1.本實(shí)用新型涉及石油鉆井工程安全控制技術(shù)，尤其是涉及一種游車防撞猴臺(tái)自動(dòng)控制安全防護(hù)裝置及一種游車防撞猴臺(tái)自動(dòng)安全防護(hù)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

2.隨著石油鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展，頂驅(qū)在鉆井過(guò)程中可用立根鉆進(jìn)，減少2/3的上扣卸扣工作量。借助于傾斜臂和旋轉(zhuǎn)頭的作用，井口上卸扣作業(yè)和二層臺(tái)作業(yè)的體力勞動(dòng)強(qiáng)度大大減輕。在起下鉆過(guò)程中遇卡或遇阻，可迅速使頂驅(qū)接上鉆具，循環(huán)泥漿進(jìn)行劃眼作業(yè)。在下套管時(shí)，借助于吊環(huán)傾斜機(jī)構(gòu)抓取套管，在上扣時(shí)頂驅(qū)有扶正作用，可避免亂扣錯(cuò)扣，大大提高下套管速度。在定向鉆進(jìn)中，可用剎車機(jī)構(gòu)剎住頂驅(qū)主軸，進(jìn)行定向造斜。因此，頂驅(qū)在國(guó)內(nèi)外鉆井中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

3.但隨著頂驅(qū)的廣泛應(yīng)用，其頂驅(qū)吊環(huán)和旋轉(zhuǎn)頭的特有作用，在特殊作業(yè)時(shí)也導(dǎo)致了一些事故的發(fā)生。比如，在起下鉆作業(yè)時(shí)，需要井架工人爬上二層臺(tái)，站在猴臺(tái)處與司鉆操作的機(jī)械吊臂相互配合，完成上扣卸扣、取放立根、接立根等作業(yè)。在實(shí)際頂驅(qū)操作時(shí)，由于司鉆的誤操作，會(huì)使伸出的頂驅(qū)吊環(huán)在完成某一項(xiàng)作業(yè)后未能及時(shí)歸位，當(dāng)游車上下游動(dòng)時(shí)，伸出的頂驅(qū)吊環(huán)與井架工人所站的猴臺(tái)相碰，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。目前，國(guó)內(nèi)鉆機(jī)都配備有防碰剎車系統(tǒng)，但這些防碰剎車裝置有的不具備防撞猴臺(tái)的功能，有的雖然有防撞猴臺(tái)的功能，卻是以犧牲工作效率為代價(jià)，即無(wú)論司鉆是否有誤操作，無(wú)論頂驅(qū)吊環(huán)否傾斜伸出，只要游車達(dá)到猴臺(tái)位置，防碰裝置都會(huì)采取剎車動(dòng)作，強(qiáng)行中斷正常的起下鉆等作業(yè)流程。為解決上述問(wèn)題，我們提出了一種石油鉆機(jī)頂驅(qū)吊環(huán)防撞井架猴臺(tái)的控制裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

4.本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種石油鉆機(jī)頂驅(qū)吊環(huán)防撞井架猴臺(tái)的無(wú)線控制裝置，安裝在頂驅(qū)吊環(huán)上的無(wú)線傾角發(fā)射傳感器，實(shí)時(shí)檢測(cè)頂驅(qū)頂驅(qū)吊環(huán)的伸出傾斜角度，發(fā)射接收之間通過(guò)無(wú)線傳輸，無(wú)線接收器給出對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)，經(jīng)a/d模塊采集處理后傳輸給plc。安裝在絞車滾筒軸上的絞車傳感器，實(shí)時(shí)檢測(cè)游車大鉤的高度位置信號(hào)，傳輸給plc數(shù)字信號(hào)輸入端。plc依據(jù)設(shè)定的程序，自動(dòng)分析判斷游車大鉤是否臨近了猴臺(tái)，頂驅(qū)吊環(huán)的傾斜角度是否超出安全范圍，如果游車大鉤既臨近了猴臺(tái)，頂驅(qū)吊環(huán)的傾斜角度又超出了安全范圍，則自動(dòng)控制系統(tǒng)迅速鎖定游車，同時(shí)指令頂驅(qū)吊環(huán)的懸浮開關(guān)動(dòng)作，迫使頂驅(qū)吊環(huán)的液壓油缸收回頂驅(qū)吊環(huán)，最終達(dá)到防撞猴臺(tái)的目的。

5.本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案：

6.一種石油鉆機(jī)頂驅(qū)吊環(huán)防撞井架猴臺(tái)的無(wú)線控制裝置，包括信號(hào)采集單元、無(wú)線傾角發(fā)射器單元、無(wú)線接收器、plc控制單元以及執(zhí)行單元；所述信號(hào)采集單元包括絞車傳感器/大鉤位置傳感器以及無(wú)線傾角發(fā)射器；所述絞車傳感器/大鉤位置傳感器輸出信號(hào)接入plc控制單元的數(shù)字信號(hào)輸入端；所述無(wú)線傾角發(fā)射器檢測(cè)頂驅(qū)吊環(huán)傾斜角度信號(hào)并經(jīng)

無(wú)線接收器輸入a/d模塊處理后傳輸?shù)絧lc控制單元；所述plc控制單元輸出連接執(zhí)行單元。

7.所述的石油鉆井工程鉆機(jī)/頂驅(qū)/游車防撞猴臺(tái)無(wú)線控制裝置，執(zhí)行單元包括控制電磁閥以及梭閥和24v繼電器；所述控制電磁閥和梭閥聯(lián)鎖到絞車滾筒和總離合高低速控制氣路之中，構(gòu)成盤剎連鎖裝置；控制電磁閥和梭閥氣源進(jìn)口分別連接氣源，所述控制電磁閥的控制線圈連接plc控制單元的輸出，所述控制電磁閥的輸出口a連接控制總離合與高低速，控制電磁閥的輸出口b連接梭閥的控制輸入端，所述梭閥的輸出連接控制盤剎。24v繼電器常開觸點(diǎn)控制懸浮開關(guān)，使頂驅(qū)吊環(huán)復(fù)位，防止掛撞猴臺(tái)。

8.所述的石油鉆井工程鉆機(jī)/頂驅(qū)/游車防撞猴臺(tái)無(wú)線控制裝置，與plc控制單元通訊連接設(shè)有一體化工控機(jī)，與所述plc控制單元連接有報(bào)警單元。

9.實(shí)用新型有益效果：

10.1、本實(shí)用新型石油鉆機(jī)頂驅(qū)吊環(huán)防撞井架猴臺(tái)的無(wú)線控制裝置，利用絞車傳感器監(jiān)測(cè)游車運(yùn)行高度，通過(guò)無(wú)線傾角發(fā)射器檢測(cè)頂驅(qū)吊環(huán)傾斜角度信號(hào)是否在可控范圍內(nèi)，繼而通過(guò)自動(dòng)控制盤剎剎車來(lái)防止由于誤操作或意外因素造成頂驅(qū)吊環(huán)防撞猴臺(tái)，既實(shí)現(xiàn)了鉆機(jī)和游車的自動(dòng)控制，又可以有效防止頂驅(qū)吊環(huán)掛、撞猴臺(tái)，造成事故的發(fā)生。經(jīng)濟(jì)適用，且安全可靠。

11.2、本實(shí)用新型石油鉆機(jī)頂驅(qū)吊環(huán)防撞井架猴臺(tái)的無(wú)線控制裝置，既實(shí)現(xiàn)了游車的自動(dòng)剎車，有效防止誤操作或意外失控導(dǎo)致事故的發(fā)生，消除安全隱患；全系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，容易實(shí)現(xiàn)，方便推廣，具有較好的社會(huì)效益。

12.3、本實(shí)用新型石油鉆機(jī)頂驅(qū)吊環(huán)防撞井架猴臺(tái)的無(wú)線控制裝置，適合國(guó)內(nèi)外各種型號(hào)的鉆機(jī)，通用性強(qiáng)，適應(yīng)范圍廣，技術(shù)難度不大，性價(jià)比較高。

附圖說(shuō)明

13.圖1是本實(shí)用新型石油鉆機(jī)頂驅(qū)吊環(huán)防撞井架猴臺(tái)的控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖之一；

14.圖2是本實(shí)用新型石油鉆機(jī)頂驅(qū)吊環(huán)防撞井架猴臺(tái)的控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖之二；

15.圖3是本實(shí)用新型石油鉆機(jī)頂驅(qū)吊環(huán)防撞井架猴臺(tái)的控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖之三。

具體實(shí)施方式

16.下面通過(guò)具體實(shí)施方式，對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

17.以下各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型，不應(yīng)當(dāng)構(gòu)成對(duì)實(shí)用新型保護(hù)范圍的限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員在現(xiàn)有技術(shù)范圍內(nèi)，采用慣用技術(shù)手段的置換以及和現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單組合，均不脫離本實(shí)用新型保護(hù)范圍。

18.實(shí)施例1

19.參見圖1，本實(shí)用新型石油鉆機(jī)頂驅(qū)吊環(huán)防撞井架猴臺(tái)的無(wú)線控制裝置，包括信號(hào)采集單元、plc控制單元以及執(zhí)行單元；所述信號(hào)采集單元包括絞車傳感器/大鉤位置傳感器以及無(wú)線傾角發(fā)射器；所述絞車傳感器/大鉤位置傳感器輸出信號(hào)接入plc控制單元的數(shù)字信號(hào)輸入端；所述無(wú)線傾角發(fā)射器檢測(cè)頂驅(qū)吊環(huán)傾斜角度信號(hào)并經(jīng)無(wú)線接收器輸入a/d模塊處理后傳輸?shù)絧lc控制單元；所述plc控制單元輸出連接執(zhí)行單元控制電磁閥以及梭閥。

20.本實(shí)施例石油鉆機(jī)頂驅(qū)吊環(huán)防撞井架猴臺(tái)的無(wú)線控制裝置的工作原理：

21.1）無(wú)線傾角發(fā)射器實(shí)時(shí)采集頂驅(qū)吊環(huán)傾斜角度按特定頻率發(fā)送，無(wú)線接收器接收信號(hào)后轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)（4

?

20ma）后傳輸給a/d轉(zhuǎn)換模塊，a/d轉(zhuǎn)換模塊將電流信號(hào)值實(shí)時(shí)傳輸給plc控制單元分析處理；

22.2）應(yīng)用絞車傳感器/大鉤位置傳感器實(shí)時(shí)采集游車的高度的變化，并將捕捉到的信號(hào)值實(shí)時(shí)傳輸給plc控制單元分析處理，如果plc控制單元判斷游車在某一高度位置上的頂驅(qū)吊環(huán)傾斜角度沒(méi)有超過(guò)設(shè)定值，則猴臺(tái)防撞控制系統(tǒng)不發(fā)出控制指令，此時(shí)游車的運(yùn)行狀態(tài)體現(xiàn)的是司鉆正常的操作意圖。反之，若頂驅(qū)吊環(huán)的傾斜角度超過(guò)了設(shè)定值，且游車高度也達(dá)到設(shè)定值，plc控制單元判斷頂驅(qū)吊環(huán)即將碰撞猴臺(tái)。此時(shí)plc控制單元發(fā)出連續(xù)聲光報(bào)警指令，并通過(guò)剎車的指令傳輸給執(zhí)行單元。

23.所述執(zhí)行單元包括控制電磁閥以及梭閥；所述控制電磁閥和梭閥聯(lián)鎖到絞車滾筒和總離合高低速控制氣路之中，構(gòu)成盤剎連鎖裝置；控制電磁閥和梭閥氣源進(jìn)口分別連接氣源，所述控制電磁閥的控制線圈連接plc控制單元的輸出，所述控制電磁閥的輸出口a連接控制總離合與高低速，控制電磁閥的輸出口b連接梭閥的控制輸入端，所述梭閥的輸出連接控制盤剎。

24.控制電磁閥采用兩位五通電磁閥，安裝在總離合、高低速的開關(guān)控制氣路上。電磁閥的進(jìn)口p與控制氣源相連，電磁閥的常開式出口ａ與總離合、高低速的開關(guān)控制氣路連接，電磁閥的常閉式出口ｂ與梭閥的一個(gè)進(jìn)氣口連接。梭閥的另一個(gè)進(jìn)氣口連接鉆機(jī)的剎車控制氣路，梭閥的出氣口連接到剎車氣缸的控制氣路上，電磁閥的信號(hào)輸入端口與plc的輸出端口連接。

25.實(shí)施例2

26.參見圖2，本實(shí)施例的石油鉆機(jī)頂驅(qū)吊環(huán)防撞井架猴臺(tái)的無(wú)線控制裝置，包括信號(hào)采集單元、無(wú)線傾角發(fā)射器、電池組、無(wú)線接收器、plc控制單元以及執(zhí)行單元；與實(shí)施例1不同的是所述信號(hào)采集單元包括絞車傳感器/大鉤位置傳感器以及無(wú)線傾角發(fā)射器；所述絞車傳感器/大鉤位置傳感器輸出信號(hào)接入plc控制單元的數(shù)字信號(hào)輸入端；所述無(wú)線傾角發(fā)射器檢測(cè)頂驅(qū)吊環(huán)傾斜角度信號(hào)并經(jīng)無(wú)線接收器輸入a/d模塊處理后傳輸?shù)絧lc控制單元；所述plc控制單元輸出連接執(zhí)行單元控制電磁閥以及梭閥和24v繼電器。

27.本實(shí)施例的工作原理：與所述a/d轉(zhuǎn)換模塊連接，在頂驅(qū)吊環(huán)上安裝一無(wú)線傾角發(fā)射器組。所述無(wú)線傾角發(fā)射器實(shí)時(shí)采集頂驅(qū)吊環(huán)傾斜角度按特定頻率發(fā)送，無(wú)線接收器接收信號(hào)后轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)（4

?

20ma）后傳輸給a/d轉(zhuǎn)換模塊，a/d轉(zhuǎn)換模塊將電流信號(hào)值實(shí)時(shí)傳輸給plc控制單元分析處理，從而分析判斷頂驅(qū)吊環(huán)的傾斜角度。

28.絞車傳感器實(shí)時(shí)采集游車的高度傳輸給plc。如果plc控制單元判斷游車在某一高度位置上的頂驅(qū)吊環(huán)傾斜角度沒(méi)有超過(guò)設(shè)定值，則猴臺(tái)防撞控制系統(tǒng)不發(fā)出控制指令，此時(shí)游車的運(yùn)行狀態(tài)體現(xiàn)的是司鉆正常的操作意圖。反之，若游車高度超過(guò)了低限設(shè)定值，plc控制單元判斷頂驅(qū)吊環(huán)即將碰撞猴臺(tái)。此時(shí)plc控制單元發(fā)出聲光報(bào)警指令，同時(shí)plc發(fā)出24v繼電器線圈得電指令，線圈得電，并聯(lián)在頂驅(qū)控制箱吊環(huán)懸浮按鈕處的常開觸點(diǎn)閉合，吊環(huán)中位電磁閥得電，傾斜油缸復(fù)位。當(dāng)達(dá)到危險(xiǎn)區(qū)間值時(shí)，并通過(guò)剎車的指令傳輸給執(zhí)行單元。此時(shí)plc通過(guò)將剎車的指令傳輸給聯(lián)鎖在絞車滾筒和總離合的控制氣路的電磁閥，令其迅速切斷絞車滾筒和總離合的控制氣路，接通盤剎的剎車氣路從而鎖定游車。此過(guò)程2秒完成后，游車剎車自動(dòng)解鎖或手動(dòng)解鎖，游車可繼續(xù)上行或下行。

29.實(shí)施例3

30.本實(shí)施例的石油鉆機(jī)頂驅(qū)吊環(huán)防撞井架猴臺(tái)的無(wú)線控制裝置，與前述各實(shí)施例不同的是，與所述plc控制單元通訊連接設(shè)有工控機(jī)，與所述plc控制單元連接有報(bào)警單元。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷處理可以由工控機(jī)完成，然后發(fā)送控制指令給plc控制單元。技術(shù)特征：

1.一種石油鉆機(jī)頂驅(qū)或游車防撞井架猴臺(tái)的無(wú)線控制裝置，包括信號(hào)采集單元、plc控制單元以及執(zhí)行單元；其特征是：所述信號(hào)采集單元包括絞車傳感器或大鉤位置傳感器以及無(wú)線傾角發(fā)射器單元和無(wú)線信號(hào)接收單元；所述絞車傳感器或大鉤位置傳感器輸出信號(hào)接入plc控制單元的一路數(shù)字信號(hào)輸入端；無(wú)線傾角發(fā)射器單元采集頂驅(qū)吊環(huán)的傾斜角度變化信號(hào)發(fā)射給無(wú)線信號(hào)接收單元；所述無(wú)線信號(hào)接收單元接收到的信號(hào)經(jīng)a/d模塊處理后傳輸?shù)絧lc控制單元；所述plc控制單元輸出連接執(zhí)行單元。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆機(jī)頂驅(qū)或游車防撞井架猴臺(tái)的無(wú)線控制裝置，其特征是：所述執(zhí)行單元包括控制電磁閥以及梭閥和24v繼電器；所述控制電磁閥和梭閥聯(lián)鎖到絞車滾筒和總離合高低速控制氣路之中，構(gòu)成盤剎連鎖裝置；控制電磁閥和梭閥氣源進(jìn)口分別連接氣源，所述控制電磁閥的控制線圈連接plc控制單元的輸出，所述控制電磁閥的常開式出口ａ與總離合、高低速的開關(guān)控制氣路連接，控制電磁閥的輸出口b連接梭閥的控制輸入端，所述梭閥的輸出連接控制盤剎；24v繼電器常開觸點(diǎn)控制懸浮開關(guān)，使頂驅(qū)吊環(huán)復(fù)位，防止掛撞猴臺(tái)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的石油鉆機(jī)頂驅(qū)或游車防撞井架猴臺(tái)的無(wú)線控制裝置，其特征是：與所述plc控制單元通訊連接設(shè)有一體化工控機(jī)，與所述plc控制單元連接有報(bào)警單元。

技術(shù)總結(jié)

本實(shí)用新型涉及一種石油鉆井工程安全防護(hù)裝置。一種石油鉆機(jī)頂驅(qū)或游車防撞井架猴臺(tái)的無(wú)線控制裝置，包括信號(hào)采集單元、無(wú)線傾角發(fā)射器單元、無(wú)線接收單元、PLC控制單元以及執(zhí)行單元；信號(hào)采集單元包括絞車/大鉤位置傳感器以及無(wú)線傾角發(fā)射器單元；所述絞車/大鉤位置傳感器輸出信號(hào)以及無(wú)線傾角發(fā)射器單元分別檢測(cè)絞車位置、頂驅(qū)吊環(huán)傾斜角信號(hào)最終均傳輸?shù)絇LC控制單元；所述PLC控制單元輸出連接執(zhí)行單元。利用絞車傳感器監(jiān)測(cè)游車上/下行高度，同時(shí)利用無(wú)線傾角發(fā)射器單元檢測(cè)頂驅(qū)吊環(huán)傾斜角度信號(hào)，以此來(lái)綜合判斷游車運(yùn)行高度和吊環(huán)傾斜角度是否在可控范圍內(nèi)，繼而通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)防止由于誤操作或意外因素造成游車掛、撞猴臺(tái)。撞猴臺(tái)。撞猴臺(tái)。

技術(shù)研發(fā)人員：孫志剛 夏玉龍 張英棟 徐杰

受保護(hù)的技術(shù)使用者：濮陽(yáng)市百福瑞德石油科技有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2020.12.17

技術(shù)公布日：2021/9/17