CN204754903U - 预防钻具上顶及卡钻控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的预防钻具上顶及卡钻控制装置涉及一种钻井安全工具，是由主控制箱、压力传感器、悬重传感器和多个继电器构成，主控制箱内安装有PLC控制器、信号处理模块和电源模块、外部设有控制面板；压力传感器安装于钻井液循环系统管路上；悬重传感器安装于悬重表液压管线处；刹车继电器分别电路联接钻井泵、转盘；安全阀继电器电路联接安全阀；报警继电器电路联接声光报警器。本实用新型能够实时的监测钻井泵的工作压力，同时采集悬重数据值与标准悬重值进行比较，一旦压力超出设定范围或悬重的比较值超过设定值，控制继电器动作使本装置发出预警信号，必要时自动停止转盘、钻井泵并声光报警，从而使钻井泵压力和悬重数据值在控制的范围内。

Description

预防钻具上顶及卡钻控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种钻井安全工具，尤其涉及到一种预防钻具上顶及卡钻控制装置。

背景技术

目前的钻井液循环系统主要分为预防钻具上顶和循环安全控制两大子系统。钻井泵自带机械泄压装置，配有盘式压力表显示系统压力值，一旦压力过大，循环系统蹩压，水泥浆将会喷发出来以达到泄压目的，这种泄压方式存在灵敏度不够，反应慢泄压不及时等很多问题，给钻井现场带来很多安全隐患，甚至造成工程事故。

发明内容

本实用新型的目的就是为了克服上述问题，提供了一种预防钻具上顶及卡钻控制装置。

本实用新型的预防钻具上顶及卡钻控制装置，是由主控制箱、压力传感器、悬重传感器和多个继电器构成，主控制箱内安装有PLC控制器、信号处理模块和电源模块、外部设有控制面板；PLC控制器分别与信号处理模块、电源模块、控制面板、刹车继电器、安全阀继电器和报警继电器电路联接；信号处理模块分别与压力传感器、悬重传感器电路联接；压力传感器安装于钻井液循环系统管路上；悬重传感器安装于悬重表液压管线处；刹车继电器分别电路联接钻井泵、转盘；安全阀继电器电路联接安全阀；报警继电器电路联接声光报警器。

作为本实用新型的进一步改进，PLC控制器电路联接有复位开关。

作为本实用新型的进一步改进，安全阀设于钻井液循环系统管路的回流管路上。

作为本实用新型的进一步改进，刹车继电器与钻井泵的旋转电机电路联接。

作为本实用新型的进一步改进，刹车继电器与钻井泵的耦合器与电路联接。

作为本实用新型的进一步改进，PLC控制器为西门子S7系列可编程控制器。

本实用新型的预防钻具上顶及卡钻控制装置，能够实时的监测钻井泵的工作压力，同时采集悬重数据值与标准悬重值进行比较，并作出及时响应，一旦压力超出设定范围或悬重的比较值超过设定值，控制继电器动作使本装置发出预警信号，必要时自动停止转盘、钻井泵并声光报警，从而使钻井泵压力和悬重数据值在控制的范围内，保护设备及人员的安全。该系统能够满足以下要求：

1)能够有效预防钻具上顶、钻井液循环系统蹩压事故的发生；

2)能够建立数学模型，并能按照建立的模型进行工作；

3)该系统的所有参数及数据均可保存，并提供修改权限；

4)系统运行稳定，操作方便，抗干扰能力强；

5)提供多通道继电器结点输出，使得与其它设备实现连锁更加简单、安全。

附图说明

图1为本实用新型的预防钻具上顶及卡钻控制装置的结构图；

图2~图3为本实用新型的预防钻具上顶及卡钻控制装置的工作流程图；

图4为本实用新型的预防钻具上顶及卡钻控制装置的模块图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的预防钻具上顶及卡钻控制装置，作进一步说明：

本实用新型的预防钻具上顶及卡钻控制装置，是由主控制箱1、压力传感器2、悬重传感器8和多个继电器构成，这些继电器包括刹车继电器7、安全阀继电器9和报警继电器11等。

主控制箱1可以安装于司钻房内，在主控制箱1内安装了PLC控制器3、信号处理模块4和电源模块5，刹车继电器7、安全阀继电器9和报警继电器11也可都设于主控制箱1内，在主控制箱1的外部设有控制面板6，PLC控制器3分别与信号处理模块4、电源模块5和控制面板6、刹车继电器7、安全阀继电器9和报警继电器11电路联接。

上述刹车继电器7电路联接钻井泵旋转的旋转电机或钻井泵的耦合器，该刹车继电器7通过控制钻井泵的旋转电机或钻井泵的耦合器来控制钻井泵的工作状态；安全阀继电器9电路联接设于钻井液循环系统管路的回流管路上的安全阀10；报警继电器11电路联接声光报警器12。

信号处理模块4分别与压力传感器2、悬重传感器8电路联接，压力传感器2安装于钻井液循环系统管路上，在现场钻井液循环系统管路上一般有两块压力表，选择其中一块压力表处安装压力传感器2，此压力传感器2测量钻井液循环系统内压力并转换成电信号。

悬重可以通过两种方式来测量：一是测量死绳拉力，二是测量死绳的张力。其中测量死绳的拉力是一种更为可靠的方法，它能提供更高的精确度。目前几乎所有的钻机都有一个死绳固定器，因此测量死绳的拉力的方法在大多数情况下都是可行的。测量张力的方法仅用于为数不多的没有安装死绳固定器的钻机。大绳的固定端通常称为死端，它连接到死绳固定器上，承受大绳的拉力。大绳在固定器的鼓轮上缠绕几圈，由于大绳拉力的作用，使鼓轮发生转动，鼓轮与杠杆臂成为一体，鼓轮只能转动很小的角度，杠杆臂移动很小的范围，杠杆臂通过接插栓钉与负载液压池相连，负载液压池内充满液压油，连接到固定器上。鼓轮的传动带动杠杆臂移动，杠杆臂拉动负载液压池，负载液压池内产生压力，该压力通过液体传送到司钻控制台，驱动悬重表，所以悬重传感器8有两种安装方式，第一种是在司钻控制台处和悬重表一样接入液压管线，第二种就是在死绳固定器处接入液压管线，悬重传感器8能够检测到压力并转换成电信号。

此外本装置还设有与PLC控制器3电路联接的复位开关13和标准悬重采集按钮，复位开关13用于工作人员手动复位，标准悬重采集按钮用于采集当前标准悬重并记录。

PLC控制器3采用西门子S7系列可编程控制器，具有高可靠性。

本实用新型的预防钻具上顶及卡钻控制装置，其具体使用方法如下：

如图2所示，装置开始运行后，通过PLC控制器3将压力传感器2采集的数据进行处理，计算出钻井泵的压力，若实时压力值小于15MPa，则每3s比较一下压力差值，如果压力差值<3MPa，则系统为正常工作状态；压力差值≥3MPa，刹车继电器7控制钻井泵和转盘同时停车，工作人员对现场确认后，使用复位开关13进行手动复位，装置重启。若一开始测得实时压力值≥15MPa，则延时3s后，刹车继电器7控制钻井泵和转盘同时停车，工作人员对现场确认后，手动复位，装置重启后工作。

为防止钻井泵和转盘在压力降低后自动启动，形成次生安全事故，故本装置不提供自动复位功能，需要工作人员对现场工况确认无误后方能手动复位，重新按照相应的操作规程进行开启设备。所有数据包括比对数据（3MPa）、延时时间、采样频率等均可修改。

当工作人员接完钻具，待系统悬重和压力稳定后的悬重即为标准悬重，但是这个标准悬重的值仅是接这个单根期间的基准，工作人员每接一次单根，按动一次标准悬重采集按钮，得到新的标准悬重，则在接每一个单根期间，工作流程如下：

如图3所示，通过PLC控制器3将悬重传感器8采集的数据进行处理，如果实时采集的悬重数据大于上次存储的标准悬重数据，对两者做差对比，结果>2T、≤10T，重新采集数据；结果>10T，遇卡预警提示，报警继电器11控制声光报警器12报警；结果>0、≤2T，将此次采集的悬重数据储存为标准悬重数据，同时计数器记录1次；如果实时采集的悬重数据小于标准悬重数据，则用标准悬重数据与实时采集的悬重数据做差对比，结果<12T，系统复位；结果≥12T，<15T，且压力传感器2测得压力≥1Mpa，钻具上顶预警提示，报警继电器11控制声光报警器12报警；比对结果≥15T，且压力传感器2测得压力≥1Mpa，延时5s，刹车继电器7控制钻井泵和转盘同时停车。停车后，需要工作人员确认现场情况后，手动复位该系统，所有数据包括比对数据、延时时间等均可修改。

Claims (6)

1.预防钻具上顶及卡钻控制装置，是由主控制箱（1）、压力传感器（2）、悬重传感器（8）和多个继电器构成，其特征在于主控制箱（1）内安装有PLC控制器（3）、信号处理模块（4）和电源模块（5）、外部设有控制面板（6）；PLC控制器（3）分别与信号处理模块（4）、电源模块（5）、控制面板（6）、刹车继电器（7）、安全阀继电器（9）和报警继电器（11）电路联接；信号处理模块（4）分别与压力传感器（2）、悬重传感器（8）电路联接；压力传感器（2）安装于钻井液循环系统管路上；悬重传感器（8）安装于悬重表液压管线处；刹车继电器（7）分别电路联接钻井泵（14）、转盘（15）；安全阀继电器（9）电路联接安全阀（10）；报警继电器（11）电路联接声光报警器（12）。

2.根据权利要求1所述的预防钻具上顶及卡钻控制装置，其特征在于PLC控制器（3）电路联接有复位开关（13）。

3.根据权利要求1所述的预防钻具上顶及卡钻控制装置，其特征在于安全阀（10）设于钻井液循环系统管路的回流管路上。

4.根据权利要求1所述的预防钻具上顶及卡钻控制装置，其特征在于刹车继电器（7）与钻井泵（14）的旋转电机电路联接。

5.根据权利要求1所述的预防钻具上顶及卡钻控制装置，其特征在于刹车继电器（7）与钻井泵（14）的耦合器与电路联接。

6.根据权利要求1所述的预防钻具上顶及卡钻控制装置，其特征在于PLC控制器（3）为西门子S7系列可编程控制器。