CN115075740A - 一种防止石油井架倾覆的装置及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油钻井机械设备技术领域，涉及一种防止石油井架倾覆的装置，包括：固定在井架周围的地锚、卷扬机、倾斜角度控制装置、倾斜传感器以及井架绷绳；其中，所述倾斜传感器设于井架上，用于检测井架主体与地面的倾斜角度，并发送井架主体的倾斜角度数据至倾斜角度控制装置，所述卷扬机和倾斜角度控制装置均设于地锚上，卷扬机与倾斜角度控制装置通过皮带传动连接，所述井架绷绳一端缠绕于卷扬机的滚筒上，以通过卷扬机进行收放，另一端挂设与井架中上部，以实现对井架的拉拽。本发明旨在利用增加辅助机构的方法实现及时有效避免机井架倾覆事故发生，在不增加井架主体结构重量的条件下自动迅速响应，对出现倾斜的井架起到稳固井架的作用。
Description
技术领域
本发明属于石油钻井机械设备技术领域，具体涉及一种防止石油井架倾覆的装置及其实现方法。
背景技术
石油井架是在油井钻井或修井过程中，用于安放天车，悬挂游车、大钩、吊环、吊卡等机具，以及起下、存放钻杆、油管及抽油杆的一种装置。石油钻井或者修井施工作业过程中井架倾覆事件偶有发生，虽然井架倾覆事故发生频率不高，一旦发生将会引发严重后果或者人员伤亡，甚至事故后续影响还可能延伸至发生井喷等严重事故。随着石油采集技术和钻井井架技术领域的不断发展，安全生产在整个利用井架施工作业过程中显得尤为重要。针对已经立起来的进行施工作业石油井架，为了给石油井架发生倾覆提供安全保障，本发明涉及一种防止石油井架倾覆的装置及其使用方法，目的在于出现井架突发倾斜及时稳固井架并且有效避免机井架倾覆事故发生。
现有防井架倾覆装置一般采用液压装置辅助支撑，其造价昂贵且机动灵活性较差。还有采用地面车辆运送升降支撑装置的方法，同样存在响应不及时的缺点。由于井架倾覆发生是随机的，一般不可预测，这给提前防护带来困难，是由于井架工作环境和服役过程中承受随机载荷作用导致的结果。其中，随机载荷有的来自于作业施工过程的机械结构本身，有的来源于井架服役环境(如风力载荷、地震等)。
发明内容
为了克服现有防井架倾覆装置的缺点，本发明提供一种防止石油井架倾覆的装置及其实现方法，具有造价不高、响应迅速、安全可靠和便于拆装的特点。
关于石油井架的结构形式国内外根据实际工程需要与施工条件采取各种形式，比较常见的有塔形井架，A形井架，K形井架和桅形井架。本发明装置及其使用方法适用于现有常见全部类型的井架，具有广泛适用性。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种防止石油井架倾覆的装置，包括：固定在井架主体周围的地锚、卷扬机、倾斜角度控制装置、倾斜传感器以及井架绷绳；
其中，所述倾斜传感器设于井架主体上，用于检测井架主体与地面的倾斜角度，并发送井架主体的倾斜角度数据至倾斜角度控制装置；所述卷扬机和倾斜角度控制装置均设于地锚上，卷扬机与倾斜角度控制装置通过皮带传动连接，所述井架绷绳一端缠绕于卷扬机的滚筒上，以通过卷扬机进行收放，另一端挂设于井架中上部，以实现对井架的拉拽。
所述倾斜角度控制装置包括：PLC、无线通讯装置以及卷扬机启停开关；所述无线通讯装置与PLC连接、与倾斜传感器通信，所述无线通讯装置用于接收倾斜传感器发送井架主体的倾斜角度数据，并将倾斜角度数据发送至PLC；PLC通过卷扬机启停开关与卷扬机连接，所述PLC用于根据井架主体的倾斜角度数据触发卷扬机启停开关控制卷扬机对井架绷绳的收放；
所述倾斜传感器设于传感器盒内，以防止风雨使倾斜传感器短路失效。
所述传感器盒为树脂透明外壳，且传感器盒设于距离地面3/4的井架位置处，以避免井架主体在作业过程中产生的振动使倾斜传感器出现误差。
所述井架绷绳挂设井架主体上，且挂设点设于距离地面3/4的井架位置处。
所述地锚有多个，在井架主体周围均匀分布。
所述地锚有多个，相对于井架主体垂直线对称设置。
所述地锚有四个，设于底座对角线向外的延长线上，每个所述地锚(1)距离所对应井架底座角的距离相等。
所述地锚为正方体结构，所述地锚处卷扬机拉动井架绷绳与井架主体垂直线形成的角度的范围为：40°～50°。
所述地锚处卷扬机拉动井架绷绳与井架主体垂直线形成的角度为45°。
一种防止石油井架倾覆的装置的实现方法，包括以下步骤：
1)在井架主体上安装倾斜传感器；同时使多条井架绷绳的一端与井架主体的连接并保持松弛状态；在预置的地锚位置上安装卷扬机；调试倾斜传感器与倾斜角度控制装置的无线通讯装置之间的通讯；
2)将多条井架绷绳的另一端连接到每个卷扬机的滚筒上，以施加预紧拉力；打开倾斜传感器，使其与无线通讯装置实现无线通讯；
3)开始井架主体下作业，当倾斜传感器检测到井架主体出现倾斜且倾斜角度超过预设偏斜角度时，倾斜传感器发送倾斜角度数据至无线通讯装置，无线通讯装置将倾斜角度数据传输至PLC，PLC将触发每个卷扬机启停开关开启，并控制每个卷扬机启停开关对应的卷扬机将迅速拉动条井架绷绳，实现井架主体的稳固。
本发明具有以下有益效果及优点：
1、本发明旨在利用增加辅助机构的方法实现及时有效避免机井架倾覆事故发生，在不增加井架主体结构重量的条件下自动迅速响应，对出现倾斜的井架起到稳固井架的作用；
2、本发明不增加井架主体结构重量，且机构简单有效，稳定性良好；
3、本发明成本造价低，可实现方便安装；
4、本发明防倾覆，保证安全避，有效免事故出现，减少经济损失。
附图说明
图1为本发明总体结构轴测图；
图2为本发明装置布局俯视图；
图3为本发明卷扬机与地锚连接形式示意图；
图4卷扬机与地锚连接俯视图；
图5为本发明倾斜传感器安装示意图；
图6为本发明井架绷绳连接石油井架位置示意图；
图7为本发明的倾斜角度控制模块工作原理示意图；
图8为本发明工作流程示意图。
其中：1为地锚，2为井架底座角，3为卷扬机，4为滚筒，5为井架绷绳，6为井架主体，7为井架绷绳与井架连接处，8为倾斜传感器，9为井架起放支撑转轴，10为石油井架基座，11为传感器盒，12为卷扬机启停开关，13为无线通讯装置。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
以结合附图和实例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明提供的一种防止石油井架倾覆的装置，包括：固定在井架主体6周围的地锚1、卷扬机3、倾斜角度控制装置、倾斜传感器8以及井架绷绳5；
其中，所述倾斜传感器8设于井架主体6上，所述卷扬机3和倾斜角度控制装置均设于地锚1上，卷扬机3与倾斜角度控制装置通过皮带传动连接，所述井架绷绳5一端缠绕于卷扬机3的滚筒4上，以通过卷扬机3进行收放，另一端挂设与井架主体6中上部，以实现对井架主体的拉拽。
如图2所示，均匀布置的4个地锚1呈正方形位置均匀分布于石油井架4个位置，地锚1位置与井架基座中心与地面接触位置处于相同水平地面，地锚1有多个，设于底座对角线向外的延长线上，每个地锚1距离所对应井架底座角2的距离相等。
地锚1分布的位置距离与井架基座中心位置设置规则按照井架绷绳5与井架主体6垂直角度为45°为基准，偏离范围小于正负5°即可满足设计要求。
如图3所示，本发明卷扬机与地锚连接形式采用螺栓连接，既能保证连接强度又能实现快速拆机与装机。
如图4所示，本发明倾斜传感器安装示意图，倾斜传感器8安装位置在井架主体6上半部分位于整体长度的1/4处，这样与井架天车保持一定距离，避免井架在施工作业过程中产生的振动等干扰因素对传感器造成的影响。倾斜传感器8安装于提前安装在井架上的传感器盒11位置，传感器盒11采用树脂透明外壳具备防雨防风的作用。
如图3～4所示，倾斜角度控制装置包括：PLC、无线通讯装置13以及卷扬机启停开关12；无线通讯装置13与PLC连接、且与倾斜传感器8通信；PLC通过卷扬机启停开关12与卷扬机3连接。
如图5所示，本发明井架绷绳连接石油井架位置示意图，为了增加稳固效果井架绷绳5连接井架主体6位置要在井架上半部分位于整体长度的1/4处以上。这样可以最大限度地起到稳定支撑的作用。
如图6所示，本发明的倾斜角度控制模块工作原理示意图，利用当前普遍应用的近场通讯技术将倾斜传感器获取的信号传输至卷扬机启停开关12。本模块拟采用紫蜂(Zigbee)技术实现近场无线通讯，由于该技术同时具备数据传输稳定、网络容量大、工作频段灵活功耗低和成本低的特点。尽管有效范围在10-75米，但是这足以能够满足本发明方案应用需求。
如图7～8所示，为说明本发明涉及的一种防止石油井架倾覆的装置及其使用方法具体工作流程，本发明的工作原理具体步骤如下：
1)在起井架之前，在井架主体6上安装倾斜传感器8，完成倾斜传感8的安装；同时使多条井架绷绳5的一端与井架主体6的连接并保持松弛状态，井架绷绳5的另一端暂不连接卷扬机3；在预置的地锚1位置上安装卷扬机3；调试倾斜传感器8与倾斜角度控制装置的无线通讯装置13之间的通讯，做好全部准备工作后开始起井架作业。
2)当石油井架竖立完成并紧固底角螺栓后为正常的修井等作业做好准备，此时将4条绷绳另一端连接到4个卷扬机滚动上，并施加较小的预紧拉力，该预紧拉力的目的在于保持绷绳处于合适工作准备状态；打开倾斜传感器，使其与无线通讯装置13实现无线通讯；
3)开始井架主体6下作业，当倾斜传感器8检测到井架主体6出现倾斜且倾斜角度超过预设偏斜角度时，倾斜传感器8发送井架主体的倾斜角度数据至无线通讯装置13，无线通讯装置13将倾斜角度数据传输至PLC，PLC将触发每个卷扬机启停开关12开启，并控制每个卷扬机启停开关12对应的卷扬机3将迅速拉动条井架绷绳5，实现井架主体6的稳固。这给后续的维修和事故处理预留了充足的时间，将有效防止石油井架倾覆的发生。
4)在井架完成作业工作以后，关闭倾斜传感器与卷扬机的力矩电机的启停开关之间通讯，再将绷绳与卷扬机连接处拆卸，断开绷绳与卷扬机滚动的连接；放倒井架后拆卸绷绳与井架之间连接；拆卸倾斜传感器；拆卸4个卷扬机并打包收纳本发明的全部可移动组件，便于下一次使用。
Claims (10)
1.一种防止石油井架倾覆的装置，其特征在于，包括：固定在井架主体(6)周围的地锚(1)、卷扬机(3)、倾斜角度控制装置、倾斜传感器(8)以及井架绷绳(5)；
其中，所述倾斜传感器(8)设于井架主体(6)上，用于检测井架主体(6)与地面的倾斜角度，并发送井架主体(6)的倾斜角度数据至倾斜角度控制装置，所述卷扬机(3)和倾斜角度控制装置均设于地锚(1)上，卷扬机(3)与倾斜角度控制装置通过皮带传动连接，所述井架绷绳(5)一端缠绕于卷扬机(3)的滚筒(4)上，另一端挂设于井架主体(6)中上部。
2.根据权利要求1所述的一种防止石油井架倾覆的装置，其特征在于，所述倾斜角度控制装置包括：PLC、无线通讯装置(13)以及卷扬机启停开关(12)；所述无线通讯装置(13)与PLC连接、且与倾斜传感器(8)通信，所述无线通讯装置(13)用于接收倾斜传感器(8)发送井架主体(6)的倾斜角度数据，并将倾斜角度数据发送至PLC；PLC通过卷扬机启停开关(12)与卷扬机(3)连接，所述PLC用于根据井架主体(6)的倾斜角度数据触发卷扬机启停开关(12)控制卷扬机(3)对井架绷绳(5)的收放。
3.根据权利要求1所述的一种防止石油井架倾覆的装置，其特征在于，所述倾斜传感器(8)设于传感器盒(11)内，以防止风雨使倾斜传感器(8)短路失效。
4.根据权利要求3所述的一种防止石油井架倾覆的装置，其特征在于，所述传感器盒(11)为树脂透明外壳，且传感器盒(11)设于距离地面3/4的井架位置处，以避免井架主体(6)在作业过程中产生的振动使倾斜传感器(8)出现误差。
5.根据权利要求1所述的一种防止石油井架倾覆的装置，其特征在于，所述井架绷绳(5)挂设井架主体(6)上，且挂设点设于距离地面3/4的井架位置处。
6.根据权利要求1所述的一种防止石油井架倾覆的装置，其特征在于，所述地锚(1)有多个，在井架主体(6)周围均匀分布。
7.根据权利要求1或6中所述的一种防止石油井架倾覆的装置，其特征在于，所述地锚(1)有四个，设于底座对角线向外的延长线上，每个所述地锚(1)距离所对应井架底座角(2)的距离相等。
8.根据权利要求6所述的一种防止石油井架倾覆的装置，其特征在于，所述地锚(1)为正方体结构，所述地锚(1)处卷扬机(3)拉动井架绷绳(5)与井架主体(6)垂直线形成的角度的范围为40°～50°。
9.根据权利要求8所述的一种防止石油井架倾覆的装置，其特征在于，所述地锚(1)处卷扬机(3)拉动井架绷绳(5)与井架主体(6)垂直线形成的角度为45°。
10.根据权利要求1～9任一项所述的一种防止石油井架倾覆的装置的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在井架主体(6)上安装倾斜传感器(8)；同时使多条井架绷绳(5)的一端与井架主体(6)的连接并保持松弛状态；在预置的地锚(1)位置上安装卷扬机(3)；调试倾斜传感器(8)与倾斜角度控制装置的无线通讯装置(13)之间的通讯；
2)将多条井架绷绳(5)的另一端连接到每个卷扬机(3)的滚筒(4)上，以施加预紧拉力；打开倾斜传感器，使其与无线通讯装置(13)实现无线通讯；
3)开始井架主体(6)下作业，当倾斜传感器(8)检测到井架主体(6)出现倾斜且倾斜角度超过预设偏斜角度时，倾斜传感器(8)发送井架主体的倾斜角度数据至无线通讯装置(13)，无线通讯装置(13)将倾斜角度数据传输至PLC，PLC将触发每个卷扬机启停开关(12)开启，并控制每个卷扬机启停开关(12)对应的卷扬机(3)将迅速拉动条井架绷绳(5)，实现井架主体(6)的稳固。
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