CN110306930A - 大功率变频节能钻机电控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便于结构简单，便于实现钻井方向调节，便于控制的大功率变频节能钻机电控系统。该大功率变频节能钻机电控系统，包括转向钻头以及钻机方向控制器；所述钻机方向控制器采用PLC，且设置在控制柜内；转向钻头包括主钻头、扶正器、钻杆、第一万向接头连接杆、第二万向接头连接杆；第二万向接头连接杆靠近扶正器的一端上设置有NWD随钻测量仪；所述钻杆、第一万向接头连接杆以及第二万向接头连接杆的外侧套装有转向套筒；第一万向接头连接杆上设置有转动驱动装置；第一万向接头连接杆上套装有角度调节套筒；角度调节套筒通过转动驱动装置驱动转动。采用该大功率变频节能钻机电控系统便于实现定向钻井，同时装置结构简单，便于控制。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻机的控制领域，尤其是一种大功率变频节能钻机电控系统。
背景技术
众所周知的：石油钻机是指在石油钻井中，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。一部常用石油钻机主要由动力机、传动机、工作机及辅助设备等八大部分组成。
石油钻机在钻井的过程中钻井深度和地质状况的不同，在石油勘探开发过程中，为了避开不可逾越的地面障碍，增大井筒内油气层裸露的面积，以提高油井产量，通常在油气层内钻一定长度的定向井。
定向井技术是当今世界石油勘探开发领域最先进的钻井技术之一，它是由特殊井下工具、测量仪器和工艺技术有效控制井眼轨迹，使钻头沿着特定方向钻达地下预定目标的钻井工艺技术。采用定向井技术可以使地面和地下条件受到限制的油气资源得到经济、有效的开发，能够大幅度提高油气产量和降低钻井成本，有利于保护自然环境，具有显著的经济效益和社会效益。定向井就是使井身沿着预先设计的井斜和方位钻达目的层的钻井方法。
现有的定向钻井技术有，如中国发明专利申请ZL 201380032373.0公开的一种定向钻井系统，该技术有助于在多种应用中钻井眼或其他类型的井孔。导向系统或其他井下工具被设计为具有多个被配置为在钻井作业期间提供受控导向的致动器。每个致动器包括至少一个可滑动地装配于相应的套筒内的活动元件或球。压力流体被用于提供所述元件沿所述致动器的相应套筒的受控运动。所述元件的受控运动帮助在钻井作业期间提供对所述井下工具的转向或其他控制。
上述定向钻井系统是通过控制制动器上的滑动球体实现钻杆的偏移，从而实现钻井角度的调节，实现定向钻井。但是通过制动器上的滑动球实现对钻头的偏移的控制复杂，因此控制精度较低，并且结构复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单，便于实现钻井方向调节，便于控制的大功率变频节能钻机电控系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：大功率变频节能钻机电控系统包括执行元件和控制器，所述控制器设置在石油钻机的钻机控制柜内；所述石油钻机包括钻井底座、发电系统以及钻机液循环系统；所述钻井底座上设置有井架；
所述井架的顶部设置有天车；所述天车的下方设置有游车；所述游车的下方设置有大钩；所述大钩上连接有水龙头；所述水龙头下端连接有钻杆连接；
所述钻井底座的工作平台上设置有转盘以及转盘驱动电机；所述工作平台上设置有钻机控制柜；所述大功率变频节能钻机电控系统包括转向钻头以及钻机方向控制器；所述钻机方向控制器采用PLC，且设置在控制柜内；
所述转向钻头包括主钻头、扶正器、钻杆、第一万向接头连接杆、第二万向接头连接杆；所述钻杆与转盘传动连接；
所述钻杆的一端与第一万向接头连接杆传动连接，所述第一万向接头连接杆与第二万向接头连接杆之间设置有万向接头；
所述钻杆靠近第一万向接头连接杆的一端以及第二万向接头连接杆上均套装有制动器；
所述第二万向接头连接杆的一端与扶正器的一端连接，所述扶正器的另一端与主钻头连接；
所述第二万向接头连接杆靠近扶正器的一端上设置有NWD随钻测量仪；
所述第一万向接头连接杆上设置有转动驱动装置；所述第一万向接头连接杆上套装有角度调节套筒；所述角度调节套筒通过转动驱动装置驱动转动；且所述角度调节套筒与转动驱动装置之间设置通过弹性杆连接；
所述第二万向接头连接杆上套装有角度调节套筒，且该角度调节套筒与第二万向接头连接杆上的制动器固定连接；
所述角度调节套筒一端具有角度调节斜面；所述第二万向接头连接杆上的角度调节套筒的角度调节斜面与第一万向接头连接杆上的角度调节套筒的角度调节斜面贴合；
所述钻杆、第一万向接头连接杆以及第二万向接头连接杆的外侧套装有转向套筒；所述转向套筒的外圆周面上设置有沿圆周均匀分布的限位凸条；
所述转动驱动装置的外圈与转向套筒的内壁配合，且周向固定；
所述钻杆上的制动器的内圈与钻杆滑动配合，制动器的外圈与转向套筒的内壁周向固定配合；
所述第二万向接头连接杆上的制动器的内圈与第二万向接头连接杆滑动配合，制动器的外圈与转向套筒的内壁周向固定配合；
所述转动驱动装置与钻机方向控制器电连接，所述NWD随钻测量仪与钻机方向控制器电连接。
进一步的，所述转动驱动装置包括外筒、内筒、透盖；
所述外筒套装在内筒上，所述外筒与内筒之间形成供液腔；
所述外筒上设置有固定隔板；所述内筒的外圆周面上设置有动隔板；所述动隔板以及固定隔板将供液腔分割为两个腔体；所述透盖上设置有第一进液口和第二进液口；所述第一进液口和第二进液口分别连通动隔板以及固定隔板将供液腔分割的两个腔体；
所述外筒的外圆周面与转向套筒的内壁周向固定连接；所述第一进液口和第二进液口连接有换向阀；所述换向阀与钻机方向控制器电连接。
进一步的，所述制动器包括制动筒；所述制动筒上设置有均匀分布的弹性件。
优选的，所述弹性件采用橡胶。
优选的，所述弹性件包括滑块以及弹簧，所述制动筒上设置有弹性滑块的径向滑槽，所述弹性滑块滑动安装在径向滑槽内，所述弹簧位于径向滑槽的底部与滑块之间。
本发明的有益效果是：本发明所述的大功率变频节能钻机电控系统，由于通过两个角度调节套筒的相对转动，从而使得第二万向节连接杆的偏移，从而带动钻头偏移，实现对钻井角度的调节。
在角度调节的过程中，通过液压控制转动驱动装置，即可实现对角度调节套筒的转动，并且只需控制进油和出油方向即可实现正向转动或者反向转动的驱动；从而便于控制。
因此，本发明所述的大功率变频节能钻机电控系统，能够便于实现钻井角度的控制，便于实现定向钻井，同时装置结构简单，便于控制。
附图说明
图1是本发明实施例中石油钻机的立体图；
图2是本发明实施例中石油钻机的主视图；
图3是图2的A-A剖视图；
图4是本发明实施例中控制柜立体图；
图5是本发明实施例中钻头的爆炸示意图；
图6是本发明实施例中钻头的主视图；
图7是图6的B-B剖视图；
图8是本发明实施例中钻头的去掉转向套筒的结构示意图；
图9是本发明实施例中转动驱动装置的立体图；
图10是本发明实施例中转动驱动装置的主视图；
图11是图10的C-C剖视图；
图12是本发明实施例中角度调节套筒的立体图；
图13是本发明实施例中钻向调节前的结构示意图；
图14是本发明实施例中钻向调节后的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1至图14所示，本发明所述的大功率变频节能钻机电控系统，包括执行元件和控制器，所述控制器设置在石油钻机的钻机控制柜16内；所述石油钻机包括钻井底座1、发电系统11以及钻机液循环系统；所述钻井底座1上设置有井架3；
所述井架3的顶部设置有天车5；所述天车5的下方设置有游车6；所述游车6的下方设置有大钩7；所述大钩8上连接有水龙头8；所述水龙头8下端连接有钻杆2连接；
所述钻井底座1的工作平台上设置有转盘9以及转盘驱动电机10；所述工作平台上设置有钻机控制柜16；所述大功率变频节能钻机电控系统包括转向钻头20以及钻机方向控制器；所述钻机方向控制器采用PLC，且设置在控制柜16内；
所述转向钻头20包括主钻头23、扶正器24、钻杆25、第一万向接头连接杆27、第二万向接头连接杆211；所述钻杆25与转盘9传动连接；
所述钻杆25的一端与第一万向接头连接杆27传动连接，所述第一万向接头连接杆27与第二万向接头连接杆211之间设置有万向接头210；
所述钻杆25靠近第一万向接头连接杆27的一端以及第二万向接头连接杆211上均套装有制动器26；
所述第二万向接头连接杆211的一端与扶正器24的一端连接，所述扶正器24的另一端与主钻头22连接；
所述第二万向接头连接杆211靠近扶正器24的一端上设置有NWD随钻测量仪213；
所述第一万向接头连接杆27上设置有转动驱动装置28；所述第一万向接头连接杆27上套装有角度调节套筒212；所述角度调节套筒212通过转动驱动装置28驱动转动；且所述角度调节套筒212与转动驱动装置28之间设置通过弹性杆29连接；
所述第二万向接头连接杆211上套装有角度调节套筒212，且该角度调节套筒212与第二万向接头连接杆211上的制动器26固定连接；
所述角度调节套筒212一端具有角度调节斜面2121；所述第二万向接头连接杆211上的角度调节套筒212的角度调节斜面2121与第一万向接头连接杆27上的角度调节套筒212的角度调节斜面2121贴合；
所述钻杆25、第一万向接头连接杆27以及第二万向接头连接杆211的外侧套装有转向套筒21；所述转向套筒21的外圆周面上设置有沿圆周均匀分布的限位凸条22；
所述转动驱动装置28的外圈与转向套筒21的内壁配合，且周向固定；
所述钻杆25上的制动器26的内圈与钻杆25滑动配合，制动器26的外圈与转向套筒21 的内壁周向固定配合；
所述第二万向接头连接杆211上的制动器26的内圈与第二万向接头连接杆211滑动配合，制动器26的外圈与转向套筒21的内壁周向固定配合；
所述转动驱动装置28与钻机方向控制器电连接，所述NWD随钻测量仪213与钻机方向控制器电连接。具体的，所述钻机液循环系统包括泥浆泵12、储泥灌13以及泥浆过滤器14。所述钻井底座1上设置有楼梯15。
在进行钻向调节时，只需将NWD随钻测量仪213检测到的钻头钻井数据与设计钻井轨迹的数据进行比较，然后确定转向需要调节的数值；然后通过钻机方向控制器，控制转动驱动装置28，从而使得两个角度调节套筒212钟的一个角度调节套筒212转动，从而使得两个角度调节套筒212轴线之间的夹角发生改变，如图13和图14所示，从而实现钻井角度的调节。
在第二万向接头连接杆211发生偏移时，通过制动器26保证第二万向接头连接杆211相对于转向套筒21转动。同时转向套筒21通过转向套筒21的外圆周面上设置的沿圆周均匀分布的限位凸条22使得转向套筒21在井孔轨道内固定；从而为转向提供支持力。
综上所述，本发明所述的大功率变频节能钻机电控系统，由于通过两个角度调节套筒的相对转动，从而使得第二万向节连接杆的偏移，从而带动钻头偏移，实现对钻井角度的调节。
因此，本发明所述的大功率变频节能钻机电控系统，能够便于实现钻井角度的控制，便于实现定向钻井，同时装置结构简单，便于控制。
为了便于控制，优选的，所述转动驱动装置28包括外筒281、内筒282、透盖283；
所述外筒281套装在内筒282上，所述外筒281与内筒282之间形成供液腔；所述外筒 281上设置有固定隔板286；所述内筒282的外圆周面上设置有动隔板282；所述动隔板282 以及固定隔板286将供液腔分割为两个腔体；所述透盖283上设置有第一进液口287和第二进液口288；所述第一进液口287和第二进液口288分别连通动隔板282以及固定隔板286 将供液腔分割的两个腔体；
所述外筒281的外圆周面与转向套筒21的内壁周向固定连接；所述第一进液口287和第二进液口288连接有换向阀；所述换向阀与钻机方向控制器电连接。在角度调节的过程中，通过液压控制转动驱动装置，即可实现对角度调节套筒的转动，并且只需控制进油和出油方向即可实现正向转动或者反向转动的驱动；从而便于控制。
为了便于满足第二万向接头连接杆211的偏移，进一步的，所述制动器26包括制动筒 261；所述制动筒261上设置有均匀分布的弹性件262。
为了便于简化结构，优选的，所述弹性件262采用橡胶。为了提高刚性，进一步的，所述弹性件262包括滑块以及弹簧，所述制动筒261上设置有弹性滑块的径向滑槽，所述弹性滑块滑动安装在径向滑槽内，所述弹簧位于径向滑槽的底部与滑块之间。
Claims (5)
1.大功率变频节能钻机电控系统，所述石油钻机包括钻井底座(1)、发电系统(11)以及钻机液循环系统；所述钻井底座(1)上设置有井架(3)；
所述井架(3)的顶部设置有天车(5)；所述天车(5)的下方设置有游车(6)；所述游车(6)的下方设置有大钩(7)；所述大钩(8)上连接有水龙头(8)；所述水龙头(8)下端连接有钻杆(2)连接；
其特征在于：所述钻井底座(1)的工作平台上设置有转盘(9)以及转盘驱动电机(10)；所述工作平台上设置有钻机控制柜(16)；所述方向控制系统包括转向钻头(20)以及钻机方向控制器；所述钻机方向控制器采用PLC，且设置在控制柜(16)内；
所述转向钻头(20)包括主钻头(23)、扶正器(24)、钻杆(25)、第一万向接头连接杆(27)、第二万向接头连接杆(211)；所述钻杆(25)与转盘(9)传动连接；
所述钻杆(25)的一端与第一万向接头连接杆(27)传动连接，所述第一万向接头连接杆(27)与第二万向接头连接杆(211)之间设置有万向接头(210)；
所述钻杆(25)靠近第一万向接头连接杆(27)的一端以及第二万向接头连接杆(211)上均套装有制动器(26)；
所述第二万向接头连接杆(211)的一端与扶正器(24)的一端连接，所述扶正器(24)的另一端与主钻头(22)连接；
所述第二万向接头连接杆(211)靠近扶正器(24)的一端上设置有NWD随钻测量仪(213)；
所述第一万向接头连接杆(27)上设置有转动驱动装置(28)；所述第一万向接头连接杆(27)上套装有角度调节套筒(212)；所述角度调节套筒(212)通过转动驱动装置(28)驱动转动；且所述角度调节套筒(212)与转动驱动装置(28)之间设置通过弹性杆(29)连接；
所述第二万向接头连接杆(211)上套装有角度调节套筒(212)，且该角度调节套筒(212)与第二万向接头连接杆(211)上的制动器(26)固定连接；
所述角度调节套筒(212)一端具有角度调节斜面(2121)；所述第二万向接头连接杆(211)上的角度调节套筒(212)的角度调节斜面(2121)与第一万向接头连接杆(27)上的角度调节套筒(212)的角度调节斜面(2121)贴合；
所述钻杆(25)、第一万向接头连接杆(27)以及第二万向接头连接杆(211)的外侧套装有转向套筒(21)；所述转向套筒(21)的外圆周面上设置有沿圆周均匀分布的限位凸条(22)；
所述转动驱动装置(28)的外圈与转向套筒(21)的内壁配合，且周向固定；
所述钻杆(25)上的制动器(26)的内圈与钻杆(25)滑动配合，制动器(26)的外圈与转向套筒(21)的内壁周向固定配合；
所述第二万向接头连接杆(211)上的制动器(26)的内圈与第二万向接头连接杆(211)滑动配合，制动器(26)的外圈与转向套筒(21)的内壁周向固定配合；
所述转动驱动装置(28)与钻机方向控制器电连接，所述NWD随钻测量仪(213)与钻机方向控制器电连接。
2.根据权利要求1所述的大功率变频节能钻机电控系统，其特征在于：所述转动驱动装置(28)包括外筒(281)、内筒(282)、透盖(283)；
所述外筒(281)套装在内筒(282)上，所述外筒(281)与内筒(282)之间形成供液腔；
所述外筒(281)上设置有固定隔板(286)；所述内筒(282)的外圆周面上设置有动隔板(282)；所述动隔板(282)以及固定隔板(286)将供液腔分割为两个腔体；所述透盖(283)上设置有第一进液口(287)和第二进液口(288)；所述第一进液口(287)和第二进液口(288)分别连通动隔板(282)以及固定隔板(286)将供液腔分割的两个腔体；
所述外筒(281)的外圆周面与转向套筒(21)的内壁周向固定连接；所述第一进液口(287)和第二进液口(288)连接有换向阀；所述换向阀与钻机方向控制器电连接。
3.根据权利要求1所述的大功率变频节能钻机电控系统，其特征在于：所述制动器(26)包括制动筒(261)；所述制动筒(261)上设置有均匀分布的弹性件(262)。
4.根据权利要求3所述的大功率变频节能钻机电控系统，其特征在于：所述弹性件(262)采用橡胶。
5.根据权利要求3所述的大功率变频节能钻机电控系统，其特征在于：所述弹性件(262)包括滑块以及弹簧，所述制动筒(261)上设置有弹性滑块的径向滑槽，所述弹性滑块滑动安装在径向滑槽内，所述弹簧位于径向滑槽的底部与滑块之间。
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2019
- 2019-07-16 CN CN201910641761.8A patent/CN110306930B/zh active Active
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