部与旋转系统相连接，旋转系统下部与钻井平台连接。

本发明的有益效果是：本发明实现了可以远距离操作控制，实时监控铁钻工状态，多部铁钻工信息交流整合且可以实现AI自主识别扣型、接箍，自主定位与目标管具距离，通过水平及竖直方向多轴联动进而实现自主对目标管具进行上、卸扣，自动化、智能化程度高，可以大幅度提高钻、修井工作效率，降低人工作业强度及人工成本，工作安全可靠，维护方便。

附图说明：

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

图1为本发明的结构示意图。

图2为进给系统的结构示意图。

具体实施方式：

如图1、图2所示，一种人工智能自动化铁钻工，包括旋扣钳总成2(包含其相关的液压缸、电机等装置)、冲扣钳总成3(包含其相关的液压缸、电机等装置)、背钳总成4(包含其相关的液压缸、电机等装置)和进给系统；还包括AI自主识别控制系统及信息通讯监测系统总成1，AI自主识别控制系统及信息通讯监测系统总成1分别与旋扣钳总成2、冲扣钳总成3、背钳总成4和进给系统相连接，AI自主识别控制系统及信息通讯监测系统总成1包括AI自主识别控制系统11和信息通讯监测系统总成12，AI自主识别控制系统11和信息通讯监测系统总成12相连接，其中AI自主识别系统11是具有能够识别各种管串接箍的可自主学习、识别及控制系统，AI自主识别控制系统11包括AI识别控制系统，AI识别控制系统分别与识别摄像头、LED灯源和夜间红外灯相连接；在AI自主识别控制系统11指令下控制进给系统进给或者后退，不断接近或远离管串接箍，进而完成管串接箍的上扣或者卸扣，LED灯源用于为识别摄像头在阴天或者暗处提供光源照明，提高AI自主识别成功率，同时夜间红外灯为识别摄像头在夜晚提供照明识别，也起到了提高AI自主识别成功率的目的。信息通讯监测系统总成12是基于网络，可以远程控制智能铁钻工进行工作、远程监测智能铁钻工扭矩、压力等数据参数、远程实时观察平台情况并与多部智能铁钻工进行组网，实现一个人在远程可以控制监测多部智能铁钻工进行现场施工。

背钳总成4在AI自主识别控制系统11指令下对下端管串实现打被作用，防止下端管串滑动无法进行上扣及卸扣作业。冲扣钳总成3在AI自主识别控制系统11指令下对下端管串进行冲扣作业。旋扣钳总成2在AI自主识别控制系统11指令下实现对上端管串的上扣及卸扣作业。

进给系统包括竖直方向进给系统5和水平方向进给系统6，竖直方向进给系统5置于水平方向进给系统6上，水平方向进给系统6包括水平前后方向进给系统61、水平左右方向进给系统62和旋转系统63；旋扣钳总成2、冲扣钳总成3、背钳总成4顺次从上至下安装在竖直方向进给系统5上。

冲扣钳总成3上安装雷达感应探头31，雷达感应探头31与AI自主识别控制系统11相连接。冲扣钳总成3在AI自主识别控制系统11指令下完成冲扣，同时冲扣钳总成3上设置有雷达感应探头31，该探头可以探测到目标管串的距离同时监测周围环境，监测是否在冲扣过程中有其他物体及人进入冲扣范围，若出现其他物体及人，在AI自主识别控制系统11控制下，发出报警并停止进给作业，防止物体碰撞及出现人身伤害。

AI自主识别控制系统及信息通讯监测系统总成1置于人工智能自动化铁钻工上部。

AI自主识别控制系统11通过识别摄像头对各类型管串接箍进行识别确认并控制旋扣钳总成2、冲扣钳总成3、背钳总成4和进给系统进行作业。

信息通讯监测系统总成12远程控制人工智能自动化铁钻工进行工作、远程监测人工智能自动化铁钻工扭矩和压力参数、远程实时观察钻井平台情况，信息通讯监测系统总成12能够与多部人工智能自动化铁钻工进行组网。

竖直方向进给系统5包括竖直主支撑板51、侧支撑板52和伺服电机53，侧支撑板52在伺服电机53驱动下沿竖直主支撑板51竖直移动。

旋扣钳总成2、冲扣钳总成3、背钳总成4顺次从上至下安装在竖直方向进给系统5的侧支撑板52上。

水平前后方向进给系统61包括水平上支撑板611，和驱动水平上支撑板611前后移动的水平上伺服电机612。

水平左右方向进给系统62包括水平下支撑板621，和驱动水平下支撑板621左右移动的水平下伺服电机622。

旋转系统63包括底座633和转盘端盖631，底座633和转盘端盖631之间安装齿轮转盘632，齿轮转盘632由转盘伺服电机驱动。

竖直方向进给系统5的竖直主支撑板51下端连接在水平前后方向进给系统61的水平上支撑板611上，水平前后方向进给系统61下部与水平左右方向进给系统62相连接，水平左右方向进给系统62下部与旋转系统63相连接，旋转系统63下部与钻井平台连接。

进给系统是在AI自主识别控制系统11控制下实现智能铁钻工在竖直方向及水平方向运动的系统。其中竖直方向进给系统5的伺服电机在AI自主识别控制系统11控制下，实现竖直方向上的进给运动。侧支撑板52前部连接旋扣钳总成2、冲扣钳总成3、背钳总成4，侧支撑板52后部连接伺服电机53，侧支撑板52的作用是承担旋扣钳总成2、冲扣钳总成3、背钳总成4的全部重量，传递伺服电机53产生的竖直方向的力。水平方向进给系统6与竖直方向进给系统5下部相连接，水平方向进给系统6的水平上支撑板611及水平上伺服电机612在AI自主识别控制系统11控制下实现智能铁钻工的前后进给运动，水平下支撑板621及水平下伺服电机622在AI自主识别控制系统11控制下实现智能铁钻工的左右进给运动，其最下部为旋转系统63，旋转系统63的齿轮转盘632在AI自主识别控制系统11控制下可以实现周向旋转，以便更好的实现进给作业，底座633承担智能铁钻工的全部重量并与钻机平台固定相连接。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种人工智能自动化铁钻工，包括旋扣钳总成(2)、冲扣钳总成(3)、背钳总成(4)和进给系统；其特征在于：还包括AI自主识别控制系统及信息通讯监测系统总成(1)，AI自主识别控制系统及信息通讯监测系统总成(1)分别与旋扣钳总成(2)、冲扣钳总成(3)、背钳总成(4)和进给系统相连接，AI自主识别控制系统及信息通讯监测系统总成(1)包括AI自主识别控制系统(11)和信息通讯监测系统总成(12)，AI自主识别控制系统(11)和信息通讯监测系统总成(12)相连接，AI自主识别控制系统(11)包括AI识别控制系统，AI识别控制系统分别与识别摄像头、LED灯源和夜间红外灯相连接；

进给系统包括竖直方向进给系统(5)和水平方向进给系统(6)，竖直方向进给系统(5)置于水平方向进给系统(6)上，水平方向进给系统(6)包括水平前后方向进给系统(61)、水平左右方向进给系统(62)和旋转系统(63)；旋扣钳总成(2)、冲扣钳总成(3)、背钳总成(4)顺次从上至下安装在竖直方向进给系统(5)上；冲扣钳总成(3)上安装雷达感应探头(31)，雷达感应探头(31)与AI自主识别控制系统(11)相连接。

2.按照权利要求1所述的人工智能自动化铁钻工，其特征在于：所述AI自主识别控制系统及信息通讯监测系统总成(1)置于人工智能自动化铁钻工上部。

3.按照权利要求1所述的人工智能自动化铁钻工，其特征在于：所述AI自主识别控制系统(11)通过识别摄像头对各类型管串接箍进行识别确认并控制旋扣钳总成(2)、冲扣钳总成(3)、背钳总成(4)和进给系统进行作业。

4.按照权利要求1所述的人工智能自动化铁钻工，其特征在于：所述信息通讯监测系统总成(12)远程控制人工智能自动化铁钻工进行工作、远程监测人工智能自动化铁钻工扭矩和压力参数、远程实时观察钻井平台情况，信息通讯监测系统总成(12)能够与多部人工智能自动化铁钻工进行组网。

5.按照权利要求1所述的人工智能自动化铁钻工，其特征在于：所述竖直方向进给系统(5)包括竖直主支撑板(51)、侧支撑板(52)和伺服电机(53)，侧支撑板(52)在伺服电机(53)驱动下沿竖直主支撑板(51)竖直移动。

6.按照权利要求5所述的人工智能自动化铁钻工，其特征在于：所述旋扣钳总成(2)、冲扣钳总成(3)、背钳总成(4)顺次从上至下安装在竖直方向进给系统(5)的侧支撑板(52)上。

7.按照权利要求1所述的人工智能自动化铁钻工，其特征在于：所述水平前后方向进给系统(61)包括水平上支撑板(611)，和驱动水平上支撑板(611)前后移动的水平上伺服电机(612)。

8.按照权利要求1所述的人工智能自动化铁钻工，其特征在于：所述水平左右方向进给系统(62)包括水平下支撑板(621)，和驱动水平下支撑板(621)左右移动的水平下伺服电机(622)。

9.按照权利要求1所述的人工智能自动化铁钻工，其特征在于：所述旋转系统(63)包括底座(633)和转盘端盖(631)，底座(633)和转盘端盖(631)之间安装齿轮转盘(632)，齿轮转盘(632)由转盘伺服电机驱动。

10.按照权利要求5、7、8、9任一项所述的人工智能自动化铁钻工，其特征在于：所述竖直方向进给系统(5)的竖直主支撑板(51)下端连接在水平前后方向进给系统(61)的水平上支撑板(611)上，水平前后方向进给系统(61)下部与水平左右方向进给系统(62)相连接，水平左右方向进给系统(62)下部与旋转系统(63)相连接，旋转系统(63)下部与钻井平台连接。

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