CN202338230U - 电机自动送钻装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电机自动送钻装置，包括控制单元分别与传感变送单元、变频调速单元、触摸显示单元、报警单元、工控机相连接；变频调速单元还与电源输入单元相连接；变频调速单元通过送钻变频电机与大钩及减速机构连接；送钻变频电机通过测速编码器与变频调速单元反馈连接。本实用新型的装置，具有防止游车上碰下砸、安全联锁保护及故障报警刹车、防止钻机溜钻和卡钻、完成起放井架底座、应急提升及活动钻具等功能；能够使司钻人员彻底地从体力劳动中解放出来，大大减轻了工人的劳动强度，提高了钻井质量和工作效率。

Description

电机自动送钻装置

技术领域

本实用新型属于石油钻井设备技术领域，涉及一种电机自动送钻装置。

背景技术

随着现代科学与技术的飞速发展，石油钻机有了很大进步，特别是自动送钻装置在石油钻机上的应用，为钻机实现自动化、智能化打下了坚实的基础。自动送钻与人工送钻相比有以下几方面的优点：1)自动送钻能把司钻从繁重的劳动中解放出来，减轻了工人的劳动强度。2)自动送钻在钻井过程中，钻压波动较小，送钻较均匀，钻井质量高。3)自动送钻能够防止钻机溜钻和顿钻事故的发生，钻井事故少，钻井安全可靠。4)自动送钻钻井进尺快，效率高，钻头寿命长，显著降低钻井成本。

现有的电机自动送钻装置结构型号杂乱，不易配套，操作复杂，制作成本高，还不适合大量应用和推广。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种电机自动送钻装置，解决了现有技术中存在结构型号杂乱，导致不易配套、操作复杂、制作成本高的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种电机自动送钻装置，包括控制单元，控制单元分别与传感变送单元、变频调速单元、触摸显示单元、报警单元、工控机相连接；变频调速单元还与电源输入单元相连接；变频调速单元通过送钻变频电机与大钩及减速机构连接；送钻变频电机通过测速编码器与变频调速单元反馈连接。

本实用新型的有益效果是，实现自动送钻，该装置具有防止游车上碰下砸、安全联锁保护及故障报警刹车等功能，并能够防止钻机溜钻和卡钻等事故发生；还能完成起放井架底座、应急提升及活动钻具等功能。能够使司钻人员彻底地从精神和体力劳动中解放出来，大大减轻了工人的劳动强度，提高了钻井质量和工作效率。

附图说明

图1是本实用新型电机自动送钻装置的结构示意图；

图2是本实用新型电机自动送钻装置的控制原理示意图。

图中，1.传感变送单元，2.控制单元，3.变频调速单元，4.送钻变频电机，5.大钩及减速机构，6.触摸显示单元，7.电源输入单元，8.报警单元，9.工控机，10.测速编码器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，本实用新型的电机自动送钻装置结构是，包括控制单元2分别与传感变送单元1、变频调速单元3、触摸显示单元6、报警单元8、工控机9(相当于管理单元)相连接；变频调速单元3还与电源输入单元7相连接；变频调速单元3通过送钻变频电机4与大钩及减速机构5连接；送钻变频电机4通过测速编码器10与变频调速单元3反馈连接。

传感变送单元1作用是，感受钻压钻具扭矩立管压力、钻具转速、游车位置，具体包括压力传感器及压力变送器；控制单元2，选用PLC S7-300型号，实现统一协调的控制；触摸显示单元6，设置有手动自动切换、各种参数设置、数据及工作状态显示等功能。

工控机9具有上位的监控功能，同时实现对钻具转速、钻具扭矩、泥浆泵泵压和游车位置进行监控，报警单元8并能实现故障报警；触摸显示单元6实现参数设置与修改、以及紧急刹车等功能。

本实用新型装置设置了测速编码器10构成的局部反馈回路，将反映送钻变频电机4转速的脉冲信号反馈到变频调速单元3的输入端，由于变频调速单元3信号与速度反馈信号极性相反，故此回路为负反馈回路。该速度负反馈回路有助于增加系统稳定性，改善系统非线性，提高变频电机送钻的控制精度。

参照图2，本实用新型的电机自动送钻装置的工作过程是：

在钻井过程中，传感变送单元1将测量得到的钻压变化信号通过压力变送器转换成标准的模拟量信号送至控制单元2的PLC可编程控制器中，与钻压给定值进行比较运算，输出控制量送入变频调速单元3，输出一定的电压和频率信号来控制送钻变频电机4的转速；送钻变频电机4转速的变化，通过传动装置最终控制大钩及减速机构5的下放快慢，完成送钻的恒钻压闭环控制。如果传感变送单元1采样后的钻压信号为异常钻压信号，则由控制单元2按预先设定的一个下放速度，直接输入到变频调速单元3进行恒转速控制，直到钻压测量信号重新达到正常范围值。

本实用新型装置在具体钻井过程中，钻压变化信号通过死绳作用于膜式传感器，输出液压变化信号，液压变化信号通过压力变送器转换成4-20mA标准模拟信号，经过采样后再通过控制单元进行判断，正常范围内的钻压信号采样值与钻压给定值进行比较运算，输出控制量控制变频调速单元，输出一定的电压和频率信号来控制送钻变频电机的转速。送钻电机转速的变化，通过减速机构和绞车滚筒等传动装置最终控制大钩下放的快慢，完成恒钻压闭环送钻控制过程。如果采样后的钻压信号经控制单元判断后为异常钻压信号，则由控制单元按预先设定的一个下放速度，直接输入到变频调速单元进行恒转速送钻控制，直到钻压重新达到正常范围值。

本实用新型的有益效果是，钻机在钻井过程中，钻压变化信号通过死绳固定器作用于压力传感器，输出一定的钻压信号，送到自动送钻控制器中与钻压给定值进行比较并按一定的控制方法进行运算，输出一定的电压及频率信号来控制送钻电机的转速，送钻电机转速的变化，通过减速机构和绞车滚筒等传动装置最终控制大钩下放快慢，来控制钻机的送钻钻压，完成钻机的自动送钻控制过程。该电机自动送钻装置具有以下优点：

1)以SIEMENS高性能的PLC(S7-300)为控制核心，采用先进的控制算法，使装置的快速性、精确性及稳定性都具有很高的水平。2)可实现控制过程的自检、监控、显示、参数设置及修改、数据处理及安全报警等功能，并且具有操作简单，安全可靠等特点。3)具有自动/手动切换功能。当自动送钻控制单元出现故障时，装置可以由自动方式切换到手动方式进行送钻，以免影响施工进度，从而提高了系统的可靠性。4)采用变频调速单元控制电机转速，达到控制大钩升降快慢。这种控制方法可以降低动力消耗，减少设备磨损，提高设备效率。5)具有防止游车上碰下砸及联锁保护的功能。能够自动控制游车减速、软停和紧急故障刹车等功能，有效的防止钻机溜钻和卡钻等事故的发生，并能完成钻机起放井架底座、应急提升及活动钻具等功能。6)能够使司钻人员彻底地从精神和体力劳动中解放出来，减轻了工人的劳动强度。7)采用闭环控制，控制精度高，钻压波动小，送钻较均匀，提高了钻机钻井质量。8)提高了钻进速度，延长了钻头寿命，降低了钻井成本，提高了经济效益。

Claims (2)

1.一种电机自动送钻装置，其特点在于：包括控制单元(2)，控制单元(2)分别与传感变送单元(1)、变频调速单元(3)、触摸显示单元(6)、报警单元(8)、工控机(9)相连接；变频调速单元(3)还与电源输入单元(7)相连接；变频调速单元(3)另外通过送钻变频电机(4)与大钩及减速机构(5)连接；送钻变频电机(4)通过测速编码器(10)与变频调速单元(3)反馈连接。

2.根据权利要求1所述的电机自动送钻装置，其特点在于：所述的传感变送单元(1)，具体包括压力传感器及压力变送器。

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