CN112211573B - 钻修井管柱的处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻修井管柱的处理系统，属于石油钻修井技术领域。本发明包括井架、地面管柱输送装置、钻台管柱处理装置和二层台管柱排放装置，还包括机器视觉系统和视觉识别装置；视觉识别装置用于观测管柱的位置信息、钻井设备的位置信息或/和钻井设备的状态信息，得到观测信号并将观测信号反馈给机器视觉系统；机器视觉系统用于根据视觉识别装置反馈的观测信号，调整钻井设备的位置或/和控制钻井设备运行。本发明利用机器视觉技术自动识别以及判断管柱在交接时的状态，实现管柱在交接时的自动化控制，避免人工去确认管柱的交接过程，减少安全隐患，以及能够提高对管柱的处理效率。

Description

钻修井管柱的处理系统

技术领域

本发明涉及一种钻修井管柱的处理系统，属于石油钻修井技术领域。

背景技术

在油气开发过程中，通常将钻杆、钻铤、套管、油管、钻杆立根、钻铤立根、套管立根以及油管立根等统称为管柱，通常将游车、顶驱、吊卡、机械手、铁钻工、排管机等统称为钻台设备。目前的钻修井管柱处理系统对钻修井管柱的处理方式仍停留在机械化的阶段，特别是在起钻或者下钻作业中，至少需要三名操作员进行作业，而且在起钻或者下钻的过程中，有些环节还需要人工去确认过程，从而使得操作员需要在井口等危险区域手动操作设备，进而会给操作员带来重大的安全隐患。同时，为了保证作业的安全性，在钻修井管柱的处理系统中一般是采用串行的操作方式，也就是在对钻修井的处理过程中，当前一个设备的动作完成，后一个设备才开始动作；而设备之间很少并行运行，即使有并行运行的情况，并行的程度也比较低。所以，目前对管柱的处理方式极大地降低了对管柱的处理效率，而且还会给操作员带来重大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术中，在钻修井管柱的处理系统中，因进行管柱交接时，需要人工确认交接过程，而影响对管柱的处理效率，以及会给操作员带来安全隐患的问题，提供一种钻修井管柱的处理系统，能够提高对管柱的处理效率，降低给操作员带来的安全隐患。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

钻修井管柱的处理系统，包括井架、地面管柱输送装置、钻台管柱处理装置和二层台管柱排放装置，其特征在于：还包括机器视觉系统和视觉识别装置；井架用于支撑和安装钻井设备，井架上设置有钻台面和二层台，钻台面上设置有用于放置管柱的放置区；地面管柱输送装置用于将管柱在地面与钻台面之间进行输送；二层台管柱排放装置设置在二层台上，并用于二层台上管柱的排放和对接；二层台管柱排放装置包括用于管柱存靠的指梁，指梁与放置区对应设置；钻台管柱处理装置设置在钻台面上，并用于钻台面上管柱的排放和对接；机器视觉系统分别与视觉识别装置和钻井设备电性连接；视觉识别装置用于观测管柱的位置信息、钻井设备的位置信息或/和钻井设备的状态信息，得到观测信号并将观测信号反馈给机器视觉系统；机器视觉系统用于根据视觉识别装置反馈的观测信号，调整钻井设备的位置或/和控制钻井设备运行。

本发明的井架用于支撑和安装钻井设备，并在井架上设置有二层台和钻台面，而钻台管柱处理装置设置在钻台面上，从而便于钻台管柱处理装置对钻台面上的管柱进行对接和排放；二层台管柱排放装置设置在二层台上，从而便于对二层台上的管柱进行对接和排放；另外，在本发明所提供的处理系统中，还包括机器视觉系统和视觉识别装置，通过视觉识别装置观测管柱的位置信息、钻井设备的位置信息或/和钻井设备的状态信息，并得到观测信号，然后由视觉识别装置将观测信号反馈给机器视觉系统，机器视觉系统根据视觉识别装置反馈的观测信号，调整钻井设备的位置或/和控制钻井设备运行，从而可以避免人工去确认管柱的交接过程。本发明所提供的处理系统利用机器视觉技术，自动识别以及判断管柱在交接时的状态，从而可以避免人工去确认管柱的交接过程，进而可以减少给操作员带来安全隐患，能够在管柱的交接过程中实现自动化控制，进而能够提高对钻修井管柱的处理效率。

进一步的，井架上设置有游车，在游车上固设有顶驱，顶驱的一端安装有吊卡；所述游车能够驱动顶驱沿井架竖向移动，所述顶驱能够驱动吊卡抓放和移动管柱；二层台管柱排放装置包括用于抓取管柱上部的排管机，排管机上设置有用于夹持管柱上部的钳体，指梁和吊卡之间通过排管机转移管柱；视觉识别装置包括设置在二层台上方的第一视觉识别模块，第一视觉识别模块用于观测钳体与吊卡之间的相对位置信息，得到第一观测信号并将第一观测信号反馈给机器视觉系统；机器视觉系统用于根据第一视觉识别模块反馈的第一观测信号，控制排管机的钳体与吊卡之间的相对位置。通过上述结构，在排管机将管柱推入吊卡的过程中，或者在排管机将管柱从吊卡中取出的过程中，可以自动识别以及判断管柱的交接状态，从而可以避免人工去确认管柱的交接过程，进而可以减少给操作员带来的安全隐患，并且能够实现在排管机与吊卡之间进行管柱交接过程的自动化控制，提高对钻修井管柱的处理效率。

进一步的，钻台面上设置有井眼，井眼内部安装有卡瓦，视觉识别装置包括第二视觉识别模块，第二视觉识别模块位于井眼的侧面；钻台管柱处理装置包括机械手和铁钻工，机械手和铁钻工均位于井眼的侧面，机械手用于抓取管柱的下部，井眼和放置区之间通过机械手转移管柱，铁钻工用于对管柱进行上扣或者卸扣；第二视觉识别模块用于观测卡瓦是否夹持管柱以及管柱在卡瓦中的位置信息，得到第二观测信号并将第二观测信号反馈给机器视觉系统；机器视觉系统用于根据第二视觉识别模块反馈的第二观测信号，控制卡瓦夹稳管柱，以及机器视觉系统用于根据第二视觉识别模块反馈的第二观测信号，控制铁钻工对管柱进行上扣或者卸扣。通过上述结构，管柱放置在卡瓦的过程中，以及在铁钻工对管柱进行上扣或者卸扣的过程中，可以避免人工去确认管柱的交接过程，从而可以减少给操作员带来的安全隐患，并且还能够进一步提高本发明的自动化控制，能够进一步提高对钻修井管柱的处理效率。

进一步的，第二视觉识别模块与铁钻工分别位于井眼中心的两侧，第二视觉识别模块布置在铁钻工的回转中心与井眼中心的连接线上。通过上述结构，有利于第二视觉识别模块观测卡瓦是否夹持管柱以及管柱在卡瓦中位置信息。

进一步的，地面管柱输送装置包括动力猫道；在井架的上安装有缓冲机械手，缓冲机械手用于将动力猫道运输上来的管柱推扶到井眼，或者用于将管柱从井眼推扶到动力猫道上。管柱在钻台面与动力猫道之间交接时，通过缓冲机械手推扶管柱，可以提高管柱在交接时的安全性。

进一步的，视觉识别装置包括设置在井架上的第三视觉识别模块，第三视觉识别模块用于观测钻井设备与缓冲机械手之间的距离信息，得到第三观测信号并将第三观测信号反馈给机器视觉系统；机器视觉系统用于根据第三视觉识别模块反馈的第三观测信号最小值，调节钻井设备的位置或缓冲机械手的位置，避免钻井设备与缓冲机械手之间发生干涉。通过上述结构，在本处理系统运行的过程中，可以避免人工去确认钻井设备是否会与缓冲机械手发生碰撞，从而可以减少给操作员带来的安全隐患，提高对管柱的处理效率，并且能够进一步提高本发明的自动化控制，确保本处理系统的安全运行。

进一步的，视觉识别装置包括第四视觉识别模块，第四视觉识别模块设置在钻台管柱处理装置上或在钻台面上，第四视觉识别模块用于观测放置区内管柱的位置信息，得到第四观测信号并将第四观测信号反馈给机器视觉系统；机器视觉系统用于根据第四视觉识别模块反馈的第四观测信号，控制钻井设备在放置区内抓取或者放置管柱。通过上述结构，钻井设备在放置区内抓取或者放置管柱时，可以避免人工去确认钻井设备在放置区内抓取或者放置管柱的过程，从而可以减少给操作员带来的安全隐患，并且能够进一步提高本发明的自动化控制，进而能够进一步提高对钻修井管柱的处理效率。

进一步的，视觉识别装置包括第五视觉识别模块，第五视觉识别模块设置在井架上，并且第五视觉识别模块的位置靠近二层台的位置；第五视觉识别模块用于观测指梁内管柱的位置信息，得到第五观测信号并将第五观测信号反馈给机器视觉系统；机器视觉系统用于根据第五视觉识别模块反馈的第五观测信号，控制钻井设备在指梁内抓取或者放置管柱。通过上述结构，钻井设备在指梁内抓取或者放置管柱时，可以避免人工去确认钻井设备在指梁内抓取或者放置管柱的过程，从而可以减少给操作员带来的安全隐患，并且能够进一步提高本发明的自动化控制，进而能够进一步提高对钻修井管柱的处理效率。

进一步的，还包括控制系统操作台，控制系统操作台布置在钻台面的下方，机器视觉系统设置于控制系统操作台上从而在面临一些突发情况时，可以使操作员更好地应对。

进一步的，还包括丝扣油涂抹装置和泥浆防溅盒，丝扣油涂抹装置用于防止管柱的丝扣出现粘扣或者生锈，泥浆防溅盒用于阻挡管柱内部的泥浆喷射。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、在钻修井的管柱对接过程中，本发明可以实现自动化控制，从而提高对钻修井管柱的处理效率，降低钻修井的成本。

2、可以避免人工频繁地去确认管柱的对接过程，减少给操作员带来的安全隐患，提高管柱操作的安全性。

3、可以减少在管柱操作过程中大量的工人辅助操作，降低操作员的劳动强度。

4、可以减少操作员的数量。

附图说明：

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的左视图。

图3为本发明的俯视图。

图4为图2中的H-H剖视图。

图5为图1中A处的局部放大图。

图6为图1中B处的局部放大图。

图7为图1中C处的局部放大图。

图8为图2中D处的局部放大图。

图9为图2中E处的局部放大图。

图10为图3中F处的局部放大图。

图11为图3中G处的局部放大图。

图中标记：1-井架，11-二层台，111-排管机，112-指梁，12-游车，121-顶驱，122-吊卡，13-钻台面，131-放置区，14-卡瓦，15-机械手，16-铁钻工，17-第二视觉识别模块，18-缓冲机械手，19-第三视觉识别模块，2-第一视觉识别模块，3-地面管柱输送装置，4-第四视觉识别模块，5-第五视觉识别模块，6-控制系统操作台。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

如图1至图11所示，本发明包括井架1、地面管柱输送装置3、钻台管柱处理装置和二层台管柱排放装置，还包括机器视觉系统和视觉识别装置。本发明的井架1用于支撑和安装钻井设备，并在井架1上设置有钻台面13和二层台11，钻台面13上设置有用于放置管柱的放置区131，地面管柱输送装置3用于将管柱在地面与钻台面13之间进行输送，而二层台管柱排放装置设置在二层台11上，从而便于对二层台11上的管柱进行排放和对接；二层台管柱排放装置包括用于管柱存靠的指梁112，并且指梁112与放置区131对应设置，指梁112与放置区131对应设置是指放置区131位于指梁112的正下方；钻台管柱处理装置设置在钻台面13上，从而便于对钻台面13上的管柱进行排放和对接；在本发明所提供的处理系统中，机器视觉系统分别与视觉识别装置和钻井设备电性连接，并通过视觉识别装置观测管柱的位置信息、钻井设备的位置信息或/和钻井设备的状态信息，并得到观测信号，然后由视觉识别装置将观测信号反馈给机器视觉系统，机器视觉系统根据视觉识别装置反馈的观测信号，调整钻井设备的位置或/和控制钻井设备运行。

本发明所提供的处理系统利用机器视觉技术，自动识别以及判断管柱在交接时的状态，从而可以避免人工去确认管柱的交接过程，进而可以减少给操作员带来安全隐患，能够在管柱的交接过程中实现自动化控制，进而能够提高对钻修井管柱的处理效率。

在本发明所提供的处理系统中，视觉识别装置的具体位置不限，一般根据实际情况进行选择：

具体的，本发明在井架1上设置有游车12，在游车12上固设有顶驱121，顶驱121的一端安装有吊卡122，从而在起钻或者下钻时，通过吊卡122可以承受管柱的重量，并且所述游车12能够驱动顶驱121沿井架1竖向移动，所述顶驱121能够驱动吊卡122抓放和移动管柱。当吊卡122夹持管柱后，游车12驱动顶驱121沿井架1的竖向移动时，顶驱121能够驱动吊卡122带动管柱在井架1的竖向移动，并且顶驱121能够驱动吊卡122抓取或者放开管柱。

本发明的二层台管柱排放装置包括用于抓取管柱上部的排管机111，排管机111上设置有用于夹持管柱上部的钳体，指梁112和吊卡122之间通过排管机111转移管柱；视觉识别装置可以包括设置在二层台11上方的第一视觉识别模块2，第一视觉识别模块2用于观测钳体与吊卡122之间的相对位置信息，并得到第一观测信号，这里的第一观测信号是指排管机111的钳体与吊卡122之间的相对距离信息、管柱在吊卡122中的位置信息以及管柱在排管机111的钳体中的位置信息，第一视觉识别模块2再将第一观测信号反馈给机器视觉系统；而机器视觉系统分别与钻井设备和视觉识别装置电性连接，从而机器视觉系统可以根据第一视觉识别模块2反馈的第一观测信号，控制排管机111的钳体与吊卡122之间的相对位置，并设定一个第一阈值，当排管机111的钳体与吊卡122之间的距离达到设定的第一阈值后，机器视觉系统停止对钳体位置或者吊卡122位置的调节，并再使管柱在排管机111与吊卡122之间进行交接，进而可以确保管柱能够顺利进入吊卡122中，或者使管柱能够顺利从吊卡122中取出。

将排管机111的钳体与吊卡122之间的相对距离信号定义为A1，将第一阈值定义为L1，当第一视觉识别模块2观测的A1大于L1时，机器视觉系统调整排管机111的钳体与吊卡122之间的相对位置；当A1等于或者小于L1时，机器视觉系统停止对钳体位置或者吊卡122位置的调节，并再使管柱在排管机111与吊卡122之间进行交接，进而可以确保管柱能够顺利进入吊卡122中，或者使管柱能够顺利从吊卡122中取出，第一阈值的具体数值根据实际情况进行选择；并且根据管柱在吊卡122中的位置信息可以判断吊卡122是否已经夹稳管柱，以及根据管柱在排管机111钳体中的位置信息可以判断排管机111钳体是否已经夹稳管柱，从而在排管机111与吊卡122之间的交接过程，可以自动识别以及判断管柱的交接状态，进而可以避免人工去确认管柱的交接过程，减少给操作员带来的安全隐患，并且能够实现在排管机111与吊卡122之间进行管柱交接过程的自动化控制，提高对钻修井管柱的处理效率。

另外，在本发明所提供的处理系统中，钻台面13上设置有井眼，井眼内部安装有卡瓦14，从而当管柱放置在井口内时，可以通过卡瓦14来承受管柱的重量，进而可以防止管柱在井口内下滑；视觉识别装置可以包括第二视觉识别模块17，第二视觉识别模块17位于井眼的侧面；钻台管柱处理装置包括机械手15和铁钻工16，机械手15和铁钻工16均位于井眼的侧面，机械手15用于抓取管柱的下部，井眼和放置区131之间通过机械手15转移管柱，铁钻工16用于对管柱进行上扣或者卸扣；第二视觉识别模块17用于观测卡瓦14是否夹持管柱以及管柱在卡瓦14中的位置信息，得到第二观测信号并将第二观测信号反馈给机器视觉系统；机器视觉系统用于根据第二视觉识别模块17反馈的第二观测信号，控制卡瓦14夹稳管柱，以及机器视觉系统用于根据第二视觉识别模块17反馈的第二观测信号，控制铁钻工16对管柱进行上扣或者卸扣。从而，管柱放置在卡瓦14的过程中，以及在铁钻工16对管柱进行上扣或者卸扣的过程中，可以避免人工去确认管柱的交接过程，从而可以减少给操作员带来的安全隐患，并且还能够进一步提高本发明的自动化控制，能够进一步提高对钻修井管柱的处理效率。

第二观测信号包括卡瓦14与管柱之间最小的距离信号，以及管柱在卡瓦14中的位置信息，将卡瓦14与管柱之间最小的距离信号定义为A21，并设定一个第二阈值一，将第二阈值一定义为L21，将管柱在卡瓦14中的位置信息定义为A22，并设定一个第二阈值二，将第二阈值二定义为L22；管柱放置在卡瓦14的过程中，当A21大于L21时，机器视觉识别系统控制卡瓦14夹持管柱，直到A21等于或者小于L21时，机器视觉系统判断卡瓦14已经夹持住管柱；然后机器视觉系统判断A22是否发生变化，如果A22的变化值大于L22，则判断管柱在卡瓦14中出现下滑，进而判断卡瓦14没有夹稳管柱，则机器视觉系统控制卡瓦14继续闭合，直到A22的变化值等于或者小于L22。在铁钻工16对管柱进行上扣或者卸扣的过程中，机器视觉系统根据A22，调整铁钻工16的钳体位置，使铁钻工16的钳体与管柱接触，进而完成对管柱的上扣或者卸扣操作。同时，第二视觉识别模块17还可以观测钻台面13上其它钻井设备的位置信息，并将该观测信号反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统判断在铁钻工16的运行轨迹中，是否存在铁钻工16会与其它钻井设备发生干涉等情况，若铁钻工16与其它钻井设备有干涉等情况，则机器视觉系统自动调整运行轨迹，避开障碍物，若无法避让，则机器视觉系统停止运行，并发出相关的提示；当有人员进入运行轨迹范围内，则机器视觉系统也自动停止运行。

在本发明中，可以使第二视觉识别模块17的位置与铁钻工16的位置分别位于井眼中心的两侧，并且第二视觉识别模块17布置在铁钻工16的回转中心与井眼中心的连接线上，从而有利于第二视觉识别模块17观测卡瓦14是否夹持管柱以及管柱在卡瓦14中位置信息。

本发明的地面管柱输送装置3包括动力猫道，动力猫道用于将地面的管柱输送至钻台面13；并且，本发明在井架1上安装有缓冲机械手18，通过缓冲机械手18可以将动力猫道运输上来的管柱推扶到井口，或者用于将管柱从井口推扶到动力猫道上，从而可以提高管柱在本处理系统中运行的有效性和可靠性。

进一步的，视觉识别装置可以包括设置在井架1上的第三视觉识别模块19，第三视觉识别模块19用于观测钻井设备与缓冲机械手18之间的距离信息，得到第三观测信号并将第三观测信号反馈给机器视觉系统；机器视觉系统用于根据第三视觉识别模块19反馈的第三观测信号最小值，调节钻井设备的位置或缓冲机械手18的位置，避免钻井设备与缓冲机械手18之间发生干涉。从而在本处理系统运行的过程中，可以避免人工去确认钻井设备是否会与缓冲机械手18发生碰撞，从而可以减少给操作员带来的安全隐患，提高对管柱的处理效率，并且能够进一步提高本发明的自动化控制，确保本处理系统的安全运行。

具体地，以游车12带动顶驱121在井架中上下运行为例，为避免顶驱121与缓冲机械手之间发生干涉，第三观测信号可以为顶驱121与缓冲机械手18之间的距离信息，将第三观测信号定义为A3，并设定一个第三阈值，第三阈值一般根据实际情况进行选择，将第三阈值定义为L3，在游车12的运行的过程中，当A3大于L3时，机器视觉识别系统控制继续运行，直到A3等于或者小于L3时，机器视觉系统使游车12停止运行，并调节顶驱121的吊环或缓冲机械手18的角度，在A3大于L3后，再让游车12继续运行，从而在游车12的运行过程中，可以避免顶驱121与缓冲机械手18之间发生干涉。

在本发明中，视觉识别装置可以包括第四视觉识别模块4，第四视觉识别模块4设置在钻台管柱处理装置上或在钻台面13上，第四视觉识别模块4用于观测放置区131内管柱的位置信息，得到第四观测信号并将第四观测信号反馈给机器视觉系统；机器视觉系统用于根据第四视觉识别模块4反馈的第四观测信号，控制钻井设备在放置区131内抓取或者放置管柱。从而当钻井设备在放置区131内抓取或者放置管柱时，可以避免人工去确认钻井设备在放置区131内抓取或者放置管柱的过程，从而可以减少给操作员带来的安全隐患，并且能够进一步提高本发明的自动化控制，进一步提高对钻修井管柱的处理效率。具体地，管柱的下端位于放置区131内，第四视觉识别模块4将管柱下端在放置区131的位置信息，或者管柱下端在放置区131内剩余的空位信息反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统根据第四观测信号调整钻井设备去放置区131抓取或者放置管柱，此处所述的钻井设备可以为机械手15。

在本发明中，视觉识别装置可以包括第五视觉识别模块5，第五视觉识别模块5设置在井架1上，并且第五视觉识别模块5的位置靠近二层台11的位置；第五视觉识别模块5用于观测指梁112内管柱的位置信息，得到第五观测信号并将第五观测信号反馈给机器视觉系统；机器视觉系统用于根据第五视觉识别模块5反馈的第五观测信号，控制钻井设备在指梁112内抓取或者放置管柱。具体地，管柱的上端放置在指梁112内，第五视觉识别模块5将管柱上端在指梁112内的位置信息，或者管柱上端在指梁112内剩余的空位信息反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统根据第五观测信号调整钻井设备去指梁112内抓取或者放置管柱，此处所述的钻井设备可以为机械手15。

进一步的，在钻修井的过程中，如果出现一些突发情况时，为了可以使操作员更好地应对这些突发情况，本发明还包括控制系统操作台6，并且控制系统操作台6布置在钻台面13的下方，将控制系统操作台6布置在钻台面13的下方，还可以进一步减少给操作员带来的安全隐患，提高管柱操作的安全性。

为了用于防止丝扣出现粘扣或者生锈的情况发生，本发明设置有丝扣油涂抹装置，从而在下钻时，可以通过丝扣油涂抹装置将丝扣油涂抹在管柱的螺纹上，进而防止丝扣出现粘扣或者生锈的情况发生；本发明的丝扣油涂抹装置可以安装在铁钻工16上，从而可以使整个系统的结构更加简洁；当然，本发明的丝扣油涂抹装置也可以集成在其它钻井设备上，如机械手15上等；进一步的，在管柱卸扣完成后，为了能够阻挡管柱内部的泥浆喷射，本发明还设置有泥浆防溅盒，泥浆防溅盒可以布置在钻台面13上。

在上述所述的实施例中，本发明所提供的处理系统中涉及了五个视觉识别模块，当然，这五个视觉识别模块均可以单独配置在钻修井管柱的处理系统中，也可以进行组合后再配置再钻修井管柱的处理系统中，也即是：在钻修井管柱的处理系统中，可以配置这五个视觉识别模块中的任何一个，也可以配置这五个视觉识别模块中的几个，或者将这五个视觉识别模块全部配置再钻修井管柱的处理系统中。另外，在实际工作中，操作员也可以根据实际需求增加视觉识别装置的数量，从而可以进一步提高钻修井管柱处理系统的自动化程度。

具体地，以包括三根钻杆的立根为例，在建立根时，本系统的操作流程为：

步骤一，动力猫道3将地面上的钻杆运输至钻台面13上；

步骤二，机器视觉系统调整游车12的位置，并使吊卡122卡住第一钻杆的一端，然后使游车12上行，同时控制缓冲机械手18，使缓冲机械手18将动力猫道3运输上来的第一钻杆推扶到井眼的上方，并且，动力猫道3同时准备对第二钻杆进行运输；在调整游车12位置的过程中，通过第三视觉识别模块19将观测的第三观测信号反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统自动控制游车12与其它钻井设备之间的间距，确保游车12安全运行；

步骤三，打开钻台面13上的卡瓦14，使游车12下行并将第一钻杆推进井眼内，然后关闭卡瓦14，此时，动力猫道3已将第二钻杆运输至钻台面13上；然后，通过第二视觉识别模块17观测卡瓦14是否夹持钻杆以及钻杆在卡瓦14中的位置信息，并将该第二观测信号反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统自动判断卡瓦14是否已经夹稳钻杆，并在卡瓦14有效关闭后进行步骤四；

步骤四，机器视觉系统再次调整游车12的位置，使吊卡122卡住第二钻杆的一端，然后使游车12上行，并同时控制缓冲机械手18，使缓冲机械手18将动力猫道3运输上来的第二钻杆推扶到井眼的上方，并且，动力猫道3同时准备对第三钻杆进行运输；然后，通过第三视觉识别模块19将观测的第三观测信号反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统自动控制游车12与其它钻井设备之间的间距，确保游车12安全运行；

步骤五，游车12下行，使第二钻杆的底端对扣在第一钻杆的顶端，接着伸出铁钻工16，对第一钻杆和第二钻杆进行上扣；通过第二视觉识别模块17将卡瓦中钻杆的位置信息反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统自动调节铁钻工16的运行轨迹和铁钻工16的钳体高度，进而再对第一钻杆和第二钻杆进行上扣；并且在铁钻工16伸缩过程中，第二视觉识别模块17将钻台面13井眼区域的其它钻井设备的位置信息反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统判断在铁钻工16运行轨迹中，是否存在铁钻工16会与其它钻井设备发生干涉等情况，若与其它钻井设备有干涉等情况，则机器视觉系统自动调整运行轨迹，避开障碍物，若无法避让，则机器视觉系统停止运行，并发出相关的提示；当有人员进入运行轨迹范围内，则整个系统也自动停止运行；

步骤六，打开卡瓦14，使游车12带着上扣完成后的第一钻杆和第二钻杆下行，在游车12下行到设定位置后，然后关闭卡瓦14，此时，动力猫道3已将第三钻杆运输至钻台面13上；通过第三视觉识别模块19将观测的第三观测信号反馈给机器视觉系统，进而确保游车12的安全运行；

步骤七，机器视觉系统再次调整游车12的位置，使吊卡122卡住第三钻杆的一端，然后使游车12上行，并同时控制缓冲机械手18，使缓冲机械手18将动力猫道3运输上来的第三钻杆推扶到井眼的上方，并且，动力猫道3同时准备对下一立根中的钻杆进行运输；通过第三视觉识别模块19将观测的第三观测信号反馈给机器视觉系统，进而确保游车12的安全运行；

步骤八，游车12下行，使第三钻杆的底端对扣在第二钻杆的顶端，接着伸出铁钻工16，对第三钻杆和第二钻杆进行上扣；在步骤八中，通过第二视觉识别模块17将卡瓦中钻杆的位置信息反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统自动调节铁钻工16的运行轨迹和铁钻工16的钳体高度，进而再对第一钻杆和第二钻杆进行上扣；并且在铁钻工16伸缩过程中，第二视觉识别模块17将钻台面13井眼区域的其它钻井设备的位置信息反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统判断在铁钻工16运行轨迹中，是否存在铁钻工16会与其它钻井设备发生干涉等情况，若与其它钻井设备有干涉等情况，则机器视觉系统调整运行轨迹，避开障碍物，若无法避让，则机器视觉系统停止运行，并发出相关的提示；当有人员进入运行轨迹范围内，则整个系统也自动停止运行；

步骤九，上扣完成后，打开卡瓦14，使游车12带着立根上行，然后由排管机111将立根的上端推送至二层台11的指梁112中，并将立根的上端放置在立根放置区131的上方，由机械手15将立根的下端推送至立根放置区131的下方，进而将立根放置在立根放置区131中；在步骤九中，

通过第三视觉识别模块19将观测的第三观测信号反馈给机器视觉系统，进而确保游车12的安全运行；并且通过第五视觉识别模块5将观测第五观测信号反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统控制排管机111可以将立根的上端准确地放置在指梁112内相应的位置，通过第四视觉识别模块4将观测的第四观测信号反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统控制机械手15可以将立根的下端准确地放置在放置区131相应的位置。

在下钻时，本系统的操作流程为：

步骤一，机器视觉系统调整游车12的位置，使吊卡122处于二层台11的等待位置；通过第三视觉识别模块19将观测的第三观测信号反馈给机器视觉系统，进而可以确保游车12的安全运行；

步骤二，排管机111从立根放置区131抓取第一立根的上端，并将第一立根的上端推入吊卡122内；通过第五视觉识别模块5将观测到的第五观测信号反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统自动计算指梁112内立根的数量以及位置，并根据计算结果控制排管机111抓取第一立根；在排管机111将第一立根推入吊卡122的过程中，第一视觉识别模块2将观测的第二观测信号反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统自动调节排管机111的位置轨迹，确保第一立根顺利进入吊卡122中；然后再通过第一视觉识别模块2反馈的第一观测信号，确定吊卡122已经夹稳立根后再进行下一步；

步骤三，机械手15从放置区131抓取第一立根的下端，并将第一立根的下端移动到井眼的上方；通过第四视觉识别模块4将观测的第四观测信号反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统确定需要抓取第一立根的位置信息，并控制机械手15抓取第一立根的下端；并且机器视觉系统根据第二视觉识别模块17反馈的第二观测信号，调节机械手15运行的轨迹，将第一立根下端移动到井眼的上方；

步骤四，打开钻台面13上的卡瓦14，游车12下行并将立根推进井眼内，然后关闭卡瓦14；通过第三视觉识别模块19将观测的第三观测信号反馈给机器视觉系统，进而确保游车12的安全运行；并通过第二视觉识别模块17将第二观测信号反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统判断卡瓦14是否已完成夹稳立根；

步骤五，调整游车12位置，使吊卡122处于二层台11的等待位置；通过第三视觉识别模块19将观测的第三观测信号反馈给机器视觉系统，进而确保游车12的安全运行；

步骤六，排管机111从立根放置区131抓取第二立根上端，并将第二立根的上端推入吊卡122内；通过第五视觉识别模块5将观测到的第五观测信号反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统自动计算指梁112内立根的数量以及位置，并根据计算结果控制排管机111抓取第二立根；在排管机111将第二立根推入吊卡122的过程中，第一视觉识别模块2将观测的第一观察信号反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统调节排管机111的位置，确保第二立根顺利进入吊卡122中；然后再通过第一视觉识别模块2反馈的第二观测信号，确定吊卡122已经夹稳立根后再进行下一步；

步骤七，机械手15从立根放置区131抓取第二立根下端，并将第二立根的底端对扣在第一立根的顶端；通过第四视觉识别模块4将观测的第四观测信号反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统确定第二立根的位置信息，并控制机械手15抓取第二立根的下端；并且机器视觉系统根据第二视觉识别模块17反馈的第二观测信号信息，调节机械手15运行的轨迹，将第二立根的底端对扣在第一立根的顶端；

步骤八，伸出铁钻工16，并通过第二视觉识别模块17将第二观测信号反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统自动调节铁钻工16的运行轨迹和铁钻工16的钳体高度，进而再对第一立根和第二立根进行上扣；并且在铁钻工16伸缩过程中，第二视觉识别模块17将钻台面13井眼区域的其它钻井设备的位置信息反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统判断在铁钻工16运行轨迹中，是否存在铁钻工16会与其它钻井设备发生干涉等情况，则机器视觉系统自动调整运行轨迹，避开障碍物，若无法避让，则机器视觉系统停止运行，并发出相关的提示；当有人员进入铁钻工16的运行轨迹范围内，则整个系统也自动停止运行；

步骤九，打开卡瓦14，然后再使游车12下行，在游车12下行到设定位置后，关闭卡瓦14；通过第三视觉识别模块19将观测的第三观测信号反馈给机器视觉系统，进而确保游车12的安全运行；并通过第二视觉识别模块17将第二观测信号反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统判断卡瓦14是否已夹稳立根；

步骤十，打开吊卡122并使游车12上行至二层台11的等待位置，并通过第二视觉识别模块17将第二观测信号反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统判断吊卡122的打开状态，确保吊卡122完全打开后，游车12方可上行；在游车12上行中，通过第三视觉识别模块19将观测的第三观测信号反馈给机器视觉系统，进而确保游车12的安全运行。

在起钻时，本系统的操作流程为：

步骤一，机器视觉系统调整游车12的位置，使吊卡122在接触立根的台阶面时，关闭吊卡122并使吊卡122卡住立根；通过第三视觉识别模块19将观测的第三观测信号反馈给机器视觉系统，进而可以确保游车12的安全运行，并通过第二视觉识别模块17将第二观测信号反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统判断吊卡122的是否夹稳立根，确保吊卡122夹稳立根后，游车12方可上行；

步骤二，打开卡瓦14，使游车12上行，并且在游车12上行至目标高度的位置后，关闭卡瓦14；通过第三视觉识别模块19将第三观测信号反馈给机器视觉系统，进而确保游车12的安全运行，并通过第二视觉识别模块17将第二观测信号反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统判断卡瓦14是否已经打开；

步骤三，伸出铁钻工16，并通过第二视觉识别模块17将第二观测信号反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统自动调节铁钻工16的运行轨迹和铁钻工16的钳体高度，进而再对井眼处的两根立根进行卸扣，并通过第二视觉识别模块17将第二观测信号反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统判断是否卸扣成功；并且在铁钻工16伸缩过程中，第二视觉识别模块17将钻台面13井眼区域的其它钻井设备的位置信息反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统判断在铁钻工16运行轨迹中，是否存在铁钻工16会与其它钻井设备发生干涉等情况，则机器视觉系统自动调整运行轨迹，避开障碍物，若无法避让，则机器视觉系统停止运行，并发出相关的提示；当有人员进入铁钻工16的运行轨迹范围内，则整个系统也自动停止运行；

步骤四，卸扣完成后，机器视觉系统控制泥浆防溅盒伸出，并对卸扣成功后的两根立根进行脱扣；并通过第二视觉识别模块17将第二观测信号反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统判断是否脱扣成功；

步骤五，在脱扣完成后，通过第二视觉识别模块17将第二观测信号反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统自动调节机械手15的运行轨迹，使机械手15伸至上、下两根立根的连接位置处，并抓取上方的立根，然后机器视觉系统根据第四视觉识别模块4反馈的第四观测信号，判断该立根的放置位置，并由机器视觉系统控制机械手15自动调节运行轨迹，并将立根的下端推送至放置区131的指定位置；

步骤六，通过第一视觉识别模块2将第一观测信号反馈给机器视觉系统，并由机器视觉系统调节排管机111的位置，确保排管机111能干准确地抓取立根；同时，在排管机111抓取立根后，打开吊卡122，并根据第一视觉识别模块2反馈的第一观察信号，机器视觉系统自动判断吊卡122的打开状态，确保吊卡122已经打开后，排管机111把立根从吊卡122中取出；并且，机器视觉系统根据第五视觉识别模块5反馈的第五观测信号，自动判断立根的摆放位置，并控制排管机111自动调节运行轨迹，将立根的上端推送至指梁112内的指定位置；

步骤七，游车12下行，用以抓取下一立根，并通过第三视觉识别模块19将第三观测信号反馈给机器视觉系统，进而确保游车12的安全运行；

在甩钻时，本系统的操作流程为：

步骤一，机器视觉系统调整游车12的位置，使吊卡122在接触立根的台阶面时，关闭吊卡122并使吊卡122卡住立根；通过第三视觉识别模块19将第三观测信号反馈给机器视觉系统，进而可以确保游车12的安全运行，并通过第二视觉识别模块17将第二观测信号反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统判断吊卡122的是否关闭，确保吊卡122关闭后，游车12方可上行；

步骤二，打开卡瓦14，使游车12上行，并且在游车12上行至目标高度的位置后，关闭卡瓦14；通过第三视觉识别模块19和将第三观测信号反馈给机器视觉系统，进而确保游车12的安全运行，并通过第二视觉识别模块17将第二观测信号反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统判断卡瓦14是否已打开；

步骤三，伸出铁钻工16，并通过第二视觉识别模块17将第二观测信号反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统自动调节铁钻工16的运行轨迹和铁钻工16的钳体高度，进而再对井眼处的两根立根进行卸扣，并通过第二视觉识别模块17将第二观测信号反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统判断是否卸扣成功；并且在铁钻工16伸缩过程中，第二视觉识别模块17将钻台面13井眼区域的其它钻井设备的位置信息反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统判断在铁钻工16运行轨迹中，是否存在铁钻工16会与其它钻井设备发生干涉等情况，则机器视觉系统自动调整运行轨迹，避开障碍物，若无法避让，则机器视觉系统停止运行，并发出相关的提示；当有人员进入铁钻工16的运行轨迹范围内，则系统也自动停止运行；

步骤四，卸扣完成后，机器视觉系统控制泥浆防溅盒伸出，并对卸扣成功后的两根立根进行脱扣；并通过第二视觉识别模块17将第二观测信号反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统判断是否脱扣成功；

步骤五，在脱扣完成后，机器视觉系统控制缓冲机械手18，使缓冲机械手18将钻杆推扶至动力猫道3内；

步骤六，机器视觉系统控制吊卡122与立根脱离，并通过第三视觉识别模块19将第三观测信号反馈给机器视觉系统，由机器视觉系统判断吊卡122的是否打开，确保吊卡122打开后，再控制动力猫道3将钻杆输送到地面钻杆放置位。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.钻修井管柱的处理系统，应用于一种甩钻方法，包括井架(1)、地面管柱输送装置(3)、钻台管柱处理装置和二层台管柱排放装置，其特征在于：还包括机器视觉系统和视觉识别装置；

井架(1)用于支撑和安装钻井设备，井架(1)上设置有钻台面(13)和二层台(11)，钻台面(13)上设置有用于放置管柱的放置区(131)；

地面管柱输送装置(3)用于将管柱在地面与钻台面(13)之间进行输送；

二层台管柱排放装置设置在二层台(11)上，并用于二层台(11)上管柱的排放和对接；

二层台管柱排放装置包括用于管柱存靠的指梁(112)，指梁(112)与放置区(131)对应设置；

钻台管柱处理装置设置在钻台面(13)上，并用于钻台面(13)上管柱的排放和对接；

机器视觉系统分别与视觉识别装置和钻井设备电性连接；

视觉识别装置用于观测管柱的位置信息、钻井设备的位置信息或/和钻井设备的状态信息，得到观测信号并将观测信号反馈给机器视觉系统；

机器视觉系统用于根据视觉识别装置反馈的观测信号，调整钻井设备的位置或/和控制钻井设备运行；

井架(1)上设置有游车(12)，在游车(12)上固设有顶驱(121)，顶驱(121)的一端安装有吊卡(122)；

所述游车(12)能够驱动顶驱(121)沿井架(1)竖向移动，所述顶驱(121)能够驱动吊卡(122)抓放和移动管柱；二层台管柱排放装置包括用于抓取管柱上部的排管机(111)，排管机(111)上设置有用于夹持管柱上部的钳体，指梁(112)和吊卡(122)之间通过排管机(111)转移管柱；

钻台面(13)上设置有井眼，井眼内部安装有卡瓦(14)，

视觉识别装置包括第二视觉识别模块(17)，第二视觉识别模块(17)位于井眼的侧面；

钻台管柱处理装置包括机械手(15)和铁钻工(16)，机械手(15)和铁钻工(16)均位于井眼的侧面，机械手(15)用于抓取管柱的下部，井眼和放置区(131)之间通过机械手(15)转移管柱，铁钻工(16)用于对管柱进行上扣或者卸扣；

第二视觉识别模块(17)用于观测卡瓦(14)是否夹持管柱以及管柱在卡瓦(14)中的位置信息，得到第二观测信号并将第二观测信号反馈给机器视觉系统；机器视觉系统用于根据第二视觉识别模块(17)反馈的第二观测信号，控制卡瓦(14)夹稳管柱，以及机器视觉系统用于根据第二视觉识别模块(17)反馈的第二观测信号，控制铁钻工(16)对管柱进行上扣或者卸扣；

地面管柱输送装置(3)包括动力猫道；在井架(1)上安装有缓冲机械手(18)，缓冲机械手(18)用于将动力猫道运输上来的管柱推扶到井眼，或者用于将管柱从井眼推扶到动力猫道上；

视觉识别装置包括设置在井架(1)上的第三视觉识别模块(19)，第三视觉识别模块(19)用于观测顶驱（121）与缓冲机械手(18)之间的距离信息，得到第三观测信号并将第三观测信号反馈给机器视觉系统；机器视觉系统用于根据第三视觉识别模块(19)反馈的第三观测信号最小值，调节顶驱(121)或缓冲机械手(18)的位置，避免顶驱(121)与缓冲机械手(18)之间发生干涉；

所述甩钻方法包括，

步骤一，机器视觉系统调整游车(12)的位置，在吊卡(122)接触立根的台阶面时，关闭吊卡(122)，并使吊卡(122)卡住立根；

机器视觉系统根据第三视觉识别模块(19)反馈的第三观测信号最小值，调节顶驱(121)或缓冲机械手(18)的位置，避免顶驱(121)与缓冲机械手(18)之间发生干涉；机器视觉系统根据第二视觉识别模块(17)反馈的第二观测信号，控制吊卡(122)的关闭；

步骤二，打开卡瓦(14)，游车(12)上行，在游车(12)上行至目标高度的位置后，关闭卡瓦(14)；

机器视觉系统根据第三视觉识别模块(19)反馈的第三观测信号最小值，调节顶驱(121)或缓冲机械手(18)的位置，避免顶驱(121)与缓冲机械手(18)之间发生干涉；机器视觉系统根据第二视觉识别模块(17)反馈的第二观测信号，控制卡瓦(14)打开或关闭；

步骤三，伸出铁钻工(16)，机器视觉系统根据第二视觉识别模块(17)反馈的第二观测信号自动调节铁钻工(16)的运行轨迹和铁钻工(16)的钳体高度，并对井眼处的两根立根进行卸扣；机器视觉系统根据第二视觉识别模块(17)反馈的第二观测信号判断是否卸扣成功；

步骤四，卸扣完成后，机器视觉系统控制泥浆防溅盒伸出，并对卸扣成功后的两根立根进行脱扣；机器视觉系统根据第二视觉识别模块(17)反馈的第二观测信号判断是否脱扣成功；

步骤五，脱扣完成后，机器视觉系统控制缓冲机械手(18)将钻杆推扶至动力猫道内；

步骤六，机器视觉系统控制吊卡(122)与立根脱离，机器视觉系统根据第三视觉识别模块(19)反馈的第三观测信号判断吊卡(122)是否打开；在吊卡(122)打开后，机器视觉系统控制动力猫道将钻杆输送到地面钻杆放置位。

2.如权利要求1所述的钻修井管柱的处理系统，其特征在于：

视觉识别装置包括设置在二层台(11)上方的第一视觉识别模块(2)，第一视觉识别模块(2)用于观测钳体与吊卡(122)之间的相对位置信息，得到第一观测信号并将第一观测信号反馈给机器视觉系统；机器视觉系统用于根据第一视觉识别模块(2)反馈的第一观测信号，控制排管机(111)的钳体与吊卡(122)之间的相对位置。

3.如权利要求1所述的钻修井管柱的处理系统，其特征在于：第二视觉识别模块(17)与铁钻工(16)分别位于井眼中心的两侧，第二视觉识别模块(17)布置在铁钻工(16)的回转中心与井眼中心的连接线上。

4.如权利要求1所述的钻修井管柱的处理系统，其特征在于：视觉识别装置包括第四视觉识别模块(4)，第四视觉识别模块(4)设置在钻台管柱处理装置上或在钻台面(13)上，

第四视觉识别模块(4)用于观测放置区(131)内管柱的位置信息，得到第四观测信号并将第四观测信号反馈给机器视觉系统；

机器视觉系统用于根据第四视觉识别模块(4)反馈的第四观测信号，控制钻井设备在放置区(131)内抓取或者放置管柱。

5.如权利要求1所述的钻修井管柱的处理系统，其特征在于：视觉识别装置包括第五视觉识别模块(5)，第五视觉识别模块(5)设置在井架(1)上，并且第五视觉识别模块(5)的位置靠近二层台(11)的位置；

第五视觉识别模块(5)用于观测指梁(112)内管柱的位置信息，得到第五观测信号并将第五观测信号反馈给机器视觉系统；

机器视觉系统用于根据第五视觉识别模块(5)反馈的第五观测信号，控制钻井设备在指梁(112)内抓取或者放置管柱。

6.如权利要求1至5中任意一项所述的钻修井管柱的处理系统，其特征在于：还包括控制系统操作台(6)，控制系统操作台(6)布置在钻台面(13)的下方，机器视觉系统设置于控制系统操作台(6)上。

7.如权利要求1至5中任意一项所述的钻修井管柱的处理系统，其特征在于：还包括丝扣油涂抹装置和泥浆防溅盒，丝扣油涂抹装置用于防止管柱的丝扣出现粘扣或者生锈，泥浆防溅盒用于阻挡管柱内部的泥浆喷射。

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