鉆井頂驅(qū)與井架二層臺(tái)防碰保護(hù)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石油鉆井設(shè)備，特別涉及一種鉆井頂驅(qū)與井架二層臺(tái)防碰保護(hù)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]頂驅(qū)是當(dāng)今石油鉆井的前沿技術(shù)與裝備，能夠完成鉆柱旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，循環(huán)鉆井液、接單根、上卸扣和倒劃眼等多種鉆井操作，現(xiàn)在各種類型的鉆機(jī)越來越多的配備頂驅(qū)，各種頂驅(qū)主體結(jié)構(gòu)和工作原理是一致的，頂驅(qū)的功能雖然很強(qiáng)大，但在鉆井施工中存在一個(gè)很大的安全隱患是:頂驅(qū)在起下鉆時(shí)需要不停地重復(fù)吊環(huán)前傾、后傾、懸浮(中位)過程，同時(shí)也要重復(fù)上提到二層臺(tái)之上和下方到井口的上下運(yùn)動(dòng)過程，這是一種必須的施工程序；正常的操作是不管吊環(huán)前傾還是后傾必須再按一下懸浮或中位按鈕，在吊環(huán)保持垂直狀態(tài)時(shí)才能使頂驅(qū)上、下行，目的是避免吊環(huán)在傾斜狀態(tài)時(shí)頂驅(qū)上、下運(yùn)動(dòng)造成掛、碰二層臺(tái)。頂驅(qū)自身的各種操作和頂驅(qū)上下運(yùn)動(dòng)之間是完全獨(dú)立的兩個(gè)控制系統(tǒng)，沒有任何連鎖保護(hù)，但在正常的鉆井施工中兩者在吊環(huán)狀態(tài)方面是互相緊密聯(lián)系的，二層臺(tái)處的前后空間小和頂驅(qū)本體之間只有幾十公分的間距，吊環(huán)傾斜角度稍大就可能碰到二層臺(tái)，正常接立柱或起鉆時(shí)的角度必然超過最大允許角度，這種情況在正常的施工工藝中是經(jīng)常遇到的，在各個(gè)使用頂驅(qū)的井隊(duì)已是多次發(fā)生兩者碰撞事故，總體出現(xiàn)的頻率是比較高的。這種問題一旦發(fā)生會(huì)造成非常嚴(yán)重的后果，頂驅(qū)和二層臺(tái)直接受損、二層臺(tái)上的操作人員受到傷害;二層臺(tái)的位置大約是26米高左右，不但問題難以處理還可能有高空落物威脅在井口工作人員，還會(huì)間接影響鉆井施工各個(gè)方面。這種嚴(yán)重安全隱患發(fā)生概率較高，光靠操作人員人為防護(hù)可靠性太差，造成人員壓力大，精神緊張。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種鉆井頂驅(qū)與井架二層臺(tái)防碰保護(hù)裝置及方法，提高設(shè)備的安全性，減少或杜絕這個(gè)問題的發(fā)生，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。
[0004]本發(fā)明提到的一種鉆井頂驅(qū)與井架二層臺(tái)防碰保護(hù)裝置，包括頂驅(qū)(1)、導(dǎo)軌(2)、二層臺(tái)(3)、鉆臺(tái)(4)、頂驅(qū)吊環(huán)(5)、井架(6)、天車(7)、絞車(8)、滾筒儀表軸(9)，所述的鉆臺(tái)(4)上固定有井架(6)，井架(6)的頂部安裝有天車(7)，且井架(6)內(nèi)安裝有導(dǎo)軌(2)，鉆臺(tái)
(4)的上方設(shè)有二層臺(tái)(3)，所述二層臺(tái)(3)固定在井架(6)的中部，鋼絲繩的一端連接頂驅(qū)
(I)，另一端繞過天車(7)連接到絞車(8)，所述的頂驅(qū)(I)的下部安裝有頂驅(qū)吊環(huán)(5)，頂驅(qū)吊環(huán)(5)可以實(shí)現(xiàn)前傾、后傾、懸浮動(dòng)作，其特征是:所述的頂驅(qū)吊環(huán)(5)的前傾位置和后傾位置處分別安裝有吊環(huán)位置檢測開關(guān)，在中間懸浮位置處設(shè)有吊環(huán)懸浮檢測開關(guān)，來判斷頂驅(qū)吊環(huán)的位置狀態(tài);在所述的絞車(8)上安裝編碼器，當(dāng)絞車上的滾筒旋轉(zhuǎn)一周，編碼器可輸出多個(gè)脈沖記錄；中央控制器按編碼器記錄脈沖數(shù)指示出頂驅(qū)(I)在井架中的高度;通過在中央控制器內(nèi)把頂驅(qū)吊環(huán)的位置和頂驅(qū)(I)的高度進(jìn)行處理比較，實(shí)現(xiàn)二層臺(tái)(3)位置的防碰撞。
[0005]上述的在中央控制器內(nèi)把頂驅(qū)吊環(huán)的位置信號(hào)和頂驅(qū)(I)的高度信號(hào)，二者進(jìn)行處理比較，如果檢測到頂驅(qū)吊環(huán)處于傾斜狀態(tài)，一旦頂驅(qū)高度在設(shè)定的井架的二層臺(tái)高度范圍內(nèi)，中央控制器就給絞車一個(gè)剎車控制信號(hào)，讓絞車自動(dòng)剎車，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，防止人為失誤吊環(huán)碰撞井架二層臺(tái)；在井架的其他高度頂驅(qū)吊環(huán)可以處于任意狀態(tài)，這樣不影響設(shè)備正常操作和鉆井的正常施工；另外，頂驅(qū)在起鉆時(shí)頂驅(qū)接近二層臺(tái)時(shí)速度較快時(shí)，設(shè)定提前一段距離進(jìn)行預(yù)警，提醒司鉆減速。
[0006]上述的中央控制器采用西門子PLC-200高速處理器，所述的頂驅(qū)吊環(huán)(5)的前傾位置處安裝有前傾吊環(huán)位置檢測開關(guān)(5.1)，后傾位置處安裝有后傾吊環(huán)位置檢測開關(guān)(5.2)，中間懸浮位置處設(shè)有吊環(huán)懸浮檢測開關(guān)(5.3);中央控制器的輸入端連接有鍵盤，并連接吊環(huán)位置檢測開關(guān)和吊環(huán)懸浮檢測開關(guān)及編碼器，輸出端連接顯示器，并控制剎車輸出和報(bào)警輸出。
[0007]上述的頂驅(qū)吊環(huán)(5)的前傾位置不超過30度，后傾位置不超過50度;所述的頂驅(qū)吊環(huán)(5)在經(jīng)過二層臺(tái)時(shí)，其前傾位置不超過15度。
[0008]本發(fā)明提到的鉆井頂驅(qū)與井架二層臺(tái)防碰保護(hù)裝置的使用方法，包括以下步驟:
(1)頂驅(qū)高度的檢測:在絞車上安裝編碼器，當(dāng)滾筒旋轉(zhuǎn)一周，編碼器可輸出多個(gè)脈沖記錄，另外將絞車滾筒直徑，鉆井繩直徑，滾筒起始匝數(shù)，天車滑輪數(shù)以及繩系原始數(shù)據(jù)輸入到控制器中；
(2)頂驅(qū)吊環(huán)的前傾位置和后傾位置檢測:頂驅(qū)吊環(huán)(5)的前傾位置和后傾位置處分別安裝有吊環(huán)位置檢測開關(guān)，在中間懸浮位置處設(shè)有吊環(huán)懸浮檢測開關(guān)，檢測的信號(hào)輸入到中央控制器中保持;另外，通過鍵盤修改設(shè)定的高度數(shù)值和輸入計(jì)算高度所需的各種參數(shù)；
(3)如果在收到吊環(huán)懸浮檢測開關(guān)產(chǎn)生的信號(hào)，中央控制器不動(dòng)作，頂驅(qū)可以在井架內(nèi)全高度范圍內(nèi)自由上下運(yùn)動(dòng);如果到達(dá)設(shè)定的二層臺(tái)高度上下的范圍時(shí)沒有收到這個(gè)懸浮或中位檢測信號(hào)，控制系統(tǒng)就會(huì)輸出，該輸出根據(jù)不同的鉆機(jī)類型控制不同的絞車剎車，可以是24VDC信號(hào)也可以是通過電磁閥控制剎車系統(tǒng)的氣路，最終是為了控制絞車剎車，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；
(4)另外，頂驅(qū)在二層臺(tái)上高度范圍下放時(shí)速度較慢不用提前減速，起鉆時(shí)頂驅(qū)從接近二層臺(tái)時(shí)速度較快時(shí)，需要提前一段距離進(jìn)行預(yù)警，提醒司鉆減速，因此，設(shè)定二層臺(tái)以上2米到二層臺(tái)以下5米這之間的高度范圍內(nèi)頂驅(qū)吊環(huán)傾斜時(shí)，頂驅(qū)本身不能上下運(yùn)動(dòng)，剎車機(jī)構(gòu)動(dòng)作剎車并報(bào)警。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明具有應(yīng)用范圍廣泛、安裝維護(hù)方便、操作簡單、反應(yīng)靈敏的優(yōu)點(diǎn)，通過現(xiàn)場測試，完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求;本發(fā)明把頂驅(qū)和絞車兩個(gè)獨(dú)立的設(shè)備系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合起來，彌補(bǔ)了各自設(shè)計(jì)上的不足，可以極大提高設(shè)備操作的安全性，有效防止因?yàn)槿藶槭д`造成頂驅(qū)吊環(huán)碰撞井架二層臺(tái)以及由此帶來的其他嚴(yán)重連帶事故，實(shí)現(xiàn)設(shè)備本質(zhì)安全化，有效降低操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度和精神緊張程度;有效減少了設(shè)備安全隱患和操作風(fēng)險(xiǎn)，降低了設(shè)備維修費(fèi)用，符合公司QHSE要求。
【附圖說明】
[0010]附圖1是本發(fā)明的整體安裝示意圖； 附圖2是本發(fā)明的控制原理圖；
附圖3是本發(fā)明的頂驅(qū)吊環(huán)的前傾和后傾示意圖；
上圖中:頂驅(qū)1、導(dǎo)軌2、二層臺(tái)3、鉆臺(tái)4、頂驅(qū)吊環(huán)5、井架6、天車7、絞車8、滾筒儀表軸9，前傾吊環(huán)位置檢測開關(guān)5.1、后傾吊環(huán)位置檢測開關(guān)5.2、吊環(huán)懸浮檢測開關(guān)5.3。
【具體實(shí)施方式】
[0011]結(jié)合附圖1-3，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述:
本發(fā)明提到的一種鉆井頂驅(qū)與井架二層臺(tái)防碰保護(hù)裝置，包括頂驅(qū)1、導(dǎo)軌2、二層臺(tái)3、鉆臺(tái)4、頂驅(qū)吊環(huán)5、井架6、天車7、絞車8、滾筒儀表軸9，所述的鉆臺(tái)4上固定有井架6，井架6的頂部安裝有天車7，且井架6內(nèi)安裝有導(dǎo)軌2，鉆臺(tái)4的上方設(shè)有二層臺(tái)3，所述二層臺(tái)3固定在井架6的中部，鋼絲繩的一端連接頂驅(qū)I，另一端繞過天車7連接到絞車8，所述的頂驅(qū)I的下部安裝有頂驅(qū)吊環(huán)5，頂驅(qū)吊環(huán)5可以實(shí)現(xiàn)前傾、后傾、懸浮動(dòng)作，其特征是:所述的頂驅(qū)吊環(huán)5的前傾位置和后傾位置處分別安裝有吊環(huán)位置檢測開關(guān)，在中間懸浮位置處設(shè)有吊環(huán)懸浮檢測開關(guān)，來判斷頂驅(qū)吊環(huán)的位置狀態(tài);在所述的絞車8上安裝編碼器，當(dāng)絞車上的滾筒旋轉(zhuǎn)一周，編碼器可輸出多個(gè)脈沖記錄；中央控制器按編碼器記錄脈沖數(shù)指示出頂驅(qū)I在井架中的高度;通過在中央控制器內(nèi)把頂驅(qū)吊環(huán)的位置和頂驅(qū)I的高度進(jìn)行處理比較，實(shí)現(xiàn)二層臺(tái)3位置的防碰撞。
[0012]上述的在中央控制器內(nèi)把頂驅(qū)吊環(huán)的位置信號(hào)和頂驅(qū)I的高度信號(hào)，二者進(jìn)行處理比較，如果檢測到頂驅(qū)吊環(huán)處于傾斜狀態(tài)，一旦頂驅(qū)高度在設(shè)定的井架的二層臺(tái)高度范圍內(nèi)，中央控制器就給絞車一個(gè)剎車控制信號(hào)，讓絞車自動(dòng)剎車，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，防止人為失誤吊環(huán)碰撞井