CN212893641U - 一种用于防止顶驱与二层平台挂碰的智能保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于防止顶驱与二层平台挂碰的智能保护装置，属于石油钻井设备技术领域，该保护装置包括偏移状态检测装置、位置检测装置、报警装置、电磁阀和控制器，控制器与偏移状态检测装置、位置检测装置、报警装置和电磁阀连接，当位置检测装置检测到顶驱吊环靠近二层平台并且偏移状态检测装置检测到顶驱吊环处于倾斜状态时，控制器控制报警装置发出警报并通过电磁阀控制绞车减速或者停止，以解决现有技术中的顶驱钻井设备中顶驱吊环可能会与二层平台发送碰撞，造成设备损坏、高空落物伤人、伤及二层台上的工作人员甚至压垮二层台造成人员伤亡的技术问题。

Description

一种用于防止顶驱与二层平台挂碰的智能保护装置

技术领域

本实用新型属于石油钻井设备技术领域，特别涉及一种用于防止顶驱与二层平台挂碰的智能保护装置。

背景技术

顶驱是一种顶部驱动钻井系统，其可以从井架上部空间直接旋转钻杆，沿专用导轨向下送进，完成钻杆旋转钻进，循环钻井液，接立柱，上卸扣和倒划眼等多种钻井操作。

但是，在现有的配备顶驱的钻机中大多存在以下安全隐患：

在起下钻的过程中，由于操作不当或者监控视线不清的原因，容易导致顶驱吊环上挂、下压二层台的情况，可能造成设备损坏、高空落物伤人、伤及二层台人员甚至压垮二层台造成人员伤亡的风险。

实用新型内容

本实用新型提供一种用于防止顶驱与二层平台挂碰的智能保护装置，以解决因操作不当而导致顶驱吊环与二层平台发生碰撞，致使设备损坏、高空落物伤人、伤及二层台上的工作人员甚至压垮二层台造成人员伤亡的技术问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种用于防止顶驱与二层平台挂碰的智能保护装置，包括顶驱、顶驱吊环、二层平台、井架、天车和绞车，还包括：

偏移状态检测装置，用于检测顶驱吊环处于竖直中位状态还是倾斜伸出状态；

位置检测装置，所述位置检测装置的数量为两组，分别安装于二层平台的上方和下方，用于检测顶驱吊环是否靠近二层平台；

报警装置，用于发出警报并提醒司钻；

电磁阀，与绞车中的刹车系统电连接，用于控制绞车减速或者停止；

控制器，与偏移状态检测装置、位置检测装置、报警装置和电磁阀连接，当顶驱吊环靠近二层平台并且顶驱吊环处于倾斜状态时，控制器控制报警装置发出警报并通过电磁阀控制绞车减速或者停止。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述偏移状态检测装置为光电传感器,所述光电传感器包括第一光电开关和第二光电开关，所述第一光电开关安装于所述顶驱上，所述第二光电开关安装于所述顶驱吊环上。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述偏移状态检测装置为角度传感器，所述角度传感器安装于所述顶驱吊环。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述偏移状态检测装置为压力传感器，所述压力传感器与液压缸连接。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述位置检测装置包括编码器，所述编码器安装于所述绞车上，且所述编码器与所述控制器电连接。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，每组所述位置检测装置均具有近处检测点和远处检测点，所述近处检测点与所述二层平台之间的高度距离小于远处检测点与所述二层平台之间的高度距离，当顶驱吊环到达远处检测点时，控制器控制报警装置发出警报并通过绞车中的刹车系统控制绞车减速，当顶驱吊环到达近处检测点并且顶驱吊环处于倾斜状态时，控制器控制报警装置发出警报并通过绞车中的刹车系统控制绞车停止。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，该用于防止顶驱与二层平台挂碰的智能保护装置还包括上限位检测点和下限位检测点，分别安装于靠近井架的顶部和底部，所述上限位检测点与所述下限位检测点均与所述控制器电连接；当顶驱抵达上限位检测点时，控制器控制绞车中的刹车系统制动，当吊环抵达下限位检测点时，控制器控制绞车中的刹车系统制动。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，该用于防止顶驱与二层平台挂碰的智能保护装置还包括复位按钮，所述复位按钮与所述控制器电连接，所述复位按钮用于解除所述绞车的制动。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述报警装置为声光报警装置。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，还包括显示器，所述显示器与所述控制器连接。

本实用新型相较于现有技术具有以下有益效果：

本实用新型提供的保护装置包括控制器以及分别与控制器连接的偏移状态检测装置、位置检测装置、报警装置和电磁阀，当位置检测装置检测到顶驱吊环靠近二层平台并且偏移状态检测装置检测到顶驱吊环处于倾斜状态时，控制器控制报警装置发出警报，并通过电磁阀控制绞车减速或者停止，从而使得顶驱吊环在碰撞到二层平台之前，司钻变能够收到警报，提前的手动控制顶驱吊环回归中位，以避免顶驱吊环与二层平台发生碰撞的情况发生，提高了顶驱钻井过程的安全性。

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是本实用新型一种用于防止顶驱与二层平台挂碰的智能保护装置的结构示意图；

图2是本实用新型一种用于防止顶驱与二层平台挂碰的智能保护装置中光电传感器的安装示意图；

图3是本实用新型一种用于防止顶驱与二层平台挂碰的智能保护装置中角度传感器的安装示意图；

图4是本实用新型一种用于防止顶驱与二层平台挂碰的智能保护装置中压力传感器的安装示意图；

图5是实施例1的控制原理图；

图6是实施例2的控制原理图；

图7是实施例3的控制原理图。

图中：

1-顶驱；11-顶驱吊环；2-二层平台；3-光电传感器；31-第一光电开关；32-第二光电开关；4-角度传感器；5-压力传感器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

实施例1：

如图1、图2和图5所示：

一种用于防止顶驱与二层平台挂碰的智能保护装置，该智能保护装置中的顶驱钻井装置包括顶驱1、顶驱吊环11、二层平台2、井架、天车、绞车；其中，

顶驱吊环11铰接在顶驱1上，且顶驱吊环11与顶驱1之间设置有双作用活塞油缸，通过该双作用活塞油缸能够实现顶驱吊环11的前倾、中位和后倾三个位置的变化；井架安装在钻台上，二层平台2安装在井架中部，天车安装在井架顶部，绞车安装在钻台上，绞车内的钢丝绳绕过天车与顶驱1的上端连接；

智能保护装置包括：

偏移状态检测装置，用于检测顶驱吊环11处于竖直中位状态还是倾斜伸出状态；

位置检测装置，位置检测装置的数量为两组，两组位置检测装置分别安装于二层平台2的上方和下方，用于检测顶驱吊环11是否靠近二层平台2；

报警装置，用于发出警报并提醒司钻；

电磁阀，与绞车中的刹车系统电连接，用于控制绞车减速或者停止；

控制器，与偏移状态检测装置、位置检测装置、报警装置和电磁阀连接，当顶驱吊环11靠近二层平台2并且顶驱吊环11处于倾斜状态时，控制器控制报警装置发出警报并通过电磁阀控制绞车减速或者停止。

具体的，上述的偏移状态检测装置为光电传感器3，本实施例中，光电传感器3为相互配对的第一光电开关31和第二光电开关32，第一光电开关31安装于顶驱1上，第二光电开关32安装于顶驱吊环11上；

当顶驱吊环11处于竖直中位状态时，第一光电开关31与第二光电开关32位置相对，此时，顶驱1钻进装置能够正常的工作，顶驱吊环11不会与二层平台2发生碰撞；

当顶驱吊环11处于倾斜伸出状态(即顶驱吊环11的前倾或者后倾)时，第一光电开关31与第二光电开关32错开，且当顶驱吊环11移动至两组位置检测装置之间时，第一光电开关31与第二光电开关32便会向控制器发送电信号，通过控制器控制绞车的刹车系统，使绞车减速或者停止，以避免顶驱吊环11与二层平台2碰撞的情况发生。

位置检测装置包括编码器，编码器安装于绞车上，且编码器与控制器电连接；

当绞车上的滚筒旋转一周时，编码器便会输出一个或多个脉冲信号；控制器通过记录编码器的脉冲信号的数量计算出顶驱1在井架中的高度；由于二层平台2固定在井架上，其高度为定值，因此，可以通过在控制器对顶驱吊环11的实时位置与二层平台2的高度进行处理比较，从而判断顶驱吊环11是否靠近二层平台2。

优化的，上述的位置检测装置均具有近处检测点和远处检测点，近处检测点与二层平台2之间的高度距离小于远处检测点与二层平台2之间的高度距离；

当顶驱吊环11到达远处检测点时，无论偏移状态检测装置所检测到顶驱吊环11是处于倾斜状态或者中位状态，控制器均会控制报警装置发出一种警报声，并通过电池阀控制绞车减速；

当顶驱吊环11到达近处检测点，且偏移状态检测装置所检测到顶驱吊环11依然处于倾斜状态时，控制器便会控制报警装置发出另一种不同的警报声，并通过电池阀控制绞车停止转动，从而有效的避免顶驱吊环11与二层平台2发生碰撞的情况发生。

优选的，上述的位置检测装置还包括上限位检测点和下限位检测点，分别安装于靠近井架的顶部和底部；

当顶驱1抵达上限位检测点或者下限位检测点时，控制器均会控制刹车系统工作，使绞车停止转动；此时，需要司钻手动控制绞车反向转动，以使顶驱1反向移动，以避免顶驱1撞向天车或者钻台。

优化的，该用于防止顶驱与二层平台挂碰的智能保护装置还包括复位按钮，该复位按钮与上述的控制器电连接；当顶驱1可能与二层平台2发生碰撞的风险、顶驱1到达上限位点或者是顶驱1达到下限位点的风险排除后，工作人员可以按下复位按钮解除绞车的制动，以使顶驱1能够继续移动。

优选的，报警装置为声光报警装置，包括外置声光报警器和内置声光报警器；

更优选的，内置声光报警器安装于司钻房内，外置声光报警器安装于井架下端靠近钻台。

优化的，该用于防止顶驱与二层平台挂碰的智能保护装置还包括显示器，显示器与控制器连接，显示器可以显示当前顶驱吊环11所在的高度，以便于司钻能够通过该显示器了解顶驱吊环11的实时位置的信息；

且当报警装置发出报警信息时，显示器上也会显示相应的报警信息。

需要说明的是，上述的绞车刹车系统为顶驱钻井设备中自带的刹车系统，可以为现有技术中常用的气控刹车系统或电磁刹车系统；即能够实现绞车的制动即可。

优选的，控制器为PLC控制器。

本实施例中智能保护装置的工作原理为：

在起钻作业时，顶驱1由下向上移动，当顶驱吊环11到达安装于二层平台2下方的远处检测点位置时，控制器控制报警装置发出3-7秒钟的报警声，以提醒司钻注意，同时控制器会通过电池阀来控制绞车刹车系统对绞车进行点刹减速；

此时，司钻便可以检查顶驱吊环11是否处于中位状态，如果顶驱吊环11不处于中位状态时，司钻便可以通过控制器控制液压缸动作，以使顶驱吊环11移动至中位。

在顶驱1减速之后会继续向上移动，且当顶驱1移动至二层平台2下方的近处检测点时，如果司钻没有手动控制顶驱吊环11回到中位状态，即顶驱1依然处于倾斜状态；

此时，第一光电开关31与第二光电开关32错开，第一光电开关31与第二光电开关32便会向控制器发出信号时，控制器会通过电池阀控制绞车制动，以避免顶驱吊环11与二层平台2发生碰撞。

如果顶驱1移动至近处监测点时，吊环处于中位状态，第一光电开关31与第二光电开关32则处于相对状态，顶驱1便可以继续向上移动，并依次通过二层平台2、二层平台2上方的近处检测点、二层平台2上方远处检测点。

该用于防止顶驱与二层平台挂碰的智能保护装置中的顶驱1由上向下移动的方式与上述方式的原理相同，此处便不再重复赘述。

实施例2：

如图1、图3和图6所示：

在本实施例中，偏移状态检测装置为角度传感器4，其余结构均与实施例1中的记载的内容相同，其中的角度传感器4安装于顶驱吊环11上，当顶驱吊环11处于中位时，角度传感器4的偏移角度为0°，角度无变化，控制器收不到反馈信号。

当顶驱吊环11处于前倾或者后倾中任一一种倾斜状态时，角度传感器4的偏移角度大于O°，控制器收到角度传感器4传出顶驱吊环11偏移信号，以提醒司钻注意顶驱1的当前状态，从而有效的避免顶驱吊环11与二层平台2发生碰撞的情况发生。

实施例3：

如图1、图4和图7所示：

在本实施例中，偏移状态检测装置为压力传感器5，压力传感器5与液压缸连接，其余结构与实施例1相同。当顶驱吊环11处于中位状态时，液压缸中的活塞杆也处于中位状态；

而当顶驱吊环11处于前倾状态时，且液压缸的活塞杆处于伸出状态，当顶驱吊环11处于后倾状态时，液压缸的活塞杆则处于缩回状态，液压缸处于中位时的油压与液压缸处于伸出或回缩时的油压不同，压力传感器5能够通过检测到的油压的不同来判断顶驱吊环11的状态。

此外，偏移状态位置检测装置还可以设置为漫反射光电管；该漫反射光电管的数量有两个，两个漫反射光电管分别设置在二层平台2的上方和下方；当上述的顶驱吊环11处于倾斜状态时，该顶驱吊环11便会遮挡该漫反射光电管发出的光束，并产生反射光速反馈给漫反射光电管，此时，漫反射光电管便会向控制器发出电信号，通过控制器控制绞车刹车系统，以避免顶驱吊环11与二层平台2发生碰撞的情况发生。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于防止顶驱与二层平台挂碰的智能保护装置，包括顶驱(1)、顶驱吊环(11)、二层平台(2)、井架、天车和绞车，其特征在于，包括：

偏移状态检测装置，用于检测顶驱吊环(11)处于竖直中位状态还是倾斜伸出状态；

位置检测装置，所述位置检测装置的数量为两组，分别安装于二层平台(2)的上方和下方，用于检测顶驱吊环(11)是否靠近二层平台(2)；

报警装置，用于发出警报并提醒司钻；

电磁阀，与绞车中的刹车系统电连接，用于控制绞车减速或者停止；

控制器，与偏移状态检测装置、位置检测装置、报警装置和电磁阀连接，当顶驱吊环(11)靠近二层平台(2)并且顶驱吊环(11)处于倾斜状态时，控制器控制报警装置发出警报并通过电磁阀控制绞车减速或者停止。

2.根据权利要求1所述用于防止顶驱与二层平台挂碰的智能保护装置，其特征在于，所述偏移状态检测装置为光电传感器(3),所述光电传感器(3)包括第一光电开关(31)和第二光电开关(32)，所述第一光电开关(31)安装于所述顶驱(1)上，所述第二光电开关(32)安装于所述顶驱吊环(11)上。

3.根据权利要求1所述用于防止顶驱与二层平台挂碰的智能保护装置，其特征在于，所述偏移状态检测装置为角度传感器(4)，所述角度传感器(4)安装于所述顶驱吊环(11)。

4.根据权利要求1所述用于防止顶驱与二层平台挂碰的智能保护装置，其特征在于，所述偏移状态检测装置为压力传感器(5)，所述压力传感器(5)与液压缸连接。

5.根据权利要求2-4任一项所述用于防止顶驱与二层平台挂碰的智能保护装置，其特征在于，所述位置检测装置包括编码器，所述编码器安装于所述绞车上，且所述编码器与所述控制器电连接。

6.根据权利要求5所述用于防止顶驱与二层平台挂碰的智能保护装置，其特征在于，每组所述位置检测装置均具有近处检测点和远处检测点，所述近处检测点与所述二层平台(2)之间的高度距离小于远处检测点与所述二层平台(2)之间的高度距离，当顶驱吊环(11)到达远处检测点时，控制器控制报警装置发出警报并通过绞车中的刹车系统控制绞车减速，当顶驱吊环(11)到达近处检测点并且顶驱吊环(11)处于倾斜状态时，控制器控制报警装置发出警报并通过绞车中的刹车系统控制绞车停止。

7.根据权利要求6所述用于防止顶驱与二层平台挂碰的智能保护装置，其特征在于，还包括上限位检测点和下限位检测点，分别安装于靠近井架的顶部和底部，所述上限位检测点与所述下限位检测点均与所述控制器电连接；当顶驱(1)抵达上限位检测点时，控制器控制绞车中的刹车系统制动，当吊环抵达下限位检测点时，控制器控制绞车中的刹车系统制动。

8.根据权利要求7所述用于防止顶驱与二层平台挂碰的智能保护装置，其特征在于，还包括复位按钮，所述复位按钮与所述控制器电连接，所述复位按钮用于解除所述绞车的制动。

9.根据权利要求1所述用于防止顶驱与二层平台挂碰的智能保护装置，其特征在于，所述报警装置为声光报警装置。

10.根据权利要求1所述用于防止顶驱与二层平台挂碰的智能保护装置，其特征在于，还包括显示器，所述显示器与所述控制器连接。

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