CN104675339B - 一种钻机钻杆自动输送系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻机钻杆输送系统，设计顶驱钻井技术领域。包括信息采集模块，自动控制处理模块，自动装卸钻杆装置、自动对接装卸装置；所述自动控制处理模块将信息采集模块采集的信号做处理后，对自动装卸钻杆装置、自动对接装卸装置进行自动控制。本发明结合自动控制系统实现了自动输送钻杆以及自动对接拆卸钻杆，同时也减少了作业人员数量，降低了作业人员的劳动强度，使作业过程更加安全，避免了作业人员的安全隐患，提高了钻进的作业效率，同时减少对不受恶劣气候和环境条件的限制。

Description

一种钻机钻杆自动输送系统

技术领域

本发明涉及顶驱钻井技术领域。

背景技术

随着工业自动化的发展，钻井设备自动化程度的提高，钻杆输送也需要进行系统化的设计和改造，以顺应行业的趋势，为降低作业员的劳动强度，并为作业员创造良好的工作环境，减少每台钻机配备作业员数量，每次装卸管，需要五六人来运输并校准上管，一次需要15~20分钟，且存在安全隐患，根据人工钻杆装卸的工作方式和工作效率，以及在作业过程中作业人员在装卸钻杆时存在着一定的安全隐患。

目前，钻井作业时，需要多名作业人员对钻进设备进行操控，进行下管作业，但是受气候环境的限制，一般在冬季不进行钻井作业，对钻井作业进度造成一定的影响，尤其是在环境恶劣的地域下作业人员无法钻井，为此造成了钻进作业的受环境限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种钻机钻杆自动输送系统，本系统结合自动控制系统实现了自动输送钻杆以及自动对接拆卸钻杆，同时也减少了作业人员数量，降低了作业人员的劳动强度，使作业过程更加安全，避免了作业人员的安全隐患，提高了钻进的作业效率，同时减少对不受恶劣气候和环境条件的限制。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种钻机钻杆自动输送系统，包括信息采集模块，自动控制处理模块，自动装卸钻杆装置、自动对接装卸装置；所述自动控制处理模块将信息采集模块采集的信号做处理后，对自动装卸钻杆装置、自动对接装卸装置进行自动控制。

优选的，所述自动装卸钻杆装置包括车箱，所述车箱上端安装有一个吊装装置，所述车箱内部放置有层垫板，所述吊装装置包括吊装支架、行走机构和磁力挂钩，所述行走机构上安装有步进电机，且通过步进电机可在吊装支架上滑动，所述磁力挂钩安装在行走机构的下方，且与行走机构上的升降机构连接，所述层垫板上设有均匀排列的定位块，且定位块两两之间的间距与钻杆的直径大小相适配，所述定位块位置处还安装有电磁传感器，所述磁力挂钩为强力电磁铁，且整体呈倒U型，所述吊装装置还设置有与吊装支架配合使用的转向机构。

优选的，所述自动对接装卸钻杆装置包括变位滑道、液压气缸、滑道旋转支架、上滑台和下滑台，所述变位滑道中部与液压气缸的顶杆转动连接，所述变位滑道底端与所述滑道旋转支架上端固定连接，所述液压气缸底端与所述上滑台的支架座转动连接，所述滑道旋转支架底端与所述上滑台右端固定连接，所述上滑台与下滑台滑动连接，所述变位滑道通过所述液压气缸可做水平位置和竖直位置变换，所述变位滑道为弧形滑道，所述变位滑道上设有夹紧钻杆的电磁夹紧机构，所述上滑台和所述下滑台之间设有动力传动机构，所述动力传动机构为液压驱动气缸。

优选的，所述自动控制处理模块包括PLC控制模块、传输模块和人机交互界面，所述PLC控制模块通过传输模块接受信号进行处理，并通过人机交互界面显示数据信息，所述PLC控制模块由siemens-S7-200PLC和siemens-S7-30PLC组成。

优选的，所述信息采集模块包括压力传感器、高粘度压力变送器、转速转矩传感器、重力传感器、电磁传感器和扭矩传感器。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明自动控制处理模块将将信息采集模块采集的信号做处理后，对自动装卸装置、自动对接装卸装置进行自动控制。钻杆通过吊装机构从车箱内部卸到自动对接装卸装置的变位滑道上，变位滑道可进行水平与竖直变位，当初始位置为水平，当左端即上端传感器检测到有管，会发出信号，使变位滑道上的磁力夹具加紧管，同时使上滑台下液压缸伸长，使上滑台相对下方固定的下滑台右移，靠近井口，而后变位滑道在液压缸的作用下，由水平变位为竖直状态，使管中心对准动力头传出的丝扣，而后动力头会触发下移转动动作，将丝扣与管子内扣旋转链接，当扭矩达到标准，动力头上扭矩传感器发出信号，停止转动，滑道上磁力夹具松开，同时变位滑道回到初始位置，接下一根管；整个装钻杆过程完成，卸钻杆过程反之运作。本发明减少了作业人员数量，降低了作业人员的劳动强度，保证作业过程中的安全性，提高了钻杆装卸的效率，钻杆输送到指定位置，无需等待，直接可以与动力头对接，为整个钻进过程节省大量时间，减少了人员的安全隐患。

附图说明

图1是本发明原理框图；

图2是本发明自动装卸钻杆装置结构示意图；

图3是本发明自动对接拆卸装置的结构示意图；

其中，1车箱，2吊装支架，3，行走机构，4升降机构，5磁力挂钩，6钻杆，7定位块，8层垫板，9，井架，10动力头，11变位滑道，12液压气缸，13滑道旋转支架，14上滑台，15下滑台。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明是一种钻机钻杆自动输送系统，包括信息采集模块，自动控制处理模块，自动装卸钻杆装置、自动对接装卸装置；所述自动控制处理模块将信息采集模块采集的信号做处理后，对自动装卸钻杆装置、自动对接装卸装置进行自动控制；所述自动控制处理模块包括PLC控制模块、传输模块和人机交互界面，所述PLC控制模块通过传输模块接受信号进行处理，并通过人机交互界面显示数据信息，所述PLC控制模块由siemens-S7-200PLC和siemens-S7-30PLC组成；所述信息采集模块包括压力传感器、高粘度压力变送器、转速转矩传感器、重力传感器、电磁传感器和扭矩传感器。

如图2所示，本发明所述的自动装卸钻杆装置包括车箱1，所述车箱1上端安装有一个吊装装置，所述车箱1内部放置有层垫板8，所述吊装装置包括吊装支架2、行走机构3和磁力挂钩5，所述行走机构3上安装有步进电机，且通过步进电机可在吊装支架2上滑动，所述磁力挂钩5安装在行走机构3的下方，且与行走机构3上的升降机构4连接，所述层垫板8上设有均匀排列的定位块7，且定位块7两两之间的间距与钻杆6的直径大小相适配，所述定位块7位置处还安装有电磁传感器，所述磁力挂钩为强力电磁铁，且整体呈倒U型，所述吊装装置还设置有与吊装支架2配合使用的转向机构。

如图3所示，本发明所述的自动对接装卸钻杆装置包括变位滑道11、液压气缸12、滑道旋转支架13、上滑台14和下滑台15，所述变位滑道11中部与液压气缸12的顶杆转动连接，所述变位滑道11底端与所述滑道旋转支架13上端固定连接，所述液压气缸12底端与所述上滑台14的支架座转动连接，所述滑道旋转支架13底端与所述上滑台14右端固定连接，所述上滑台14与下滑台15滑动连接，所述变位滑道11通过所述液压气缸12可做水平位置和竖直位置变换，所述变位滑道11为弧形滑道，所述变位滑道11上设有夹紧钻杆的电磁夹紧机构，所述上滑台14和所述下滑台15之间设有动力传动机构，所述动力传动机构为液压驱动气缸。

本发明工作原理：

在钻井现场采集系统中，信息采集模块利用压力传感器、高粘度压力变送器、转速转矩传感器、重力传感器，采集现场施工数据，通过信号的采集并传输到采集系统的PC端，生成曲线图同时将所有传感信号传输给电控系统（通过TCP/IP协议）。

自动控制处理模块，通过自动对接拆卸装置给出的指令，当钻杆运输装置将钻杆提升至垂直指定位置，让动力头进行下移旋转动作通过丝扣连接进行对接钻杆，在上杆过程中，采用电磁传感器，在固定的位置设定电磁传感器，当钻杆到达指定位置时，电磁传感器发出指令，让动力头旋转接杆，动力头上安装扭矩传感器并设定值，当扭矩大于等于设定值时，接杆完成，同时扭矩传感器把此信号作为结束信号传输给电控系统（通过TCP/IP协议）。

钻杆（井杆）自动装卸钻杆装置，在系统中采用电磁铁吸附钻杆的方式进行装卸钻杆，在每一层钻杆的最内部的一根下面放置电磁传感器，发出定位信号，由电磁吸附夹具接收，通过相应配置的PLC控制系统，进行实时定位，最后一根钻杆被吸附后，电磁传感发出信号，进行下一层的吸附。在输送系统和上杆系统，我们是通过 siemens.S7-200PLC实现中间信号转换的过程。

自动控制处理模块通过自动对接拆卸装置给出的指令，通过吊装机构从车箱内部卸到自动对接装卸装置的变位滑道上，变位滑道可进行水平与竖直变位，当初始位置为水平，当左端即上端传感器检测到有管，会发出信号，使变位滑道上的磁力夹具加紧管，同时使上滑台下液压缸伸长，使上滑台相对下方固定的下滑台右移，靠近井口，而后变位滑道在液压缸的作用下，由水平变位为竖直状态，使管中心对准动力头传出的丝扣，而后动力头会触发下移转动动作，将丝扣与管子内扣旋转链接，当扭矩达到标准，动力头上扭矩传感器发出信号，停止转动，滑道上磁力夹具松开，同时变位滑道回到初始位置，接下一根管；整个装钻杆过程完成，卸钻杆过程反之运作，动力头上安装扭矩传感器并设定值，当扭矩大于等于设定值时，接杆完成，同时扭矩传感器把此信号作为结束信号传输给电控系统（通过TCP/IP协议）。

从现场传输的感应信号，在电控中心的上位系统显示出所有数据，通过数据的分析发出相应的指令，通过PLC S7-30、PC设定的编程进行作业，每个子系统工作的完成，靠电控指挥中心的转换指令进行下一个子系统的控制，实现钻机自动化钻进功能。

实施例：

车载钻机到达指定施工位置后，液压系统将钻机机身撑起，动力头竖直于施工目的点。

车载钻杆输送系统到达指定位置，车载井管输送系统到达指定位置，组装自动对接拆卸装置，在车载钻杆/井管系统中利用电磁吸附装置进行卸钻杆/井管，卸载到自动对接拆卸装置的变位滑道上。

自动对接拆卸装置，通过电磁传感器感应是否有钻杆在变位滑道上，如有钻杆，则传送钻杆/井管到设定位置，设定位置同样设置电磁传感器，到达指定位置停止动作，等待。

动力头自动接杆系统，当钻杆到达指定位置，即竖直在动力头下方时，动力头向下移动钻杆内丝，动力头外丝，通过动力头的旋转进行对接，在动力头上安装扭矩传感器并设定值，大于等于此设定值，动力头接杆结束，扭矩传感器传输信号，进行下一步动作，自动对接拆卸模块恢复到初始状态进行下一根钻杆的传输。此时动力头下移，钻杆与钻杆连接，通过液压卡扣，固定下方钻杆，动力头再次旋转带动上方的钻杆旋转，与下方钻杆进行对接，此时再次用到扭矩传感器，大于等于设定值时，下方接杆完成，钻进开始。

Claims (4)

1.一种钻机钻杆自动输送系统，其特征在于：包括信息采集模块，自动控制处理模块，自动装卸钻杆装置、自动对接装卸装置；所述自动控制处理模块将信息采集模块采集的信号做处理后，对自动装卸钻杆装置、自动对接装卸装置进行自动控制；所述自动装卸钻杆装置包括车箱（1），所述车箱（1）上端安装有一个吊装装置，所述车箱（1）内部放置有层垫板（8），所述吊装装置包括吊装支架（2）、行走机构（3）和磁力挂钩（5），所述行走机构（3）上安装有步进电机，且通过步进电机可在吊装支架（2）上滑动，所述磁力挂钩（5）安装在行走机构（3）的下方，且与行走机构（3）上的升降机构（4）连接，所述层垫板（8）上设有均匀排列的定位块（7），且定位块（7）两两之间的间距与钻杆（6）的直径大小相适配，所述定位块（7）位置处还安装有电磁传感器，所述磁力挂钩为强力电磁铁，且整体呈倒U型，所述吊装装置还设置有与吊装支架（2）配合使用的转向机构；所述自动对接装卸装置包括变位滑道（11）和液压缸（12），所述变位滑道（11）通过所述液压缸（12）可做水平位置和竖直位置变换。

2.根据权利要求1所述的一种钻机钻杆自动输送系统，其特征在于：所述自动对接装卸装置还包括滑道旋转支架（13）、上滑台（14）和下滑台（15），所述变位滑道（11）中部与液压缸（12）的顶杆转动连接，所述变位滑道（11）底端与所述滑道旋转支架（13）上端固定连接，所述液压缸（12）底端与所述上滑台（14）的支架座转动连接，所述滑道旋转支架（13）底端与所述上滑台（14）右端固定连接，所述上滑台（14）与下滑台（15）滑动连接，所述变位滑道（11）为弧形滑道，所述变位滑道（11）上设有夹紧钻杆的电磁夹紧机构，所述上滑台（14）和所述下滑台（15）之间设有动力传动机构，所述动力传动机构为液压驱动气缸。

3.根据权利要求1所述的一种钻机钻杆自动输送系统，其特征在于：所述自动控制处理模块包括PLC控制模块、传输模块和人机交互界面，所述PLC控制模块通过传输模块接受信号进行处理，并通过人机交互界面显示数据信息，所述PLC控制模块由siemens-S7-200PLC和siemens-S7-30PLC组成。

4.根据权利要求1所述的一种钻机钻杆自动输送系统，其特征在于：所述信息采集模块包括压力传感器、高粘度压力变送器、转速转矩传感器、重力传感器、电磁传感器和扭矩传感器。