CN116104432A - 一种铁钻工用的智能化上卸扣设备辅助系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁钻工用的智能化上卸扣设备辅助系统，属于陆地及海上石油钻井、修井技术领域，用于自动化测量和解算管柱尺寸信息，并选择最优上扣及卸扣方案，减少人为操作失误率；通过在旋扣钳总成和夹紧钳总成上安装位移传感器，在夹紧管柱的同时解算管柱尺寸信息，同时通过摄像头识别辅助尺寸识别，选择最优上扣及卸扣方案，对现有铁钻工可实现不需改造就可实现智能化、无人化上卸扣操作以及减少人为操作失误率，减少非生产时间，并通过上位机实现现场数据离线下载、实时观看铁钻工作业，亦可远程进行数据库更新。

Description

一种铁钻工用的智能化上卸扣设备辅助系统

技术领域

本发明属于陆地及海上石油钻井、修井技术领域，用于自动化测量和解算管柱尺寸信息，并选择最优上扣及卸扣方案，减少人为操作失误率，尤其是涉及一种铁钻工用的智能化上卸扣设备辅助系统。

背景技术

铁钻工由主钳背钳及旋扣器组成的，它能够上扣/卸扣的管串，上扣/卸扣的全部操作都集成在一个气动控制盒上，按一次按钮即可完成所有操作，同时该气动控制盒可以安装在安全的地方，实现远程控制，铁钻工是先进的钻杆/钻具上扣/卸扣工具，用来给铁钻工定位的伸缩臂是一个紧凑的，重量较轻装置，它由液压缸带动的伸缩梁来实现两个方向的力----拉伸和推动，来推动铁钻工到井口上扣，结束后将铁钻工拉回静止位置。

现有的一种人工智能自动化铁钻工，专利号为(CN109869103B)，该装置包括旋扣钳总成、冲扣钳总成、背钳总成、进给系统和AI自主识别控制系统及信息通讯监测系统总成，AI自主识别控制系统及信息通讯监测系统总成分别与旋扣钳总成、冲扣钳总成、背钳总成和进给系统相连接，AI自主识别控制系统及信息通讯监测系统总成包括AI自主识别控制系统和信息通讯监测系统总成，实现远距离操作控制，实时监控铁钻工状态，多部铁钻工信息交流整合且可以实现AI自主识别扣型、接箍，通过水平及竖直方向多轴联动进而实现自主对目标管具进行上、卸扣，自动化、智能化程度高。

在实际使用的过程中，由于在钻井过程中钻井作业阶段不同，需要使用的钻杆尺寸不同，要求钻杆连接时指定的理论上扣及卸扣扭矩标准不一样，导致铁钻工在上扣及卸扣时还需要人为根据目前钻杆类型选择设定扭矩、在铁钻工旁边人为观察上扣及卸扣是否到位以及判断异常事件，在一定程度上影响了铁钻工作业效率和制约了无人化作业的技术目标发展。

因此，需要一种一种铁钻工用的智能化上卸扣设备及系统，来解决现有技术中存在的需要人工去选定钻杆的尺寸然后才施加合适扭矩的问题，加快无人化作业发展进程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁钻工用的智能化上卸扣设备及系统，以解决现有技术存在的人工选定钻杆的尺寸然后才施加合适扭矩的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种铁钻工用的智能化上卸扣设备辅助系统，包括旋扣钳总成、冲扣钳总成和夹紧钳总成以及进给系统，还包括自主识别控制系统，所述旋扣钳总成和夹紧钳总成上分别设置有位移检测机构，所述进给系统控制所述旋扣钳总成和夹紧钳总成做机械运动并对管柱进行夹紧，位移检测机构检测旋扣钳总成和夹紧钳总成上的机械位移变化，并将检测到的数据传输至所述自主识别控制系统处理，并将处理完成后的数据传输至所述进给系统进行管柱上卸扣。

所述旋扣钳总成和夹紧钳总成分别包括H型单缸旋扣钳、双缸旋扣钳、H型单缸夹紧钳和双缸夹紧钳，所述H型单缸旋扣钳、双缸旋扣钳、H型单缸夹紧钳和双缸夹紧钳均包括夹紧缸和侧钳组成，所述位移检测机构安装在所述夹紧缸上。

所述位移检测机构包括位移传感器，所述位移传感器采用防爆型磁致伸缩位移传感器，所述防爆型磁致伸缩位移传感器与所述自主识别控制系统连接。

所述自主识别控制系统包括管柱尺寸处理单元、远程决策单元、图像处理单元、预警单元、数据管理单元和显示单元，所述位移检测机构与所述管柱尺寸处理单元连接，所述进给系统、管柱尺寸处理单元、预警单元、数据管理单元、显示单元和图像处理单元分别与所述远程决策单元连接。

所述自主识别控制系统还包括设置在管柱正对面的识别摄像头，所述识别摄像头与所述显示单元和图像处理单元连接。

所述自主识别控制系统基于上位机实现，并通过软件实现远端数据库更新、下载、作业监测、异常事件预警及提醒。

所述自主识别控制系统内部输入有完成管柱尺寸、钢级及扣型信息录入和更新、管柱尺寸信息的处理、管柱信息筛选比对以及管柱上扣及卸扣自决策。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明提供的铁钻工用的智能化上卸扣设备的辅助系统，通过在旋扣钳总成和夹紧钳总成上安装位移传感器，旋扣钳总成和夹紧钳总在夹紧管柱的同时解算管柱尺寸信息，同时通过识别摄像头识别辅助尺寸识别，选择最优上扣及卸扣方案，对现有铁钻工可实现不需改造就可实现智能化、无人化上卸扣操作以及减少人为操作失误率，减少非生产时间，并通过上位机实现现场数据离线下载、实时观看铁钻工作业，亦可远程进行数据库更新，根据井场实际选用管柱尺寸-扭矩标准进行数据更新，同时可通过铁钻工接的管柱尺寸大小、管柱类型等进行后台记录，针对井场作业阶段，可以实现对井场钻井阶段进行信息记录，通过预警单元进行协作，完成异常事件报警、记录，针对异常事件做到能溯源，通过异常事件视频记录及回放，做好有记录、能复现，可追踪功能，填补了目前无数据与实际情况对应的不足。

附图说明

图1为本发明的管柱与识别摄像头的关系配合图；

图2为本发明的H型单缸旋扣钳结构示意图；

图3为本发明的双缸旋扣钳结构示意图；

图4为本发明的H型夹紧钳结构示意图；

图5为本发明的双缸夹紧钳结构示意图；

图6为本发明的旋扣钳夹持管柱时管身尺寸测量示意图；

图7为本发明的夹紧钳夹持管柱时接头尺寸测量示意图；

图8为本发明的系统架构示意图；

图9为本发明的系统作业流程示意图；

图10为本发明的管柱尺寸及理论扭矩对应图。

图中:1旋扣钳总成、2冲扣钳总成、3管柱、4夹紧钳总成、5位移检测机构、6识别摄像头。

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。

如图1所示，一种铁钻工用的智能化上卸扣设备辅助系统，包括旋扣钳总成1、冲扣钳总成2和夹紧钳总成4以及进给系统，所述旋扣钳总成1、冲扣钳总成2和夹紧钳总成4依次设置在上下管柱3接头位置处，还包括自主识别控制系统，所述旋扣钳总成1和夹紧钳总成4上分别设置有位移检测机构5，所述进给系统控制所述旋扣钳总成1和夹紧钳总成4做机械运动并对管柱3进行夹紧，位移检测机构5检测旋扣钳总成1和夹紧钳总成4上的机械位移变化，并将检测到的数据传输至所述自主识别控制系统处理，并将处理完成后的数据传输至所述进给系统进行管柱3上卸扣；旋扣钳总成1和夹紧钳总成4在夹紧管柱3的同时解算管柱3尺寸信息，同时通过识别摄像头6识别辅助尺寸识别，选择最优上扣及卸扣方案，对现有铁钻工可实现不需改造就可实现智能化、无人化上卸扣操作以及减少人为操作失误率，减少非生产时间。

如图2--图10所示，本实施例基于上位机实现，可集成在司钻房工业电脑端，并通过软件实现远端数据库更新、下载、作业监测、异常事件预警及提醒；具体实施时，旋扣钳总成1、冲扣钳总成2和夹紧钳总成4依次设置在上下管柱3接头位置处，并通过进给系统控制，用于实现对管柱3的自动化上卸扣；旋扣钳总成1和夹紧钳总成4分别包括H型单缸旋扣钳、双缸旋扣钳、H型单缸夹紧钳和双缸夹紧钳，H型单缸旋扣钳、双缸旋扣钳、H型单缸夹紧钳和双缸夹紧钳均包括夹紧缸和侧钳组成，位移检测机构安装在夹紧缸上，用于检测旋扣钳总成1和夹紧钳总成4上的机械变化，并将检测到的数据传输至自主识别控制系统处理，并将处理完成后的数据传输至进给系统进行管柱3上卸扣，位移检测机构5采用防爆型磁致伸缩位移传感器，防爆型磁致伸缩位移传感器与自主识别控制系统连接；自主识别控制系统包括管柱尺寸处理单元、远程决策单元、图像处理单元、预警单元、数据管理单元和显示单元，位移检测机构与管柱尺寸处理单元连接，进给系统、管柱尺寸处理单元、预警单元、数据管理单元、显示单元和图像处理单元分别与远程决策单元连接；管柱尺寸处理单元用于对管柱3尺寸进行识别，主要对管柱3管身直径、接头直径进行测量；管柱尺寸处理单元包括第一管柱尺寸识别单元，第二管柱尺寸识别单元以及第三管柱尺寸识别辅助单元，其中第一管柱尺寸识别单元包括旋扣钳夹紧缸上安装的防爆位移传感器，当旋扣钳夹紧缸推动，位移传感器可以测量旋扣钳夹紧距离，进一步推算出管柱管身尺寸；第二管柱尺寸识别单元包括夹紧钳夹紧缸上安装的防爆位移传感器，夹紧缸伸出，夹紧钳被推动直至钳牙夹紧管柱，在夹紧钳夹紧下管柱接头时，测量夹紧缸夹紧距离，进一步推算出管柱接头位置尺寸；第三管柱尺寸识别辅助单元包括安装在管柱3正对钻杆的识别摄像头6，识别摄像头6选用高清工业相机不做像素限定，可以在管柱3进行连接前，通过工业相机进行图片采集，进行管柱的管身及管3柱接头尺寸的图像识别与确定；远程决策单元可随意安置于防护、防爆箱内进行工作，具体来说，第一管柱尺寸识别单元与第二管柱尺寸识别单元分别将旋扣钳夹紧钻杆、夹紧钳夹紧钻杆后测量数据通过管柱尺寸处理单元进行解算分析，并将解算数据给到远程决策单元；同时第三管柱尺寸识别辅助单元将识别摄像头6采集到的图像通过图像处理单元进行管柱尺寸解算，同样给到远程决策单元，进行比对校准，在允许的误差范围内通过数据管理单元筛选出适应本次钻杆连接的扭矩方案，根据钻杆尺寸识别结果进行最佳扭矩选择进而自动控制钻井平台铁钻工进行上扣及卸扣操作；显示单元、预警单元及数据管理单元；其中显示单元可以将识别摄像头6监测画面进行实时监测，还将用于将管柱3尺寸及铁钻工自身扭矩值进行实时显示；预警单元可以将工业相机监测画面监测出的异常情况进行预警和及时做出预警方案，同时可以将铁钻工故障进行自检测，对可自修复故障进行修复，对无法自修复故障通过报警或信息提醒井场人员进行检查和维修；数据管理单元将符合API标准或实际采用管柱3信息进行录入，录入管柱3信息至少包括管柱管身外径、管柱接头直径和管柱上扣理论扭矩范围等信息，其中理论扭矩范围由管柱生产厂家进行标定及给定；数据管理单元还用于利用识别摄像头6监测同时，记录铁钻工下立根事件、接立根事件、根据铁钻工阶段所接钻杆类型(小钻杆、大钻杆、方钻杆、套管等)记录井场钻井作业阶段，以及根据铁钻工接钻杆次数或拆钻杆次数进行钻杆数量记录，方便作业人员统计及管理；数据管理单元还可同时将异常事件进行图像管理及记录，进一步地，数据管理单元可以在线查阅、下载、更新标准管柱尺寸数据，亦可离线下载数据；第三管柱尺寸识别辅助单元还可实时监测铁钻工作业状态，监测界面可调用在远端显示单元用于远端查看作业情况；第一管柱尺寸识别单元与旋扣钳夹紧缸进行机械连接，并与管柱尺寸处理单元和远程决策单元进行电连接；第二管柱尺寸识别单元与夹紧钳夹紧缸进行机械连接，与远程决策单元进行电连接；第三管柱尺寸识别辅助单元与井场固定架进行机械连接，并与图像处理单元进行电连接；图像处理单元、管柱尺寸处理单元与远程决策单元进行电连接；预警单元、数据管理单元及显示单元可集成在司钻房工业电脑端，同时预警单元、数据管理单元、显示单元还可独立成应用软件,用于远端数据库更新、下载、作业监测及异常事件预警及提醒。

实施例1：

参见图1、图2、图3、图4、图5和图8所示，具体安装方式、对应连接关系以及功能示意图；需要强调的是，管柱3的管身尺寸、接头尺寸、钢级、扣型、管柱的类型(加重、单台肩、双台肩)都可作为参考指标提前录入或者提前选定，作为比对指标进行管柱上扣及卸扣扭矩确定；请参阅图8，铁钻工用的智能化上卸扣设备的辅助系统包括自主识别控制系统，自主识别控制系统包括第一管柱尺寸识别单元、第二管柱尺寸识别单元、第三管柱尺寸识别辅助单元、主控模块、功能界面集成模块组成；其中旋扣钳总成1、冲扣钳总成2和夹紧钳总成4依次设置在管柱3上，其中第一管柱尺寸识别单元包括旋扣钳总成1和设置在旋扣钳总成1上的位移传感器；第二管柱尺寸识别单元包括夹紧钳总成4和设置在旋扣钳总成1和夹紧钳总成4上的位移传感器，旋扣钳总成1和夹紧钳总成4上的位移传感器分别与主控模块理解，第三管柱尺寸识别辅助单元包括识别摄像头6，识别摄像头6与主控模块、功能界面集成模块电连接，主控模块包括管柱尺寸处理单元、远程决策单元、图像处理单元，第一管柱尺寸识别单元、第二管柱尺寸识别单元上的位移传感器分别与管柱尺寸处理单元连接，识别摄像头6与图像处理单元连接，图像处理单元和管柱尺寸处理单元分别与远程决策单元连接，功能界面集成模块包括预警单元、数据管理单元、显示单元，识别摄像头6与显示单元连接，数据管理单元与远程决策单元连接，预警单元、数据管理单元与显示单元相互连接，其中远程决策单元与第一管柱尺寸识别单元、第二管柱尺寸识别单元互联；自主识别控制系统包括旋扣钳总成1、冲扣钳总成2和夹紧钳总成4、位移检测机构5、管柱识别单元、远程决策单元、图像处理单元、预警单元、数据管理单元、显示单元组成、识别摄像头组成；其中旋扣钳总成1、冲扣钳总成2和夹紧钳总成4共同完成上钻杆及下钻杆的连接及拆卸，首先旋扣钳总成1夹持上管柱，冲扣钳总成2夹持上管柱3接头位置处，夹紧钳总成4夹持在管柱3接头位置处，根据夹持特点可以根据旋扣钳夹持来确定管柱管身尺寸，根据冲扣钳或者夹紧钳确定管柱3接头尺寸，进而确定管柱3类型，并将数据传输至自主识别控制系统进行处理，完成后选择最优的上卸扣方案并进行上卸扣；参见图2、图3和图8所示，第一管柱尺寸识别单元是将防爆位移传感器通过机械连接安装在旋扣钳1夹紧缸位置处；常见旋扣钳1有两种，如图2所示为“H”型单缸旋扣钳1结构示意图，主要由左侧旋扣辊子(一侧两个或其他偶数个)，右侧旋扣辊子以及旋扣钳夹紧缸组成；防爆位移传感器安装在旋扣钳夹紧缸上，当夹紧缸进行拉伸或者缩进时进行测量，确定旋扣钳辊子移动距离，进一步确认管柱管身尺寸；还有一种常见旋扣钳结构比较常见，如图3所示，双夹紧缸型旋扣钳1，主要变化为在左侧旋扣辊子以及右侧旋扣辊子左右两侧分别安装有左侧夹紧缸以及右侧夹紧缸，所以防爆位移传感器分别固定安装在两侧夹紧缸上，进一步确定管柱3管身尺寸；旋扣钳1夹持上钻杆管身夹紧钳4、夹紧钳、管柱3管身下钻杆管柱接头；参见图5和图6，仅做解释说明使用；第二管柱尺寸识别单元是将防爆位移传感器通过机械连接安装在夹紧钳4夹紧缸位置处，常见旋扣4有两种，如图5所示为“H”型单缸加紧钳结构示意图，主要由左侧钳牙(一侧1个)，右侧钳牙以及夹紧钳夹紧缸组成；防爆位移传感器安装在夹紧钳夹紧缸上，当夹紧缸进行拉伸或者缩进时进行测量，确定夹紧钳钳牙移动距离，进一步确认管柱接头尺寸；还有一种常见夹紧钳结构比较常见，如图6所示，双夹紧缸型夹紧钳4主要变化为在左侧钳牙,以及右侧钳牙左右两侧分别安装有左侧夹紧缸以及右侧夹紧缸；所以防爆位移传感器固定安装在两侧夹紧缸上，进一步确定管柱接头尺寸；参见图8，第三管柱尺寸识别辅助单元是将识别摄像头6安装在管柱3工作业时正面夹持管柱正前方位置处，其固定位置可以是司钻房金属框架上等适合安装条件位置处，识别摄像头6监测整个虚线包含的铁钻工主体及上下管柱范围；识别摄像头6进行采样，通过图像处理单元进行管柱管身尺寸、管柱接头尺寸的识别；第三管柱尺寸识别辅助单元还可实时监测铁钻工作业状态，用于远端查看作业情况；第一管柱识别单元、第二管柱识别单元和第三管柱识别辅助单元构成管柱尺寸识别模块；参见图8，主控模块包括管柱尺寸处理单元、图像处理单元及远程决策单元，其中第一管柱尺寸识别单元和第二管柱尺寸识别单元与管柱3尺寸处理单元进行电连接，第三管柱尺寸识别辅助单元与图像处理单元进行电连接；管柱3尺寸处理单元和图像处理单元与远程决策单元进行电连接；远程决策单元可随意安置于防护、防爆箱内进行工作；具体来说，第一管柱尺寸识别单元与第二管柱尺寸识别单元分别将旋扣钳1夹紧钻杆、夹紧钳4夹紧钻杆后测量数据通过管柱尺寸处理单元进行解算分析，并将解算数据给到远程决策单元；同时，第三管柱尺寸识别辅助单元将识别摄像头6采集到的图像通过图像处理单元进行管柱尺寸解算，同样给到远程决策单元，进行比对校准，在允许的误差范围内，通过数据管理单元筛选出适应本次钻杆连接的扭矩方案，根据钻杆尺寸识别结果进行最佳扭矩选择进而自动控制钻井平台铁钻工进行上扣及卸扣操作；参见图8，功能界面集成模块包括预警单元、数据管理单元和显示单元；显示单元可以将工业相机监测画面进行实时监测，还将用于将管柱尺寸及铁钻工自身扭矩值进行实时显示；预警单元可以将识别摄像头6监测画面监测出的异常情况进行预警和及时做出预警方案，同时可以将铁钻工故障进行自检测，对可自修复故障进行修复，对无法自修复故障通过报警或信息提醒井场人员进行检查和维修；参见图10为常用钻具上扣扭矩表，数据管理单元将符合API标准或实际采用管柱信息进行录入，录入管柱信息至少包括管柱管身外径、管柱接头外径、扣型、钢级和管柱上扣理论扭矩范围等信息，其中理论扭矩范围由管柱生产厂家进行标定及给定；具体管柱尺寸测量及比对具体方法见后文详细介绍；数据管理单元还用于利用识别摄像头6监测同时，记录铁钻工下立根事件、接立根事件、根据铁钻工阶段所接钻杆类型(小钻杆、大钻杆、方钻杆、钻铤及套管)记录井场钻井作业阶段，以及根据铁钻工接钻杆次数或拆钻杆次数进行钻杆数量记录，方便作业人员统计及管理，同时将异常事件进行图像管理及记录，进一步地，数据管理单元可以在线查阅、下载、更新标准管柱尺寸数据，亦可离线下载数据。

实施例2：

参见图1、图6和图7为一种应用在铁钻工的智能化上卸扣辅助及管理系统的具体测量管柱尺寸方法示例图；参见图1，铁钻工作业时，正前方固定识别摄像头6将会对上管柱及下管柱进行采样，采集图像经过图像处理单元进行管柱外形记录、管柱管身尺寸D1-1以及管柱接头尺寸D2-1进行确定,并且将确定尺寸给到远程决策单元；参见图6，为常见旋扣钳运动示意图旋扣钳静止时，两侧旋扣钳位置固定，且左侧旋扣马达与右侧旋扣马达圆心距离为L,这是可提前根据机械结构可确定的固定值；其次，同侧旋扣马达圆心距离M也是可根据机械结构可确定的值；选用的旋扣马达半径为R，这也是确定可知的；参考图2至图5所示，在实际应用部分实例中，以“H”型单缸型旋扣钳为例，可以认为防爆位移传感器测量出夹紧缸夹紧钻杆时移动位移为L’，此时两侧旋扣马达中心距离N＝L-L'；那么根据已知量，可以有如下等式：(R+D1+R)²＝M²+N²＝M²+(L-L')²

在实际应用部分实例中，以双缸型旋扣钳为例，参考图2至图5所示，两侧位移传感器分别测量出的左侧夹紧缸位移为L1，右侧夹紧缸位移为L2,则旋扣马达夹紧管柱管身时，两侧旋扣马达中心距离N＝L-L1-L2；那么根据已知量，可以有如下等式：

参见图6和图7为常见夹紧钳运动示意图，实线表示夹紧钳静止示意图，虚线表示夹紧管柱接头时夹紧钳钳牙位置；参考图2至图5所示，以“H”型单缸夹紧钳为例，静止初始位置处，左侧钳牙及右侧钳牙中心处固定且可知的距离为L，作业时，夹紧钳钳牙夹紧管柱接头时如虚线所示位置处，防爆位移测量传感器测得移动位移为L'，那么根据结构特点，显而易见的，此时管柱接头705的直径D2＝L-L'；参考图2至图5所示，若结构为双夹紧扣缸型夹紧钳，那么左右两侧钳牙移动距离分别为L1和L2，那么，显而易见的，此时此时管柱接头705的直径D2＝L-L1-L2。

实施例3：

参见图9和图10所述为具体比对、识别以及管理方法示例图；参见图10为某井场部分管柱尺寸及理论扭矩对应表说明图，本领域从业人员应该了解，常用钻具上扣扭矩一般与管柱管身外径、扣型、钢级等来确定，而管柱接头外径又可作为限定及识别管柱管身外径的参量；同时，井场一般采用统一扣型、钢级的管柱，而这些提前可知及确定的参量又可作为限定上扣扭矩范围划定的识别参量，所以通过数据管理单元，提前录入井场或者标准API或其他标准的管柱基本信息至少包括或多于图10中所示参量及信息；示例性的以钻杆管身外径为2-7/8为例，由于扣型、钢级的不同，其上扣扭矩范围也会不同，根据管柱接头外径的不同可将其区分开来，同时将上扣扭矩范围及最佳上扣扭矩推荐值进行确定；示例性的，以钻杆管身外径为3-1/2为例，采用扣型一致但钢级不同的钻杆时，上扣扭矩范围也会不同，但是管柱接头外径有所不同，根据管柱管身外径和管柱接头外径可以将上扣扭矩范围及最佳上扣扭矩推荐值进行确定；示例性的，以钻铤为例，钻铤钢级统一的前提下，可根据管柱管身外径确定合适的上扣扭矩范围以及最佳上扣扭矩推荐值；示例性的，井场一般会采用同一批扣型及匹配钢级的钻杆，所以根据确定的扣型及钢级，就可根据识别的管身尺寸及接头尺寸直接确定合适的上扣扭矩范围以及最佳上扣扭矩推荐值；示例性的，如果提前确定了采用管柱的扣型及钢级，远程决策单元可以根据管柱尺寸处理单元、图像处理单元处理结果，将识别确定的管柱管身直径及管柱接头直径与数据管理单元内数据进行比对及确定；进一步地确定的扭矩值通过远程决策单元进行自动控制，如果未确定采用管柱的扣型及钢级，系统也会通过管柱管身直径、管柱接头直径或者其他已知参量进行最佳匹配；参见图9为辅助铁钻工进行智能化上扣及卸扣作业的流程图；示例性的，井场开始作业时，需要接钻杆或者卸钻杆时，铁钻工启动作业，位移传感器1测量夹紧钳夹紧缸夹紧管柱的位移L1,管柱尺寸识别单元根据对应关系确定管柱接头直径D1；同样，位移传感器测量旋扣钳夹紧缸夹紧管柱3管身时伸出位移L2，管柱尺寸识别单元根据对应关系确定管柱管柱管身直径D2，识别摄像头6通过间隔采样对上下管柱进行图像采集，通过图像识别模块确定管柱接头尺寸D1_1以及管柱管身尺寸D2_1，将分别确定的管柱接头尺寸及管身尺寸数据给到远端决策模块，将图像处理单元确定的管柱接头尺寸D1_1以及管柱管身尺寸D2_1与确定管柱接头直径D1、管柱管身直径D2进行比对分析；如果管柱识别尺寸比对结果超出允许误差范围，则重新进行图像采集进行尺寸确认；如果管柱识别尺寸比对结果在允许误差范围(±5mm范围内)，则确定最接近标准管柱管身直径及管柱接头直径；将确定的管柱管身直径及管柱接头直径与数据库内录入的井场实际采用管柱基本信息(参见图10)进行比对，确定上扣扭矩范围及最佳上扣扭矩通过主控模块根据确定的上扣扭矩进行自主控制，判断是否达到最佳上扣扭矩或上扣扭矩范围内，如果达到，则进行下一次上扣事件，如果未达到，则系统会进行自修复操作，进行重新上扣操作，若仍达不到则进行报警处理，可通过现场声光警报或远程信息进行提醒作业人员进行检修，同时系统会将异常事件进行图像及视频进行记录；在正常运行下，还可通过图像识别出的钻杆类型或铁钻工作业特征进行钻井作业阶段记录，对不能自修复的情况下进行铁钻工强制停止，保证作业安全；同理，铁钻工进行卸扣时基本过程同上扣一致，只是会根据管柱识别结果，确定出合适上扣扭矩外，通常会以大于5％上扣扭矩峰值基础上进行卸扣控制；其他与上扣过程基本一致，不再进行赘述；采用本产品提供的铁钻工用的智能化上卸扣设备的辅助系统，最终实现选择最优上扣及卸扣方案，对现有铁钻工可实现不需改造就可实现智能化、无人化上卸扣操作以及减少人为操作失误率，减少非生产时间，并通过上位机实现现场数据离线下载、实时观看铁钻工作业，亦可远程进行数据库更新，根据井场实际选用管柱尺寸-扭矩标准进行数据更新，同时可通过铁钻工接的管柱尺寸大小、管柱类型等进行后台记录，针对井场作业阶段，可以实现对井场钻井阶段进行信息记录，可通过预警单元进行协作，完成异常事件报警、记录，针对异常事件做到能溯源，通过异常事件视频记录及回放做好有记录、能复现，可追踪功能，填补了目前无数据与实际情况对应的不足。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种铁钻工用的智能化上卸扣设备辅助系统，包括旋扣钳总成、冲扣钳总成和夹紧钳总成以及进给系统，其特征在于，还包括自主识别控制系统，所述旋扣钳总成和夹紧钳总成上分别设置有位移检测机构，所述进给系统控制所述旋扣钳总成和夹紧钳总成做机械运动并对管柱进行夹紧，位移检测机构检测旋扣钳总成和夹紧钳总成上的机械位移变化，并将检测到的数据传输至所述自主识别控制系统处理，并将处理完成后的数据传输至所述进给系统进行管柱上卸扣。

2.根据权利要求1所述的一种铁钻工用的智能化上卸扣设备辅助系统，其特征在于：所述旋扣钳总成和夹紧钳总成分别包括H型单缸旋扣钳、双缸旋扣钳、H型单缸夹紧钳和双缸夹紧钳，所述H型单缸旋扣钳、双缸旋扣钳、H型单缸夹紧钳和双缸夹紧钳均包括夹紧缸和侧钳组成，所述位移检测机构安装在所述夹紧缸上。

3.根据权利要求1所述的一种铁钻工用的智能化上卸扣设备辅助系统，其特征在于：所述位移检测机构包括位移传感器，所述位移传感器采用防爆型磁致伸缩位移传感器，所述防爆型磁致伸缩位移传感器与所述自主识别控制系统连接。

4.根据权利要求1所述的一种铁钻工用的智能化上卸扣设备辅助系统，其特征在于：所述自主识别控制系统包括管柱尺寸处理单元、远程决策单元、图像处理单元、预警单元、数据管理单元和显示单元，所述位移检测机构与所述管柱尺寸处理单元连接，所述进给系统、管柱尺寸处理单元、预警单元、数据管理单元、显示单元和图像处理单元分别与所述远程决策单元连接。

5.根据权利要求4所述的一种铁钻工用的智能化上卸扣设备辅助系统，其特征在于：所述自主识别控制系统还包括设置在管柱正对面的识别摄像头，所述识别摄像头与所述显示单元和图像处理单元电连接。

6.根据权利要求1所述的一种铁钻工用的智能化上卸扣设备辅助系统，其特征在于：所述自主识别控制系统基于上位机实现，并通过软件实现远端数据库更新、下载、作业监测、异常事件预警及提醒。

7.根据权利要求1所述的一种铁钻工用的智能化上卸扣设备辅助系统，其特征在于：所述自主识别控制系统内部输入有完成管柱尺寸、钢级及扣型信息录入和更新、管柱尺寸信息的处理、管柱信息筛选比对以及管柱上扣及卸扣自决策。

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