CN113338895A

CN113338895A - 一种石油钻机智能钻进控制系统

Info

Publication number: CN113338895A
Application number: CN202110834869.6A
Authority: CN
Inventors: 齐媚彬
Original assignee: Dongying Tianrun Petrochemical Technology Co ltd
Current assignee: Qi Meibin
Priority date: 2021-07-23
Filing date: 2021-07-23
Publication date: 2021-09-03
Anticipated expiration: 2041-07-23
Also published as: CN113338895B

Abstract

本发明属于石油钻机领域，尤其是一种石油钻机智能钻进控制系统，针对现有的石油钻机转盘，需要手动调节多个制动销来对钻杆进行固定，操作复杂，比较麻烦的问题，现提出如下方案，其包括旋转控制模块、动力控制模块、定位模块与冷却水模块，所述动力控制模块与定位模块均与旋转控制模块相连接，冷却水模块与定位模块相连接，旋转控制模块包括转盘，转盘内固定安装有负荷轴承，负荷轴承上转动安装有大圆锥齿轮，大圆锥齿轮转动设置在转盘内，大圆锥齿轮上转动设置有转台迷宫圈，转台迷宫圈上固定安装有卡环，本发明通过控制电机可以便于转动制动销，并且可以驱动冷却水喷头不断来回转动，方便对转盘浇水冷却。

Description

一种石油钻机智能钻进控制系统

技术领域

本发明涉及石油钻机技术领域，尤其涉及一种石油钻机智能钻进控制系统。

背景技术

石油钻机一般有起升系统、旋转系统、钻井液循环系统、传动系统、控制系统和监测显示仪表、动力驱动系统、钻机底座、钻机辅助设备系统，具备起下钻能力、旋转钻进能力、循环洗井能力等，在石油钻机的钻进控制系统中，主要通过控制转盘来转动钻杆。

申请号为201210372330.4的专利文件中公开了一种用于石油钻机钻进控制的智能钻进控制系统和控制方法。智能钻进控制系统包括钻进驱动模块、钻进检测模块、钻进控制模块。智能控制方法为具有参数自调节能力的模糊控制算法，算法由两个控制环路构成，内环为钻速控制，外环为钻压控制。每个控制回路都包括模糊控制器单元、性能评价单元、参数校正单元、决策单元等四个部分，能够通过自适应调整模糊控制器的参数，提高控制器性能，实现对石油钻机的钻压和钻速的智能控制。

为了实现钻进作业，需要通过人工调节制动销来锁紧钻杆，现有的石油钻机转盘，需要手动调节多个制动销来对钻杆进行固定，操作复杂，比较麻烦，因此，我们提出一种石油钻机智能钻进控制系统用于解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在石油钻机转盘，需要手动调节多个制动销来对钻杆进行固定，操作复杂，比较麻烦的缺点，而提出的一种石油钻机智能钻进控制系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种石油钻机智能钻进控制系统，包括旋转控制模块、动力控制模块、定位模块与冷却水模块，所述动力控制模块与定位模块均与旋转控制模块相连接，冷却水模块与定位模块相连接，旋转控制模块包括转盘，转盘内固定安装有负荷轴承，负荷轴承上转动安装有大圆锥齿轮，大圆锥齿轮转动设置在转盘内，大圆锥齿轮上转动设置有转台迷宫圈，转台迷宫圈上固定安装有卡环，大圆锥齿轮内固定套设有转台，转台内设置有锁紧机构，锁紧机构包括方补芯，方补芯套设在转台内，方补芯的两侧与转台之间开设有转槽，转槽内转动设置有制动块，制动块上固定套设有制动销，两个制动销的顶端均转动连接在定位支架的底部，转盘的一侧固定连接有设备座，设备座内固定安装有定位轴承，动力控制模块包括驱动轴，驱动轴固定套设在定位轴承内，驱动轴的一端延伸至设备座内并固定连接有小圆锥齿轮，小圆锥齿轮与大圆锥齿轮相啮合，驱动轴上设置有驱动机构，驱动机构包括联轴器，联轴器的一端固定连接在驱动轴上，联轴器的另一端固定连接有传动电机，定位模块包括定位支架，定位支架设置在转盘的正上方，定位支架侧面固定连接有三个撑杆，定位支架的一侧固定连接有撑板，冷却水模块包括空心圆环，空心圆环转动安装在定位支架的底部，空心圆环内设置有冷却水机构。

优选的，两个制动销的顶端均固定套设有链轮，两个链轮上传动连接有同一个链条，两个制动销中的一个制动销的一端延伸至定位支架的上方并固定连接有控制电机，控制电机固定安装在定位支架上。

优选的，所述驱动轴上固定套设有第一锥齿轮，第一锥齿轮上啮合设置有第二锥齿轮，第二锥齿轮的顶部固定连接有第一转轴，第一转轴转动连接在撑板上。

优选的，所述冷却水机构包括两个冷却水喷头，两个冷却水喷头均固定安装在空心圆环的内壁上，两个冷却水喷头上连接有同一个输水管。

优选的，所述空心圆环的外侧固定连接有环形齿条，环形齿条的一侧啮合设置有两个齿轮，两个齿轮上均套设有定位轴，定位轴转动连接在定位支架上，两个齿轮上啮合设置有同一个扇形齿轮。

优选的，所述扇形齿轮上固定套设有第二转轴，第二转轴的一端固定连接有第三锥齿轮，第三锥齿轮上啮合设置有第四锥齿轮，第四锥齿轮固定套设在第一转轴上。

本发明中，所述一种石油钻机智能钻进控制系统的有益效果：

通过链条可以同步转动两个链轮，进而使得两个制动销可以同步转动，当需要对钻杆锁紧时，可以启动控制电机，通过控制电机可以转动制动销，通过制动销与制动块可以推动方补芯向内靠拢，从而可以夹持限制住钻杆。

通过传动电机与联轴器相配合，可以转动驱动轴，通过驱动轴上的小圆锥齿轮可以啮合转动大圆锥齿轮，通过大圆锥齿轮可以转动转台，进而方便转动钻杆，进行钻进作业。

通过驱动轴上的第一锥齿轮可以转动第二锥齿轮与第一转轴，第一转轴上的第四锥齿轮可以转动第三锥齿轮与第二转轴，通过第二转轴上的扇形齿轮交替与两个齿轮相啮合，可以往复反向转动两个齿轮，进而通过两个齿轮与环形齿条相配合，便可以推动空心圆环来回转动，方便冷却水喷头来回对转盘进行浇水冷却。

本发明通过控制电机可以便于转动制动销，并且可以驱动冷却水喷头不断来回转动，方便对转盘浇水冷却。

附图说明

图1为本发明提出的一种石油钻机智能钻进控制系统的工作原理框图；

图2为本发明提出的一种石油钻机智能钻进控制系统实施例一中的侧视剖面结构示意图；

图3为本发明提出的一种石油钻机智能钻进控制系统实施例二中的侧视剖面结构示意图；

图4为本发明提出的一种石油钻机智能钻进控制系统转台与定位支架连接的立体结构示意图；

图5为本发明提出的一种石油钻机智能钻进控制系统图2中A部分的结构示意图。

图中：1转盘、2负荷轴承、3大圆锥齿轮、4转台迷宫圈、5转台、6卡环、7设备座、8定位轴承、9驱动轴、10小圆锥齿轮、11定位支架、12撑杆、13撑板、14空心圆环、15方补芯、16转槽、17制动块、18制动销、19链轮、20链条、21控制电机、22联轴器、23传动电机、24第一锥齿轮、25第二锥齿轮、26第一转轴、27冷却水喷头、28输水管、29环形齿条、30齿轮、31定位轴、32扇形齿轮、33第二转轴、34第三锥齿轮、35第四锥齿轮、36连杆、37滑套、38 U型杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一

参照图1、2、4、5，一种石油钻机智能钻进控制系统，包括旋转控制模块、动力控制模块、定位模块与冷却水模块，动力控制模块与定位模块均与旋转控制模块相连接，冷却水模块与定位模块相连接，旋转控制模块包括转盘1，转盘1内固定安装有负荷轴承2，负荷轴承2上转动安装有大圆锥齿轮3，大圆锥齿轮3转动设置在转盘1内，大圆锥齿轮3上转动设置有转台迷宫圈4，转台迷宫圈4上固定安装有卡环6，大圆锥齿轮3内固定套设有转台5，转台5内设置有锁紧机构，转盘1的一侧固定连接有设备座7，设备座7内固定安装有定位轴承8，动力控制模块包括驱动轴9，驱动轴9固定套设在定位轴承8内，驱动轴9的一端延伸至设备座7内并固定连接有小圆锥齿轮10，小圆锥齿轮10与大圆锥齿轮3相啮合，驱动轴9上设置有驱动机构，定位模块包括定位支架11，定位支架11设置在转盘1的正上方，定位支架11侧面固定连接有三个撑杆12，定位支架11的一侧固定连接有撑板13，冷却水模块包括空心圆环14，空心圆环14转动安装在定位支架11的底部，空心圆环14内设置有冷却水机构，所述冷却水机构，可以方便对转盘1浇水冷却。

本发明中，锁紧机构包括方补芯15，方补芯15套设在转台5内，方补芯15的两侧与转台5之间开设有转槽16，转槽16内转动设置有制动块17，制动块17上固定套设有制动销18，两个制动销18的顶端均转动连接在定位支架11的底部，所述方补芯15，可以方便对钻杆夹紧。

本发明中，两个制动销18的顶端均固定套设有链轮19，两个链轮19上传动连接有同一个链条20，两个制动销18中的一个制动销18的一端延伸至定位支架11的上方并固定连接有控制电机21，控制电机21固定安装在定位支架11上，所述控制电机21，可以转动制动销18。

本发明中，驱动机构包括联轴器22，联轴器22的一端固定连接有在驱动轴9上，联轴器22的另一端固定连接有传动电机23，所设传动电机23，可以转动驱动轴9。

本发明中，驱动轴9上固定套设有第一锥齿轮24，第一锥齿轮24上啮合设置有第二锥齿轮25，第二锥齿轮25的顶部固定连接有第一转轴26，第一转轴26转动连接在撑板13上，所设第一锥齿轮24，可以转动第二锥齿轮25。

本发明中，冷却水机构包括两个冷却水喷头27，两个冷却水喷头27均固定安装在空心圆环14的内壁上，两个冷却水喷头27上连接有同一个输水管28，所设输水管28，可以向冷却水喷头27中供水。

本发明中，空心圆环14的外侧固定连接有环形齿条29，环形齿条29的一侧啮合设置有两个齿轮30，两个齿轮30上均套设有定位轴31，定位轴31转动连接在定位支架11上，两个齿轮30上啮合设置有同一个扇形齿轮32，所设扇形齿轮32，可以转动齿轮30。

本发明中，扇形齿轮32上固定套设有第二转轴33，第二转轴33的一端固定连接有第三锥齿轮34，第三锥齿轮34上啮合设置有第四锥齿轮35，第四锥齿轮35固定套设在第一转轴26上，所设第四锥齿轮35，可以转动第三锥齿轮34。

工作原理，先通过撑杆12将定位支架11固定在转盘1的上方，当需要对钻杆锁紧时，通过链条20可以同步转动两个链轮19，进而使得两个制动销18可以同步转动，接着启动控制电机21，通过控制电机21可以转动制动销18，通过制动销18与制动块17相配合，可以推动方补芯15向内靠拢，从而可以夹持限制住钻杆，接着启动传动电机23，通过传动电机23与联轴器22相配合，可以转动驱动轴9，通过驱动轴9上的小圆锥齿轮10可以啮合转动大圆锥齿轮3，通过大圆锥齿轮3可以转动转台5，进而方便转动钻杆，进行钻进作业，在驱动轴9转动时，可以通过第一锥齿轮24转动第二锥齿轮25与第一转轴26，第一转轴26上的第四锥齿轮35可以转动第三锥齿轮34与第二转轴33，通过第二转轴33上的扇形齿轮32交替与两个齿轮30相啮合，可以往复反向转动两个齿轮30，进而通过两个齿轮30与环形齿条29相配合，便可以推动空心圆环14来回转动，方便冷却水喷头27来回对转盘1进行浇水冷却，本发明中，旋转控制模块主要包括大圆锥齿轮3、转台迷宫圈4、转台5、方补芯15与小圆锥齿轮10，主要是通过方补芯15对钻杆固定后，通过小圆锥齿轮10与大圆锥齿轮3相配合，从而转动钻杆；动力控制模块主要包括传动电机23、联轴器22与驱动轴9，主要是通过传动电机23来转动驱动轴9，从而带动小圆锥齿轮10转动；定位模块主要包括定位支架11与撑杆12，主要是通过定位支架11来对钻杆进行限位，保证钻杆位于转盘1的正上方；冷却水模块主要包括冷却水喷头27与输水管28，主要通过冷却水喷头27向转盘1洒水进行降温，避免转盘1温度过载而损坏，在钻进过程中，需要不断对接新的钻杆，从而延长钻杆的长度，在下方的钻杆钻入地面后，通过方补芯15来对下方的钻杆固定，接着通过吊机起吊新的钻杆移动至定位支架11上方，通过连接套将下方的钻杆与新的钻杆进行连接，之后通过转盘1来继续转动钻杆，继续向下方钻进。

实施例二

参照图3，与实施例一不同之处在于：空心圆环14的一侧铰接连接有连杆36，连杆36的一端固定连接有滑套37，滑套37内滑动套设有U型杆38，U型杆38的两端均固定连接在第一转轴26上。

工作原理，先通过撑杆12将定位支架11固定在转盘1的上方，当需要对钻杆锁紧时，通过链条20可以同步转动两个链轮19，进而使得两个制动销18可以同步转动，接着启动控制电机21，通过控制电机21可以转动制动销18，通过制动销18与制动块17相配合，可以推动方补芯15向内靠拢，从而可以夹持限制住钻杆，接着启动传动电机23，通过传动电机23与联轴器22相配合，可以转动驱动轴9，通过驱动轴9上的小圆锥齿轮10可以啮合转动大圆锥齿轮3，通过大圆锥齿轮3可以转动转台5，进而方便转动钻杆，进行钻进作业，在驱动轴9转动时，可以通过第一锥齿轮24转动第二锥齿轮25与第一转轴26，通过第一转轴26上的U型杆38与滑套37相配合，可以通过连杆36来拉动空心圆环14不断来回转动，从而方便冷却水喷头27来回对转盘1进行浇水冷却，本发明中，旋转控制模块主要包括大圆锥齿轮3、转台迷宫圈4、转台5、方补芯15与小圆锥齿轮10，主要是通过方补芯15对钻杆固定后，通过小圆锥齿轮10与大圆锥齿轮3相配合，从而转动钻杆；动力控制模块主要包括传动电机23、联轴器22与驱动轴9，主要是通过传动电机23来转动驱动轴9，从而带动小圆锥齿轮10转动；定位模块主要包括定位支架11与撑杆12，主要是通过定位支架11来对钻杆进行限位，保证钻杆位于转盘1的正上方；冷却水模块主要包括冷却水喷头27与输水管28，主要通过冷却水喷头27向转盘1洒水进行降温，避免转盘1温度过载而损坏，在钻进过程中，需要不断对接新的钻杆，从而延长钻杆的长度，在下方的钻杆钻入地面后，通过方补芯15来对下方的钻杆固定，接着通过吊机起吊新的钻杆移动至定位支架11上方，通过连接套将下方的钻杆与新的钻杆进行连接，之后通过转盘1来继续转动钻杆，继续向下方钻进。

其余与实施例一相同。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种石油钻机智能钻进控制系统，包括旋转控制模块、动力控制模块、定位模块与冷却水模块，其特征在于，所述动力控制模块与定位模块均与旋转控制模块相连接，冷却水模块与定位模块相连接，旋转控制模块包括转盘（1），转盘（1）内固定安装有负荷轴承（2），负荷轴承（2）上转动安装有大圆锥齿轮（3），大圆锥齿轮（3）转动设置在转盘（1）内，大圆锥齿轮（3）上转动设置有转台迷宫圈（4），转台迷宫圈（4）上固定安装有卡环（6），大圆锥齿轮（3）内固定套设有转台（5），转台（5）内设置有锁紧机构，转盘（1）的一侧固定连接有设备座（7），设备座（7）内固定安装有定位轴承（8），动力控制模块包括驱动轴（9），驱动轴（9）固定套设在定位轴承（8）内，驱动轴（9）的一端延伸至设备座（7）内并固定连接有小圆锥齿轮（10），小圆锥齿轮（10）与大圆锥齿轮（3）相啮合，驱动轴（9）上设置有驱动机构，定位模块包括定位支架（11），定位支架（11）设置在转盘（1）的正上方，定位支架（11）侧面固定连接有三个撑杆（12），定位支架（11）的一侧固定连接有撑板（13），冷却水模块包括空心圆环（14），空心圆环（14）转动安装在定位支架（11）的底部，空心圆环（14）内设置有冷却水机构。

2.根据权利要求1所述的一种石油钻机智能钻进控制系统，其特征在于，所述锁紧机构包括方补芯（15），方补芯（15）套设在转台（5）内，方补芯（15）的两侧与转台（5）之间开设有转槽（16），转槽（16）内转动设置有制动块（17），制动块（17）上固定套设有制动销（18），两个制动销（18）的顶端均转动连接在定位支架（11）的底部。

3.根据权利要求2所述的一种石油钻机智能钻进控制系统，其特征在于，两个制动销（18）的顶端均固定套设有链轮（19），两个链轮（19）上传动连接有同一个链条（20），两个制动销（18）中的一个制动销（18）的一端延伸至定位支架（11）的上方并固定连接有控制电机（21），控制电机（21）固定安装在定位支架（11）上。

4.根据权利要求1所述的一种石油钻机智能钻进控制系统，其特征在于，所述驱动机构包括联轴器（22），联轴器（22）的一端固定连接有在驱动轴（9）上，联轴器（22）的另一端固定连接有传动电机（23）。

5.根据权利要求1所述的一种石油钻机智能钻进控制系统，其特征在于，所述驱动轴（9）上固定套设有第一锥齿轮（24），第一锥齿轮（24）上啮合设置有第二锥齿轮（25），第二锥齿轮（25）的顶部固定连接有第一转轴（26），第一转轴（26）转动连接在撑板（13）上。

6.根据权利要求1所述的一种石油钻机智能钻进控制系统，其特征在于，所述冷却水机构包括两个冷却水喷头（27），两个冷却水喷头（27）均固定安装在空心圆环（14）的内壁上，两个冷却水喷头（27）上连接有同一个输水管（28）。

7.根据权利要求1所述的一种石油钻机智能钻进控制系统，其特征在于，所述空心圆环（14）的外侧固定连接有环形齿条（29），环形齿条（29）的一侧啮合设置有两个齿轮（30），两个齿轮（30）上均套设有定位轴（31），定位轴（31）转动连接在定位支架（11）上，两个齿轮（30）上啮合设置有同一个扇形齿轮（32）。

8.根据权利要求7所述的一种石油钻机智能钻进控制系统，其特征在于，所述扇形齿轮（32）上固定套设有第二转轴（33），第二转轴（33）的一端固定连接有第三锥齿轮（34），第三锥齿轮（34）上啮合设置有第四锥齿轮（35），第四锥齿轮（35）固定套设在第一转轴（26）上。