CN216841492U - 一种钻井用防碰装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种钻井用防碰装置，包括传感器系统和控制系统，传感器系统包括二层台传感器系统、油缸传感器系统和绞车传感器系统，二层台传感器系统包括分别设置在二层台下方和上方的下传感器和上传感器，监测机械臂从下方或上方靠近；油缸传感器系统包括油缸位移传感器，监测油缸伸出长度；绞车传感器系统包括绞车转数传感器，监测绞车转数获得游车的高度；控制系统包括绞车控制系统和机械臂控制系统，分别进行绞车和机械臂的启动和制动。实现了机械臂状态和位置检测，避开了危险区域运行，有效保护了二层台设备和操作人员的安全。该装置易于制作和推广使用，从设备本质上增强了安全性能，具有广阔的应用前景。

Description

一种钻井用防碰装置

技术领域

本实用新型涉提供一种钻井用防碰装置，涉及及石油、天然气钻井技术领域，主要用于起下钻柱、钻进接立柱以及其它起放游车的作业中。

背景技术

石油钻井顶驱相对于转盘驱动具有很多优势，目前使用顶驱的钻机越来越多，随之而来的发生顶驱机械臂下压二层台或上顶二层台，导致二层台变形或者更严重的事故。分析原因，有的是操作人员操作技能不熟练，有的是操作人员走神等，未能完全按照操作规程进行起放顶驱作业。

目前针对天车防碰有3种方式，现场应用效果良好，对二层台防碰可用的装置较少，效果不佳，希望研究一种装置改变这种情况。

实用新型内容

本实用新型意在提供一种钻井用防碰装置，提高设备本质全，避免人为操作失误导致刮碰二层台事件发生，避免设备损坏或人员伤害。

本实用新型为了实现上述技术目的采用如下的技术方案。

一种钻井用防碰装置，钻井装置包括滚筒，游车大绳，天车滑轮，顶驱、机械臂伸缩油缸和机械臂，滚筒上的游车大绳经过天车滑轮和顶驱连接，滚筒转动通过游车大绳带动顶驱上行或者下行，机械臂设置在顶驱上，并通过机械臂伸缩油缸带动其伸缩，其中，所述钻井用防碰装置，包括传感器系统和控制系统，

所述传感器系统包括二层台传感器系统、油缸传感器系统和绞车传感器系统，所述二层台传感器系统包括分别设置在二层台下方和上方的下传感器和上传感器，监测机械臂从下方或上方靠近；

油缸传感器系统包括油缸位移传感器，监测油缸伸出长度；

绞车传感器系统包括绞车转数传感器，监测绞车转数获得游车的高度；

所述控制系统包括绞车控制系统和机械臂控制系统，分别进行绞车和机械臂的启动和制动。

进一步的，本实用新型的一种钻井用防碰装置，所述绞车控制系统包括绞车控制台，盘刹控制油管线和盘刹片。

进一步的，本实用新型的一种钻井用防碰装置，所述机械臂控制系统包括顶驱控制面板，顶驱，机械臂伸缩油缸和机械臂。

进一步的，本实用新型的一种钻井用防碰装置，本申请的钻井用防碰装置，还包括中央处理器，分别和传感器系统，及控制系统通信连接。

进一步的，本实用新型的一种钻井用防碰装置，本申请的钻井用防碰装置，还包括通讯系统，所述通讯系统包括二层台通信电缆绞车控制电缆、油缸传感器通信线、绞车传感器通讯线、中央处理器与顶驱控制面板通信线、顶驱通信电缆，

其中二层台通讯电缆用以连接中央处理器和二层台传感器系统的上传感器和下传感器；绞车控制电缆用以连接绞车传感器和绞车控制器；油缸传感器通信线用以连接油缸传感器与中央处理器；绞车传感器通讯线，用以连接中央处理器和绞车传感器；中央处理器与顶驱面板通信线用以连接中央处理器与顶驱控制面板；顶驱通信电缆用于连接顶驱与顶驱控制面板，实现顶驱运行控制和状态检测。

进一步的，本实用新型的一种钻井用防碰装置，顶驱控制器包括顶驱悬浮按键，其上并联设置逻辑控制电开关，用以进行悬浮控制。

进一步的，本实用新型的一种钻井用防碰装置，绞车制动控制器包括司钻控制台，其上的紧急制动按钮的控制气路中设置一个电控气开关，用以进行气控油驱动盘刹制动。

本实用新型采用上述方案，取得了如下的技术效果。

本实用新型的一种钻井用防碰装置，可以提高设备本质全，避免人为操作失误导致刮碰二层台事件发生，避免设备损坏或人员伤害。

该装置易于制作和推广使用，从设备本质上增强了安全性能，具有广阔的应用前景。

本实用新型的一种钻井用防碰装置，通过油缸传感器监测机械臂的伸出范围，允许伸出一定距离，只要不二层台垂直交叉即可，可以实现精准控制。

本申请中，油缸位移传感器全过程有效，上下传感器只能近距离检测，是增加的一种保护措施，确保碰不到二层台，相当于双保险。

本实用新型的一种钻井用防碰装置，当有机械臂从上下方接近时，中央处理器接收信号指挥控制器刹车制动；中央处理系统接收绞车传感器信号，确定游车高度，接近二层台前，可以自动让顶驱机械臂悬浮；顶驱机械臂液缸位置传感器识别机械臂伸出长度，在安全范围内，顶驱可以任意通过二层台，在危险区域时(机械臂伸入二层台正上方或者正下方)，到达二层台高度前制动或者先悬浮再通过。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本实用新型的一种钻井用防碰装置的结构示意图；

图2是本实用新型的一种钻井用防碰装置的细节图。

图中包括，1下传感器、2上传感器、3二层台通讯电缆、4中央处理器、5绞车控制电缆、6绞车控制台、7紧急制动按钮、8盘刹控制油管线、9盘刹片、10游车大绳、11滚筒、 12天车滑轮、13顶驱、14机械臂伸缩油缸、15油缸上油口、16油缸下油口、17油缸位移传感器、18油缸传感器通信线、19绞车转数传感器、20绞车传感器通讯线、21中央处理器与顶驱控制面板通信线、22顶驱控制面板、23顶驱通信电缆、24顶驱吊环(机械臂)、下悬浮点25，下制动点26，上制动点27，上悬浮点28。

应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参见图1和图2，本实用新型提供一种钻井用防碰装置，钻井装置包括滚筒11，游车大绳10，天车滑轮12，顶驱13、机械臂伸缩油缸14和机械臂24，滚筒11上的游车大绳10经过天车滑轮12和顶驱13连接，滚筒11转动通过游车大绳10带动顶驱13上行或者下行。机械臂24设置在顶驱13上，并通过机械臂伸缩油缸14带动其伸缩。

本申请的钻井用防碰装置，包括传感器系统和控制系统，所述传感器系统包括二层台传感器系统、油缸传感器系统和绞车传感器系统。

所述二层台传感器系统包括分别设置在二层台下方和上方的下传感器1和上传感器2，用以监测是否有机械臂24从下方或上方靠近。

油缸传感器系统包括油缸位移传感器17，所述的油缸位移传感器17用以监测油缸伸出长度，从而可以识别机械臂24的长度是否能够达到二层台下面。

绞车传感器系统包括绞车转数传感器19，用以监测绞车转数，可以结合绞车滚筒直径计算游车的高度。

所述控制系统包括绞车控制系统和机械臂控制系统，绞车控制系统由绞车控制台6，盘刹控制油管线8，盘刹片9组成，用以进行绞车的启动和制动。

机械臂控制系统由顶驱控制面板22，顶驱通信电缆23，顶驱13，机械臂伸缩油缸14和机械臂24组成，用以进行机械臂24的启动和制动。

本申请的钻井用防碰装置，还包括中央处理器4，分别和传感器系统，及控制系统通信连接，接收传感器系统的信号，具体的，中央处理器4将传感器系统传回的电压信号转换成逻辑数字，判断机械臂伸出长度、机械臂高度，并发出信号控制机械臂悬浮和紧急制动。

本申请的钻井用防碰装置，还包括通讯系统，通讯系统包括二层台通信电缆3，绞车控制电缆5、油缸传感器通信线18、绞车传感器通讯线20、中央处理器与顶驱控制面板通信线 21、顶驱通信电缆23。

其中二层台通讯电缆3用以连接中央处理器4和二层台传感器系统的上传感器2和下传感器1；绞车控制电缆5用以连接绞车传感器19和绞车控制器；油缸传感器通信线18用以连接油缸传感器17与中央处理器4；绞车传感器通讯线20，用以连接中央处理器4和绞车传感器19；中央处理器与顶驱控制面板通信线21用以连接中央处理器4与顶驱控制面板22；顶驱通信电缆23用于连接顶驱13与顶驱控制面板22，实现顶驱运行控制和状态检测。

本领域技术人员可知的，虽然控制器系统包括控制器，但是，其使用的绞车控制器、绞车控制台、顶驱控制面板控制器、中央处理器等均为现有技术，不涉及对方法的改进。

具体的，中央处理器4与顶驱控制面板22连接，用以进行实现机械臂悬浮；中央处理器 4与绞车盘刹片9紧急制动连接，实现制动。

顶驱控制器在顶驱手动悬浮按键上并联一个逻辑控制电开关，当需要悬浮时，控制器发逻辑指令实现悬浮功能。

绞车制动控制器在司钻控制台上，手动紧急制动按钮7所控制的气路中增加一个电控气开关，实现自动控制盘刹。

本申请的钻井用防碰装置，使用时，在起空游车过程中，机械臂24可能伸出或者收回，滚筒11通过游车大绳10带动顶驱13上行，机械臂24也随之向上移动。通过油缸位移传感器17识别机械臂24伸出长度是否到达二层台下面(正上下方精准检测)，如果不在二层台下面则顶驱13可以自由上行(事实上，轻微伸出状态也可以顺利通过，现实情况顶驱吊壁不全是在完全垂直状态)，如果在二层台下面接近下传感器1，中央处理器4识别到机械臂24在上行，绞车转数传感器19监测到顶驱13上行到下悬浮点25时，油缸位移传感器17监测机械臂24是否悬浮，如机械臂24没有悬浮(油缸位移传感器17根据检测到的长度，越短伸出越远，越长越接近于悬浮状态)，则发出悬浮指令，绞车转数传感器19监测到机械臂24上行到下制动点26时，下传感器1和油缸位移传感器17都能识别机械臂24是否在防碰范围内，如果超过防撞范围，中央处理器4通过绞车控制台6、盘刹控制油管线8、盘刹片9控制滚筒 11制动刹车，从而机械臂24静止，实现有效防碰功能。

进一步的技术效果是，在下钻过程中起空游车时，指定高度精确停车，二层台人员方便扣接立柱。

本申请的钻井用防碰装置，使用时，在下放空游车过程中，机械臂24可能伸出或者收回，顶驱13在自身或者与同钻具重力作用下下行，机械臂24也随之向下移动。通过油缸位移传感器17识别机械臂24伸出长度是否到达二层台上方，没有垂直交叉可以自由下行，绞车转数传感器19监测到机械臂24下行到上悬浮点28时，油缸位移传感器17监测机械臂24是否悬浮，否则发出自动悬浮指令，绞车转数传感器19系统监测到机械臂24下行至上制动点27 时，油缸位移传感器17监测机械臂24是否依然处于伸出状态(或者，上传感器2检测到机械臂24到达上制动点)，如是则发出制动指令，中央处理器4通过绞车控制台6、盘刹控制油管线8、盘刹片9让滚筒11制动，从而机械臂24静止，实现了下行过程中的防碰功能。

其中，上下悬浮点和上下制动点人为设置，每套设置安装后调效一次即可固定。

本申请中，油缸位移传感器全过程有效，上下传感器只能近距离检测，是增加的一种保护措施，确保碰不到二层台，相当于双保险。

进一步的技术效果是，下钻过程中井口定高停车，井口操作人员定高安装卡瓦，使用液压大钳或者铁钻杆紧扣不用上下调整高度。

进一步的技术效果是，本申请的钻井用防碰装置，具备了自动悬浮的功能，能够代为司钻操作；还具有机械臂伸出状态检测能够确保悬浮到位，增添了一道保障。

进一步的技术效果是，起下钻速度检测和限制功能，起钻、下钻速度过快，给予警告和制动处理。

进一步的技术效果是，防碰天车功能，上行最高许可点，给予制动处理。

进一步的技术效果是，在下钻和钻进过程中使用，防遛钻功能，在机械臂下端接近钻台面5m内，检测到连续有加速度，给予制动处理。

本实用新型提供的技术方案，不受上述实施例的限制，凡是利用本实用新型的结构和方式，经过变换和代换所形成的技术方案，都在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种钻井用防碰装置，钻井装置包括滚筒，游车大绳，天车滑轮，顶驱、机械臂伸缩油缸和机械臂，滚筒上的游车大绳经过天车滑轮和顶驱连接，滚筒转动通过游车大绳带动顶驱上行或者下行，机械臂设置在顶驱上，并通过机械臂伸缩油缸带动其伸缩，其特征在于：所述钻井用防碰装置，包括传感器系统和控制系统，

所述传感器系统包括二层台传感器系统、油缸传感器系统和绞车传感器系统，所述二层台传感器系统包括分别设置在二层台下方和上方的下传感器和上传感器，监测机械臂从下方或上方靠近；

油缸传感器系统包括油缸位移传感器，监测油缸伸出长度；

绞车传感器系统包括绞车转数传感器，监测绞车转数获得游车的高度；

所述控制系统包括绞车控制系统和机械臂控制系统，分别进行绞车和机械臂的启动和制动。

2.根据权利要求1所述的一种钻井用防碰装置，其特征在于：所述绞车控制系统包括绞车控制台，盘刹控制油管线和盘刹片。

3.根据权利要求2所述的一种钻井用防碰装置，其特征在于：所述机械臂控制系统包括顶驱控制面板，顶驱，机械臂伸缩油缸和机械臂。

4.根据权利要求3所述的一种钻井用防碰装置，其特征在于：本申请的钻井用防碰装置，还包括中央处理器，分别和传感器系统，及控制系统通信连接。

5.根据权利要求4所述的一种钻井用防碰装置，其特征在于：本申请的钻井用防碰装置，还包括通讯系统，所述通讯系统包括二层台通信电缆绞车控制电缆、油缸传感器通信线、绞车传感器通讯线、中央处理器与顶驱控制面板通信线、顶驱通信电缆，

其中二层台通讯电缆用以连接中央处理器和二层台传感器系统的上传感器和下传感器；绞车控制电缆用以连接绞车传感器和绞车控制器；油缸传感器通信线用以连接油缸传感器与中央处理器；绞车传感器通讯线，用以连接中央处理器和绞车传感器；中央处理器与顶驱面板通信线用以连接中央处理器与顶驱控制面板；顶驱通信电缆用于连接顶驱与顶驱控制面板。

6.根据权利要求1至5任一所述的一种钻井用防碰装置，其特征在于：顶驱控制器包括顶驱悬浮按键，其上并联设置逻辑控制电开关，用以进行悬浮控制。

7.根据权利要求1至5任一所述的一种钻井用防碰装置，其特征在于：绞车制动控制器包括司钻控制台，其上的紧急制动按钮的控制气路中设置一个电控气开关，用以进行气控油驱动盘刹制动。

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