CN204532327U - 一种监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统，包括：设置于顶部驱动钻井装置的液压系统的管路上的流量传感器，用于测量所述顶部驱动钻井装置中液压系统的液压缸内液压油的流量，将所述的流量转化为电信号；一可编程逻辑控制器PLC，用于接收所述的电信号。不需要对顶部驱动钻井装置本体进行任何改造，仅通过在顶部驱动钻井装置的液压系统的管路上安装流量传感器，用来测量顶部驱动钻井装置中液压系统的液压缸内液压油的流量，将流量转换为电信号输出至PLC，后续PLC根据电信号确定出吊环状态，实现了对吊环倾斜状态的实时监测。

Description

一种监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统

技术领域

本实用新型关于石油天然气钻井技术领域，特别是关于顶部驱动钻井装置的监测技术，具体的讲是一种监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统。

背景技术

目前，顶部驱动钻井装置(简称顶驱装置或称顶驱)已逐渐取代了传统的转盘钻井方式，成为集机电液于一体、操作便捷、安全高效的新型石油钻井装备。

顶驱液压系统是顶部驱动钻井装置的重要组成部分，其包括主体重量平衡、上卸扣、背钳夹紧与松开、吊环倾斜与浮动、回转头旋转与锁紧、IBOP打开与关闭、主电机制动与松开等在内的操作功能，均由液压传动控制实现。在接收到电气系统的控制指令时，作为液压系统执行机构的液压缸、液压马达将液体压力能转换为机械能，带动机械结构完成各种动作。

由此可见，顶部驱动钻井装置执行液压动作的过程是集合了机械结构、电气控制、液压系统于一体的复杂过程，对于液压动作执行期间现场设备和人员的安全性问题不容忽视。譬如，当司钻上提游车时，若顶部驱动钻井装置的吊环处于倾斜状态，伸出的吊环有可能撞击二层台或安装在井架上的其它设备，甚至危及人身安全。因此，井场操作规范中规定“上提顶驱时吊环必须处于浮动状态”。又如，当钻进过程下放到接近钻台面时，司钻一般会将顶驱吊环倾斜到最大角度再继续下放游车，以延长每根钻杆的有效进尺，这种情况下，若顶驱吊环仍处于浮动状态而没有伸出，则有可能撞击钻台面。再如，当顶驱吊环处于倾斜状态时，若司钻通过旋转回转头以调整吊卡抓取钻具的角度，则同样存在撞击二层台和伤及人身的安全隐患。

现有技术中解决上述问题的做法主要包括如下几类：

1、从人员管理角度出发，加强司钻的安全意识。譬如，要求司钻在操作设备前注意观察周围环境，以此避免碰撞设备或人员事故的发生。但是，操作者视觉死角、疲劳疏忽等现实问题仍然在所难免。因此，此类方法只能从一定程度上减少类似事故的发生而无法从本质上解决问题。

2、从电气控制角度出发，设置程序连锁。譬如，前倾之后必须回中位才能后倾、不允许吊环倾斜与回转头旋转操作同时进行等。虽然可以起到一定的预防作用，却无法快速响应和应对复杂多变的钻井现场工况，在灵活性和适用性方面不甚理想。

综上所述，避免吊环倾斜损坏设备、碰伤人员及类似问题的现有解决方法，虽然在现场应用中发挥了一定的积极效果，但各自存在着技术缺陷，均不能很好地解决实际问题。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统，不需要对顶部驱动钻井装置本体进行任何改造，仅通过在顶部驱动钻井装置的液压系统的管路上安装流量传感器，用来测量顶部驱动钻井装置中液压系统的液压缸内液压油的流量，将流量转换为电信号传送至PLC，后续PLC或其他设备则可以根据电信号确定出吊环状态，实现了对吊环倾斜状态的实时监测。

本实用新型的目的是，提供了一种监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统，包括设置于顶部驱动钻井装置的液压系统的管路上的流量传感器，用于测量所述顶部驱动钻井装置中液压系统的液压缸内液压油的流量，将所述的流量转化为电信号；一可编程逻辑控制器PLC，用于接收所述的电信号。

优选的，所述的流量传感器测量得到的所述顶部驱动钻井装置中液压系统的液压缸内液压油的流量包括：顶部驱动钻井装置中吊环倾斜的最大角度值、顶部驱动钻井装置中吊环从中位到倾斜的最大角度值时液压系统的液压缸内液压油的累积流量、顶部驱动钻井装置中液压系统的液压缸内液压油的瞬时累积流量。

优选的，所述吊环倾斜的最大角度值包括吊环前倾的最大角度值和/或吊环后倾的最大角度值。

优选的，所述的PLC还用于根据顶部驱动钻井装置中吊环倾斜的最大角度值、顶部驱动钻井装置中吊环从中位到倾斜的最大角度值时液压系统的液压缸内液压油的累积流量、顶部驱动钻井装置中液压系统的液压缸内液压油的瞬时累积流量确定出所述吊环的瞬时倾斜角度。

优选的，所述PLC还用于存储预先设定的吊环的安全状态，当确定出的吊环的瞬时倾斜角度不满足所述的安全状态时，输出报警信息。

优选的，所述的监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统还包括与所述的PLC远程连接的上位监控装置，用于根据吊环的瞬时倾斜角度以及预先存储的所述顶部驱动钻井装置的机械尺寸、油缸的安装位置输出油缸的瞬时状态以及顶部驱动钻井装置的空间位置。

优选的，所述的监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统还包括司钻控制台，用于显示油缸的瞬时状态以及顶部驱动钻井装置的空间位置。

优选的，所述的流量传感器由电磁流量计和电磁流量转换器组成。

本实用新型的有益效果在于，提供了一种监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统，不需要对顶部驱动钻井装置本体进行任何改造，仅通过在顶部驱动钻井装置的液压系统的管路上安装流量传感器，用来测量顶部驱动钻井装置中液压系统的液压缸内液压油的流量，将流量转换为电信号输出至PLC，后续PLC或其他设备则可以根据电信号确定出吊环状态，实现了对吊环倾斜状态的实时监测，上位监控装置结合顶驱机械设计尺寸以及油缸安装位置、吊环倾斜状态的，计算出油缸的实际状态和对应顶驱机械结构的空间位置(如：吊环倾斜油缸状态和吊环倾斜位置等)，将计算结果以可视化的形式发布到司钻控制台，以便于司钻的实时观察。

为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统的实施方式一的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统的实施方式二的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统的实施方式三的结构示意图；

图4为本实用新型提供的具体实施例一中的流量曲线示意图；

图5为本实用新型提供的具体实施例二中的流量曲线示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了克服现有技术中存在的不足，顺应钻井自动化的发展方向，从保护现场设备以及人身安全的角度出发，本实用新型提供一种监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统，不需要对顶驱本体进行任何改造，就可以实现对吊环倾斜状态的实时监测，当检测到司钻操作不符合规范时，给出可视化报警信息，直接提示司钻操作错误，从根源上杜绝错误操作的发生。

图1为本实用新型实施例提供的一种监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统的实施方式一的结构示意图，由图1可知，所述的监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统包括：在顶部驱动钻井装置的液压系统的管路上安装的流量传感器10以及可编程逻辑控制器PLC20：

设置于顶部驱动钻井装置的液压系统的管路上的流量传感器10，用于测量所述顶部驱动钻井装置中液压系统的液压缸内液压油的流量，将所述的流量转化为电信号；

一可编程逻辑控制器PLC20，用于接收所述的电信号。

本实用新型中，在顶部驱动钻井装置的液压系统的管路上安装流量传感器，流量传感器在具体的实施方式中可由电磁流量计和电磁流量转换器组成，用来测量液压缸内液压油的瞬时流量和累积流量。

如上所述，即为本实用新型实施例提供的一种监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统，其不需要对顶部驱动钻井装置本体进行任何改造，仅通过在顶部驱动钻井装置的液压系统的管路上安装流量传感器，用来测量顶部驱动钻井装置中液压系统的液压缸内液压油的流量，将流量转换为电信号输出至PLC，实现了对吊环倾斜状态的实时监测。

顶驱装置是机、电、液一体化的先进石油钻井装备，通过电气系统控制顶驱本体上电磁阀的得电和失电，实现不同的液压油路，各油路对应不同液压缸，通过油压推动液压缸动作，带动顶驱机械结构发生位置变化，进而实现吊环前倾、吊环后倾、吊环浮动等液压动作。

顶部驱动钻井装置倾斜油缸能够实现以下四种液压动作：吊环前倾、吊环后倾、前倾回中位和后倾回中位。其中，吊环中位指倾斜油缸的有杆腔与无杆腔连通时顶驱吊环的位置，即：吊环浮动状态。将吊环前倾可达到的最大角度设为θ₁，流经油腔的液压油累积流量记为F₁；吊环后倾可达到的最大角度设为θ₂，流经油腔的液压油累积流量记为F₂；吊环前倾回中位时的累积流量记为F₁₀，吊环后倾回中位时的累积流量记为F₂₀，则下列结论成立：

当F₁₀≥ηF₁时，即认为吊环从前倾最大角度回到中位；

当F₂₀≥ηF₂时，即认为吊环从后倾最大角度回到中位。

其中，η称为经验系数。

基于此，所述的流量传感器测量得到的所述顶部驱动钻井装置中液压系统的液压缸内液压油的流量包括：顶部驱动钻井装置中吊环倾斜的最大角度值、顶部驱动钻井装置中吊环从中位到倾斜的最大角度值时液压系统的液压缸内液压油的累积流量、顶部驱动钻井装置中液压系统的液压缸内液压油的瞬时累积流量。

本实用新型中，所述吊环倾斜的最大角度值包括吊环前倾的最大角度值和/或吊环后倾的最大角度值。因此，流量传感器测量顶部驱动钻井装置中吊环前倾的最大角度值和/或吊环后倾的最大角度值。

本实用新型中，所述吊环倾斜的最大角度值包括吊环前倾的最大角度值和/或吊环后倾的最大角度值，因此，流量传感器测量顶部驱动钻井装置中吊环从中位到前倾的最大角度值时液压系统的液压缸内液压油的累积流量和/或流量传感器测量顶部驱动钻井装置中吊环从中位到后倾的最大角度值时液压系统的液压缸内液压油的累积流量。

在本实用新型的其他实施方式中，所述的PLC20，还用于根据顶部驱动钻井装置中吊环倾斜的最大角度值、顶部驱动钻井装置中吊环从中位到倾斜的最大角度值时液压系统的液压缸内液压油的累积流量、顶部驱动钻井装置中液压系统的液压缸内液压油的瞬时累积流量确定出所述吊环的瞬时倾斜角度。PLC用于接收司钻控制台操作指令、电磁流量传感器流量数据，计算液压缸动作状态和吊环倾斜位置，实现数据监测和错误操作报警，提示司钻以杜绝错误操作。

在本实用新型的一个实施例中，在钻井现场的实际工况中，需要将顶部驱动钻井装置的吊环前倾或后倾到小于最大角度的某个角度值，分别记为θ_1t和θ_2t，将吊环前倾到θ_1t时液压系统的累积流量记为F_1t、回中位时的累计流量记为F_10t，吊环后倾到θ_2t时液压油的累积流量记为F_2t，回中位时的累积流量记为F_20t，则有如下结论(*)：

当F_10t≥ηF_1t时，即认为吊环从前倾角度θ_1t回到中位；

当F_20t≥ηF_2t时，即认为吊环从后倾角度θ_2t回到中位。

则有下列关系式：

$\frac{{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{it}}}{{\mathrm{\θ}}_i}=\frac{F_{\mathrm{it}}}{F_i}\⇒{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{it}}=\frac{{\mathrm{\θ}}_i}{F_i}{F}_{\mathrm{it}},i=\mathrm{1,2}$

即

${\mathrm{\θ}}_t=\frac{\mathrm{\θ}}{F}{F}_t---\left(1\right)$

该式描述了顶部驱动钻井装置吊环倾斜角度与液压油累积流量之间的数学关系。其中，θ_t为所述吊环的瞬时倾斜角度，F_t为对应液压油的瞬时累积流量对应的电信号即第三电信号，θ为顶驱吊环倾斜的最大角度对应的电信号即第一电信号，F为顶驱装置从中位倾斜到最大角度时液压油的累积流量对应的电信号即第二电信号。有上述公式，及可确定出吊环的瞬时倾斜角度。

在本实用新型的另一个实施例中，考虑到液体惯性等实际因素，液压油流速并非匀速，而是在液压动作执行的初始和结束阶段存在短时抖动斜坡，继而达到平稳流速(或停止流动)。因此，在上述公式的基础上衍生出计算吊环倾斜角度的实用公式：

${\mathrm{\θ}}_t=\mathrm{\Δ}\frac{\mathrm{\θ}}{F}{F}_t---\left(2\right)$

其中，比例常数Δ为抖动修正系数，可根据实际数据计算得到。

通过流量传感器测量顶驱装置吊环前倾(或后倾)时液压缸的累积流量，可根据公式(1)或公式(2)计算出吊环的倾斜角度。

通过流量传感器测量顶驱装置吊环前倾(或后倾)、前倾(或后倾)回中位时液压缸的累积流量，根据结论(*)可判断吊环是否回到中位。

如上所述，即为本实用新型实施例提供的一种监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统，其不需要对顶部驱动钻井装置本体进行任何改造，仅通过在顶部驱动钻井装置的液压系统的管路上安装流量传感器，用来测量顶部驱动钻井装置中液压系统的液压缸内液压油的流量，将流量转换为电信号输出至PLC，PLC根据电信号确定出吊环状态，实现了对吊环倾斜状态的实时监测。

图2为本实用新型实施例提供的一种监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统的实施方式二的结构示意图，由图2可知，在实施方式二中，所述的监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统还包括与所述的PLC远程连接的上位监控装置30；

所述的PLC还用于将确定出的瞬时倾斜角度发送至所述的上位监控装置；

上位监控装置30，用于根据吊环的瞬时倾斜角度以及预先存储的所述顶部驱动钻井装置的机械尺寸、油缸的安装位置确定出油缸的瞬时状态以及顶部驱动钻井装置的空间位置。在该实施例中，上位监控装置预先存储有所述顶部驱动钻井装置的机械尺寸、油缸的安装位置，当接收到PLC发送的吊环的瞬时倾斜角度时，即可结合所述顶部驱动钻井装置的机械尺寸、油缸的安装位置确定出油缸的瞬时状态以及顶部驱动钻井装置的空间位置。

如上所述，即为本实用新型实施例提供的一种监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统的实施方式二，其不需要对顶部驱动钻井装置本体进行任何改造，仅通过在顶部驱动钻井装置的液压系统的管路上安装流量传感器，用来测量顶部驱动钻井装置中液压系统的液压缸内液压油的流量，将流量转换为电信号输出至PLC，PLC根据电信号确定出吊环状态，实现了对吊环倾斜状态的实时监测。上位监控装置结合顶驱机械设计尺寸以及油缸安装位置等，根据液体流量计算出油缸的实际状态和对应顶驱机械结构的空间位置(如：吊环倾斜油缸状态和吊环倾斜位置等)。

图3为本实用新型实施例提供的一种监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统的实施方式三的结构示意图，由图3可知，在实施方式三中，所述的监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统还包括司钻控制台40：

所述的上位监控装置30将确定出的油缸的瞬时状态以及顶部驱动钻井装置的空间位置发送至所述的司钻控制台；

所述的司钻控制台40，用于显示油缸的瞬时状态以及顶部驱动钻井装置的空间位置。在具体的实施例中，司钻控制台用于操作顶驱液压动作，记录和反馈司钻操作指令，为司钻提供可视化界面显示吊环倾斜状态等位置信息。司钻控制台：操作顶驱液压动作，记录和反馈司钻操作指令，为司钻提供可视化界面显示吊环倾斜状态等位置信息；

如上所述，即为本实用新型实施例提供的一种监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统的实施方式三，其不需要对顶部驱动钻井装置本体进行任何改造，仅通过在顶部驱动钻井装置的液压系统的管路上安装流量传感器，用来测量顶部驱动钻井装置中液压系统的液压缸内液压油的流量，将流量转换为电信号输出至PLC，PLC根据电信号确定出吊环状态，实现了对吊环倾斜状态的实时监测。上位监控装置结合顶驱机械设计尺寸以及油缸安装位置等，根据液体流量计算出油缸的实际状态和对应顶驱机械结构的空间位置(如：吊环倾斜油缸状态和吊环倾斜位置等)，将计算结果以可视化的形式发布到司钻控制台等具有人机交互界面，以便于司钻的实时观察，能够与机器司钻配套，实现自动化钻井。

在本实用新型的其他实施方式中，所述的PLC还用于所述PLC还用于存储预先设定的吊环的安全状态，当确定出的吊环的瞬时倾斜角度不满足所述的安全状态时，输出报警信息。

在具体的实施方式中，预先设定的安全状态即吊环的倾斜角度为0，当确定出的吊环的瞬时倾斜角度不为0时，即表明上提时吊环倾斜未回中位、下放快到钻台面时吊环仍处于浮动状态等违章或不安全操作，输出报警信息警示司钻，以杜绝错误操作的发生。

如上所述，即为本实用新型实施例提供的一种监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统，其不需要对顶部驱动钻井装置本体进行任何改造，仅通过在顶部驱动钻井装置的液压系统的管路上安装流量传感器，用来测量顶部驱动钻井装置中液压系统的液压缸内液压油的流量，将流量转换为电信号输出至PLC，PLC根据电信号确定出吊环状态，实现了对吊环倾斜状态的实时监测。结合司钻控制台反馈到顶驱PLC控制器的司钻操作指令，当监测到上提时吊环倾斜未回中位、下放快到钻台面时吊环仍处于浮动状态等违章或不安全操作时直接警示司钻，以杜绝错误操作的发生。

下面结合具体的实施例，详细介绍本实用新型的技术方案。

实施例1

图4为本实用新型具体实施例一中流量的曲线示意图，图5为本实用新型具体实施例二中流量的曲线示意图。

本实用新型提出的一种监测顶驱钻井装置吊环动作状态的系统普遍适用于顶驱钻井装置，只需根据顶驱液压系统的实际设计结构，合理选择流量传感器的测量精度以及在液压系统中的安装位置。

顶驱本体通过与游车相连的大钩悬挂在井架上，并且能够沿着与之平行的垂直导轨上下移动。液压源摆放在靠近井架的地方，通过电缆和管线与顶驱本体及电控房相连。通过在顶驱装置液压系统的管路上安装流量传感器，测量执行液压动作时对应液压缸内流体的累积流量，并转化为电信号馈送到顶驱PLC控制器，根据液压油流量计算出油缸的实际状态和对应顶驱机械结构的空间位置(如：吊环倾斜油缸状态和吊环倾斜位置等)；通过电磁流量传感器、司钻控制台、顶驱PLC控制器之间的通讯连接，实现对顶驱液压缸动作状态和司钻操作的实时监测及安全连锁，当监测到上提时吊环倾斜未回中位、下放快到钻台面时吊环仍处于浮动状态等违章或不安全操作时给出报警提示。

系统主要由以下部分组成：

顶部驱动钻井装置：机、电、液一体化的先进石油钻井装备，通过电气系统控制顶驱本体上电磁阀的得电和失电，实现不同的液压油路，各油路对应不同液压缸，通过油压推动液压缸动作，带动顶驱机械结构发生位置变化，进而实现吊环前倾、吊环后倾、吊环浮动、回转头旋转等液压动作；

流量传感器：由流量计和流量转换器组成，用来测量液压缸内液压油的瞬时流量和累积流量，转换器将流量转换为电信号输出；

司钻控制台：当司钻操作液压动作控制元件时，记录操作指令；

顶驱PLC控制器：接收司钻控制台操作指令、流量传感器流量数据，按照所设计的算法计算液压缸状态、执行安全连锁，实现自动监测、及时报警，提示司钻有效避免错误操作。

实施例2

本实用新型提出的一种监测顶驱钻井装置吊环动作状态的系统，针对现有方法中需要顶驱本体改造、位置传感器精度受顶驱本体振动情况影响等问题，从机械设计、液压系统、电气控制三者有机结合的角度出发，研究基于液压油流量间接判断液压缸动作状态的实用算法，再通过电气控制系统设置安全连锁、控制逻辑并转化为可视化信息发布到司钻控制台等监控平台，实现实时监控和适时报警。

本实用新型的基本原理是：采用流量传感器监测顶驱装置液压系统的液体流量，结合顶驱机械设计和安装尺寸，通过本实用新型的算法计算出顶驱吊环等执行液压动作的机械结构位置状态，间接判断顶驱钻井装置的液压缸动作状态。通过电磁流量传感器、司钻控制台、顶驱PLC控制器之间的通讯连接，PLC控制器接收采集到的流量数据和司钻操作指令，按照设置的算法进行处理，发布到司钻控制台等具有人机交互界面的监控系统，实现可视化实时自动监测，帮助司钻掌握顶驱装置液压动作执行机构的当前位置状态；当监测到顶驱装置吊环倾斜角度过大、倾斜回中位未到位等存在安全隐患的吊环位置状态时，触发安全连锁机制，发出声音报警，以快速直观的方式提示司钻注意顶驱装置液压动作执行机构的当前状态。

本实用新型的工作过程是：实时监测顶驱装置吊环倾斜状态，当检测到上提顶驱吊环未回中位、下放顶驱到接近钻台面位置时吊环未后倾等不安全操作时，监测系统发出声音报警，并在人机交互界面以形象直观的方式提示司钻不安全操作信息，帮助司钻快速响应安全隐患点。

吊环前倾、吊环后倾、上提回中、下放后倾等指示灯表明顶驱吊环的当前状态。设备首次使用前，根据实测情况设置吊环前倾最大设计角度(θ₁)、前倾最大对应的累积流量(F₁)、吊环后倾最大设计角度(θ₂)、后倾最大对应的累积流量(F₂)；根据需要调整经验系数(η)以及抖动修正系数(Δ)。使用过程中，系统将实时监测并显示吊环前倾角度(θ_1t)、后倾角度(θ_2t)及各个电磁流量传感器的流量值。

本实用新型的控制方法如下：

本实用新型通过流量传感器，将执行液压动作时的流量信号转化为电信号馈送到顶驱电气控制系统，结合司钻台馈送的司钻操作指令，通过顶驱PLC控制器内嵌算法逻辑，实时监测顶驱液压缸动作状态、显示到司钻台人机交互界面、给出错误报警提示及可视化错误信息，帮助司钻了解顶驱液压缸动作状态，并在监测到安全隐患时及时提醒司钻注意，达到避免因司钻人为因素误操作而造成设备损坏甚至人员伤亡的目的。

本实用新型的显著特点是：充分发挥顶驱装置机电液一体化的技术优势，采用在顶驱液压系统管路上安装流量传感器的方式，通过测量液压缸动作时液压油的流量并转化为电信号发送到顶驱电气控制系统，根据比较流量变化情况间接判断液压缸动作状态，进而判断吊环倾斜状态、倾斜角度等顶驱机械结构位置，克服了使用行程传感器等直接测量方法时必须对顶驱本体进行改造且测试精度受顶驱振动影响的弊端。因此，相对现有方法，本实用新型方法具有更加良好的实用性和灵活性。此外，通过人机交互界面将顶驱液压动作状态发布到司钻控制台等监控系统，实现可视化实时监测，同时满足与机器司钻集成等自动化智能钻井发展要求。通过程序连锁，及时发现司钻的违章、错误操作并给出报警，提醒司钻注意并杜绝错误操作，从而减少人为因素对钻井作业的影响，提高作业安全性和整体作业效率。

实施例3

本实用新型提出的一种监测顶驱钻井装置吊环动作状态的系统同样适用于配置机器司钻的现代化智能钻机。

综上所述，本实用新型提供了一种监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统，属于石油天然气钻井技术领域。采用流量传感器监测顶驱装置液压系统的液体流量，通过比较流量变化情况间接判断液压缸动作状态，进而判断吊环倾斜状态、倾斜角度等顶驱机械结构位置，实现对吊环等执行液压动作的顶驱本体机械结构的位置状态监测。通过顶驱电气控制系统监测液压缸动作状态及司钻台操作指令，可视化地发布到司钻控制台等人机交互界面，以便于司钻的实时观察；与此同时，当监测到上提时吊环倾斜未回中位、下放快到钻台面时吊环仍处于浮动状态等违章或不安全操作时直接警示司钻，以杜绝错误操作的发生。从而减少人为因素对钻井作业的影响，提高作业安全性和整体作业效率。本实用新型充分发挥顶驱装置机电液一体化的技术优势，克服了使用行程传感器等直接位置测量方法时必须对顶驱本体进行改造且测试精度受顶驱振动影响的弊端，具有更加良好的实用性和灵活性，同时满足与机器司钻集成等自动化智能钻井发展要求。

本领域技术人员还可以了解到本实用新型实施例列出的各种功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本实用新型实施例保护的范围。

本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (4)

1.一种监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统，其特征是，所述监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统包括：

设置于顶部驱动钻井装置的液压系统的管路上的流量传感器，用于测量所述顶部驱动钻井装置中液压系统的液压缸内液压油的流量，将所述的流量转化为电信号；

一可编程逻辑控制器PLC，用于接收所述的电信号。

2.根据权利要求1所述的监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统，其特征是，所述的监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统还包括与所述的PLC远程连接的上位监控装置，用于根据吊环的瞬时倾斜角度以及预先存储的所述顶部驱动钻井装置的机械尺寸、油缸的安装位置输出油缸的瞬时状态以及顶部驱动钻井装置的空间位置。

3.根据权利要求1所述的监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统，其特征是，所述的监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统还包括司钻控制台，用于显示油缸的瞬时状态以及顶部驱动钻井装置的空间位置。

4.根据权利要求1所述的监测顶部驱动钻井装置吊环状态的系统，其特征是，所述的流量传感器由电磁流量计和电磁流量转换器组成。