CN111924706A - Mwd吊装系统与控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种MWD吊装系统与控制方法，包括对称设置的第一抱环和第二抱环；第一抱环和第二抱环之间有铰接件；在另一侧的结合部设置有螺旋锁紧机构和第一电机，第一电机驱动螺旋锁紧机构运动以带动两个抱环接近或者分离运动，实现对MWD设备的锁紧或者释放；螺旋锁紧机构包括设置第一螺套、第二螺套以及与第一螺套和第二螺套螺旋配合的螺杆，螺杆为软轴螺杆，螺杆的一端固定有耦合齿轮，第一电机驱动耦合齿轮转动并带动螺杆同步转动；第一螺套与第二螺套中的其中一个设置正螺旋螺纹，另一个设置反螺旋螺纹，使得它们在螺杆转动时作相接近或者分离的运动。本发明可实现对MWD设备的有效吊装，防止过度拧紧对设备的损坏以及过松紧固造成的松脱风险。

Description

MWD吊装系统与控制方法
技术领域
本发明涉及随钻测量(MWD)技术领域，具体而言涉及一种MWD吊装系统与控制方法。
背景技术
在钻井勘探开发定向井、水平井施工中，出于工艺技术的需要经常使用MWD仪器，吊装MWD仪器出井、入井、上下钻台频繁，需要使用绳套来吊装捆绑MWD仪器，容易造成滑脱落井或伤人等事故发生。在不确保安全的情况下，不仅给下步工作带来困难，而且工作效率和工作安全都无法得到保证。
现有技术中为此提出了一种采用环形抱箍结构来进行固定，然后对抱箍进行吊装的方式，但对抱箍的固定采用大直径螺栓，通过扳手进行拧紧锁死，但在锁死过程中不确定是否拧紧到位，很容易造成过度拧紧，对MWD设备的损坏。
发明内容
本发明目的在于提供一种MWD吊装系统与控制方法，旨在通过电动助力结合压力监控的方式，实现对MWD的有效吊装，并且防止过度拧紧对设备的损坏。
为实现上述目的，本发明的第一方面提出一种MWD吊装系统，包括对称设置的第一抱环和第二抱环，所述第一抱环和第二抱环合围形成的环形空间用于放置MWD设备，并进行锁紧固定；
第一抱环和第二抱环的边缘均设置有朝向两端延伸出来的结合部，在其中一侧的结合部设置有铰接件，将第一抱环和第二抱环铰接在一起，在另一侧的结合部设置有螺旋锁紧机构和第一电机，所述第一电机被设置成驱动所述螺旋锁紧机构运动以带动两个抱环接近或者分离运动，实现对MWD设备的锁紧或者释放；
其中，所述螺旋锁紧机构包括设置在第一抱环上的第一螺套、设置在第二抱环上的第二螺套以及与所述第一螺套和第二螺套螺旋配合的螺杆，所述螺杆为软轴螺杆，螺杆的一端固定有耦合齿轮，所述第一电机固定在其中一个抱环上，其输出轴通过齿轮与所述耦合齿轮啮合，驱动耦合齿轮转动并带动螺杆同步转动；
所述第一螺套与第二螺套中的其中一个设置正螺旋螺纹，另一个设置反螺旋螺纹，使得它们在螺杆转动时作相接近或者分离的运动。
如此，通过反向螺旋的螺套结合软轴螺杆的操作，使得通过高精度电机进行驱动时，可通过螺杆带动进行相对或者相向运动，使得合抱过程自动化、智能化，避免传统通过螺栓等紧固件时容易造成的过松或者过紧的情况，而且通过智能的过程的持续监控，进一步时间在合抱到位时的制动停止并利用螺杆螺套的驱动副实现自锁紧和定位，不需要额外设置定位和锁紧元件；同时在合抱过程中出现异常时，及时进行预警和利于调整，防止意外的压力偏差导致在合抱后期造成对MWD的损害。
优选地，所述第一电机为步进电机。通过步进电机的使用，提高在合抱时的驱动精度，避免两边合围时的偏差。
优选地，所述第一螺套和第二螺套采用相同的外部轮廓结构，均为正多边形，卡紧在对应的第一抱环和第二抱环上对应的正多边形通孔内，通孔的中心连线与第一螺套和第二螺套的中心连线共线。如此，一方面保证两个抱环以及对应的螺套在最后合抱时实现同心，通过软轴螺杆实现在远离或者接近运动时保持柔性驱动，防止刚性螺杆造成的偏差，另一方面，采用正多边形，例如四边形或者六边形等结构，在周向实现卡进卡位，实现周向限位，防止周向转动。
进一步优选地，所述第一抱环和第二抱环上对应的正多边形通孔内均设置有C形卡圈，在第一螺套和第二螺套对应安装后通过C形卡圈进行卡紧固定。如此，通过C形卡圈进行中心轴方向的限位，防止其在通孔的前后方向发生移位。
进一步优选地，所述第一抱环和第二抱环的外部分别设置有轴承，支撑所述螺杆。
进一步地，所述所述第一抱环和第二抱环上分别设置有压力传感器，与一控制器电连接，所述压力传感器用于感应在合抱时受到的压力。其中，所述控制器根据第一抱环和第二抱环上的压力传感器感应的压力值控制所述第一电机的运行，其中所述第一电机驱动第一抱环和第二抱环的合抱过程中，所述控制器响应于所述第一抱环和第二抱环上的其中一个压力传感器感应的压力值达到设定的停止阈值时，控制停止所述第一电机的运行。
如此，通过每个抱环上的压力传感器持续地检测合抱过程中的压力，并且智能地根据压力值达到设定的阈值范围时控制关闭电机的运动，防止过度锁紧对MWD设备的压力过大而造成损害，或者过松的紧固力造成锁紧的假象，而实际的锁紧力不足，造成在MWD工作过程中松脱。
进一步的实施例中，所述控制器还被设置成响应于所述第一抱环和第二抱环上的压力传感器感应的压力的差值超过设定的报警阈值，控制一报警装置进行报警，其中所述报警装置与所述控制器电连接。如此，可防止因为意外或者异物侵入导致缩进过程中的压力异常，造成最终的缩进不正常、造成MWD设备损坏。
根据本发明的第二方面还提出一种根据前述的MWD吊装系统的吊装控制方法，包括以下步骤：
沿着铰链打开第一抱环和第二抱环，将MWD设备装入二者之间；
控制第一电机运动，驱动螺杆运动使得第一抱环和第二抱环相对运动形成合围；
在运动过程中检测第一抱环和第二抱环上的压力，并且在任意一个抱环上的压力达到设定的第二阈值时，控制减小第一电机的驱动转速；
持续检测第一抱环和第二抱环上的压力，并且在任意一个抱环上的压力达到设定的第一阈值时，控制停止第一电机运行；
最后，通过缆绳对第一抱环和第二抱环进行吊装。
如此，在可选的实施例中，实现精确、安全的两段式锁紧控制，其中在第一阶段，在两个抱环进行合抱初始阶段，可控制进行大转速的快速合抱，而在接触到MWD设备后，压力传感器传感器检测到MWD设备的压力后，表明已经开始进入第二阶段，此时需要进行慢速、精确的合抱，确保合抱-锁紧的精确实现，避免大转速和合抱扭矩对MWD设备的冲击和影响，同时通过慢速精确的合抱控制，在进一步监控的压力数据达到停止阈值时，停止运行，此时利用涡轮螺杆进行锁紧，实现对MWD设备的快速、安全、精确的锁紧。
优选的，前述方法还包括：在第一抱环和第二抱环上的检测到的压力的差值超过设定的报警阈值时，控制报警装置进行报警。如此，通过压力差值的监控，实现合抱过程中异常情况的监控，实现对MWD设备的保护。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
图1是本发明示例性实施例的MWD设备吊装系统的结构示意图。
图2是本发明示例性实施例的MWD吊装系统的示意图。
图3是图2示例性实施例的吊装系统沿着A-A的剖视图。
图4是本发明示例性实施例的MWD设备吊装系统的电路控制原理图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
结合图1-4所示，根据本发明示例性实施例的MWD设备的吊装系统，包括对称设置的第一抱环1和第二抱环2，第一抱环1和第二抱环2相互合围形成的环形空间，用于放置MWD设备，并可进行锁紧固定。
结合图1、2，第一抱环1和第二抱环2的边缘均设置有朝向两端延伸出来的结合部，在其中一侧的结合部设置有铰接件3，例如枢转结构的铰链，分别连接到两个抱环上，将第一抱环和第二抱环铰接在一起。
结合图2、3，在另一侧的结合部设置有螺旋锁紧机构和第一电机4，第一电机4优选采用步进电机。第一电机4被设置成驱动螺旋锁紧机构运动以带动两个抱环(1、2)作接近或者分离运动，实现对MWD设备的锁紧或者释放。
结合图3所示，螺旋锁紧机构包括设置在第一抱环上的第一螺套54、设置在第二抱环2上的第二螺套55以及与所述第一螺套和第二螺套螺旋配合的螺杆51，螺杆51为软轴螺杆，以利于在合抱初始阶段和过程中实现自适应的柔性弯曲，从而实现与螺套保持螺纹传动关系。
螺杆51的一端固定有耦合齿轮56，第一电机4固定在其中一个抱环上，其输出轴通过齿轮与所述耦合齿轮56啮合，实现齿轮传动，将输出扭矩传递到螺杆51上，通过驱动耦合齿轮56转动并带动螺杆同步转动，从而驱动螺套运动，以实现对合抱过程的控制或者解除合抱。优选地，前述的啮合齿轮为斜齿轮。
其中，第一螺套与第二螺套中的其中一个设置正螺旋螺纹，另一个设置反螺旋螺纹，使得它们在螺杆转动时作相接近或者分离的运动。
结合图2、3，第一抱环和第二抱环的外部分别设置有轴承53，固定到对应的抱环上，支撑螺杆。如此，螺杆在受驱动转动过程中，与螺套之间转动构成转动副，实现转动连接，驱动螺套相对或者相向运动。
如此，通过反向螺旋的螺套结合软轴螺杆的操作，使得通过高精度电机进行驱动时，可通过螺杆带动进行相对或者相向运动，使得合抱过程自动化、智能化，避免传统通过螺栓等紧固件时容易造成的过松或者过紧的情况，而且通过智能的过程的持续监控，进一步时间在合抱到位时的制动停止并利用螺杆螺套的驱动副实现自锁紧和定位，不需要额外设置定位和锁紧元件；同时在合抱过程中出现异常时，及时进行预警和利于调整，防止意外的压力偏差导致在合抱后期造成对MWD的损害。
结合图示，在可选的实施例中，可在耦合齿轮的外部设置防护罩5，起到齿轮箱的作用，对齿轮传动结构进行防护。
结合图示，在第一抱环和第二抱环上还分别设置有吊装部6，每个吊装部6上设置穿孔，供缆绳例如钢绳穿过进行吊装。
优选的实施例中，第一螺套54和第二螺套55采用相同的外部轮廓结构.例如，二者均为正多边形，尤其是正六边形等形状，卡紧在对应的第一抱环和第二抱环上对应的正多边形通孔内，实现在周上的转动限制，实现周向的限位。
优选地，通孔的中心连线与第一螺套和第二螺套的中心连线共线。
优选地，第一抱环54和第二抱环55上对应的正多边形通孔内均设置有C形卡圈57，在第一螺套和第二螺套对应安装后通过C形卡圈进行卡紧固定。如此，通过C形卡圈进行中心轴方向的限位，防止其在通孔的前后方向发生移位。
结合图4所示，第一抱环和第二抱环上分别设置有压力传感器60，与一控制器100电连接，压力传感器60用于感应在合抱时受到的压力。在一些实施例中，控制器100采用嵌入式处理器(例如STM32系列)，根据第一抱环1和第二抱环2上的压力传感器60感应的压力值控制所述第一电机的运行。
在可选的实施例中，第一电机4尤其是例如前述的步进电机，在其运行以驱动第一抱环和第二抱环进行合抱过程中，控制器响应于所述第一抱环和第二抱环上的其中一个压力传感器感应的压力值达到设定的停止阈值T0时，控制停止所述第一电机的运行。如此，通过预设的停止阈值来控制合抱过程，如此在针对对应型号的MWD设备进行合抱夹紧操作时，可通过合理有限的测试过程确定对应夹紧状态下的压力值，从而在实际现场操作，尤其频繁的多次操作过程中，可基于设定的停止阈值T0进行控制，防止对合抱的过分锁紧造成损坏或者合抱不足造成松脱。
优选地，所述压力传感器被设置成按照设定的采样频率进行压力数据采集。
在另一些实施例中，在合抱过程中，可设计成2段式合抱控制，在抱环未接触到MWD设备时，控制器控制采用第一转速V1来驱动耦合齿轮和螺杆，而在抱环接触到MWD设备后进入第二阶段，采用第二转速V2来驱动耦合齿轮和螺杆，其第一转速大V1大于第二转速V2。
进一步的实施例中，控制器100还被设置成响应于第一抱环1和第二抱环2上的压力传感器感应的压力的差值超过设定的报警阈值，控制一报警装置进行报警，其中报警装置与控制器电连接。如此，可防止因为意外或者异物侵入导致缩进过程中的压力异常，造成最终的缩进不正常、造成MWD设备损坏。
可选的，报警装置可以采用声光报警器，或者结合软件和通信传输组件设计成远程报警器。
结合前述实施例和图示所示，根据本公开的示例还涉及一种MWD设备的吊装控制方法，包括以下步骤：
沿着铰链打开第一抱环和第二抱环，将MWD设备装入二者之间；
控制第一电机运动，驱动螺杆运动使得第一抱环和第二抱环相对运动形成合围；
在运动过程中检测第一抱环和第二抱环上的压力，并且在任意一个抱环上的压力达到设定的第二阈值T2时，控制减小第一电机的驱动转速；
持续检测第一抱环和第二抱环上的压力，并且在任意一个抱环上的压力达到设定的第一阈值T1时，控制停止第一电机运行；
最后，通过缆绳对第一抱环和第二抱环进行吊装。
如此，在可选的实施例中，实现精确、安全的两段式锁紧控制，其中在第一阶段，在两个抱环进行合抱初始阶段，可控制进行大转速的快速合抱，而在接触到MWD设备后，压力传感器传感器检测到MWD设备的压力后，开始进入第二阶段，此时需要进行慢速、精确的合抱，确保合抱-锁紧的精确实现，避免大转速和合抱扭矩对MWD设备的冲击和影响，同时通过慢速精确的合抱控制，在进一步监控的压力数据达到停止阈值时，停止运行，此时利用涡轮螺杆进行锁紧，实现对MWD设备的快速、安全、精确的锁紧。
在可选的实施例中，前述的第一阈值T1作为停止阈值，在达到时用以控制第一电机停止运行，可以设计成与前述控制过程中的阈值T0相同。
而第一阶段的第二阈值T2的设计，可根据实际情况进行，其表示抱环与MWD接触状态下所收到的压力，T2小于T1，并且在一些可选的设计中，T2的取值通常比较小，仅用于指示前述的接触状态即可。
优选的，前述方法还包括：在第一抱环和第二抱环上的检测到的压力的差值超过设定的报警阈值时，控制报警装置进行报警。如此，通过压力差值的监控，实现合抱过程中异常情况的监控，实现对MWD设备的保护。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种MWD吊装系统，其特征在于，包括对称设置的第一抱环和第二抱环，所述第一抱环和第二抱环合围形成的环形空间用于放置MWD设备，并进行锁紧固定；
第一抱环和第二抱环的边缘均设置有朝向两端延伸出来的结合部，在其中一侧的结合部设置有铰接件，将第一抱环和第二抱环铰接在一起，在另一侧的结合部设置有螺旋锁紧机构和第一电机，所述第一电机被设置成驱动所述螺旋锁紧机构运动以带动两个抱环接近或者分离运动，实现对MWD设备的锁紧或者释放；
其中，所述螺旋锁紧机构包括设置在第一抱环上的第一螺套、设置在第二抱环上的第二螺套以及与所述第一螺套和第二螺套螺旋配合的螺杆，所述螺杆为软轴螺杆，螺杆的一端固定有耦合齿轮，所述第一电机固定在其中一个抱环上，其输出轴通过齿轮与所述耦合齿轮啮合，驱动耦合齿轮转动并带动螺杆同步转动；
所述第一螺套与第二螺套中的其中一个设置正螺旋螺纹，另一个设置反螺旋螺纹，使得它们在螺杆转动时作相接近或者分离的运动。
2.根据权利要求1所述的MWD吊装系统，其特征在于，所述第一电机为步进电机。
3.根据权利要求1所述的MWD吊装系统，其特征在于，所述第一螺套和第二螺套采用相同的外部轮廓结构，均为正多边形，卡紧在对应的第一抱环和第二抱环上对应的正多边形通孔内，通孔的中心连线与第一螺套和第二螺套的中心连线共线。
4.根据权利要求3所述的MWD吊装系统，其特征在于，所述第一抱环和第二抱环上对应的正多边形通孔内均设置有C形卡圈，在第一螺套和第二螺套对应安装后通过C形卡圈进行卡紧固定。
5.根据权利要求1所述的MWD吊装系统，其特征在于，所述第一抱环和第二抱环的外部分别设置有轴承，支撑所述螺杆。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的MWD吊装系统，其特征在于，所述所述第一抱环和第二抱环上分别设置有压力传感器，与一控制器电连接，所述压力传感器用于感应在合抱时受到的压力。
7.根据权利要求6所述的MWD吊装系统，其特征在于，所述控制器根据第一抱环和第二抱环上的压力传感器感应的压力值控制所述第一电机的运行，其中所述第一电机运行以驱动进行第一抱环和第二抱环的合抱过程中，所述控制器响应于所述第一抱环和第二抱环上的其中一个压力传感器感应的压力值达到设定的停止阈值时，控制停止所述第一电机的运行。
8.根据权利要求6所述的MWD吊装系统，其特征在于，所述控制器还被设置成响应于所述第一抱环和第二抱环上的压力传感器感应的压力的差值超过设定的报警阈值，控制一报警装置进行报警，其中所述报警装置与所述控制器电连接。
9.一种根据权利要求1-6中任意一项所述的MWD吊装系统的吊装控制方法，其特征在在于，包括以下步骤：
沿着铰链打开第一抱环和第二抱环，将MWD设备装入二者之间；
控制第一电机运动，驱动螺杆运动使得第一抱环和第二抱环相对运动形成合围；
在运动过程中检测第一抱环和第二抱环上的压力，并且在任意一个抱环上的压力达到设定的第二阈值时，控制减小第一电机的驱动转速；
持续检测第一抱环和第二抱环上的压力，并且在任意一个抱环上的压力达到设定的第一阈值时，控制停止第一电机运行；
通过缆绳对第一抱环和第二抱环进行吊装。
10.根据权利要求9所述的MWD吊装系统的吊装控制方法，其特征在在于，所述方法还包括：
在第一抱环和第二抱环上的检测到的压力的差值超过设定的报警阈值时，控制报警装置进行报警。
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