專利名稱:多功能安全鉆井自動控制裝置的制作方法
本發(fā)明是一種開發(fā)油氣田和地質(zhì)資源時進行安全鉆井的自動控制裝置，適用于F320-3DH型、F200-2DH型、大慶Ⅰ-130型等多種石油、地質(zhì)鉆機在鉆井過程中防止發(fā)生溜鉆、頓鉆、卡鉆或碰天車事故的一種安全鉆井自動控制裝置。
目前，我國石油、地質(zhì)勘探遍及全國各地，而且量大面廣，成本高，經(jīng)濟效益低。鉆井是勘探開發(fā)油氣田和找礦的重要手段，怎樣快打井、多打井、打好井是能否保證高速度高水平勘探開發(fā)油氣田和找礦的關(guān)鍵。多年來，鉆井中由于沒有安全鉆井自動控制裝置，且操作人員技術(shù)素質(zhì)差的情況下，常常因人為或其它原因造成溜鉆、頓鉆、卡鉆、碰天車等事故。一旦發(fā)生這樣的事故，就有可能導致整個鉆井報廢，給國家?guī)韲乐負p失。據(jù)調(diào)查，川西南礦區(qū)的威62號井，在井深1405米處，因鍵槽嚴重卡鉆，在倒劃眼過程中鉆桿扭斷，引起頓鉆事故，費時十個月無法解除，損失資金120萬元，造成井深2423米的氣井報廢。因上類事故造成損失的還有威36號井、威56號井、威60號井等。于是，給鉆井工人帶來精神壓力，且威脅著人身的安全，嚴重地影響了企業(yè)的經(jīng)濟效益。
本發(fā)明的目的在于提供一種自動控制裝置，以解決鉆井過程中有效地防止發(fā)生溜鉆、頓鉆、卡鉆、碰天車事故的問題，達到保證安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井和提高經(jīng)濟效益為總的目的。它是將原鉆機液壓指重表W-350型等的懸重管與電接點壓力表管連接。由電接點壓力表的上、下限接點控制，指針隨懸重量大小變化，接觸上限或下限時產(chǎn)生一個電信號，輸入信號控制器。由于鉆進時跳鉆而產(chǎn)生懸重瞬時變化，引起跳鉆剎車，故選擇繼電器邏輯電路、間隙振蕩器電路處理。用常開、常閉電磁閥的“開”或“關(guān)”連結(jié)鉆機氣動執(zhí)行機構(gòu)。當司鉆人員操作不當或失誤起鉆時多提卡死或高速起車發(fā)生碰天車時，或在正常鉆進中發(fā)生溜鉆時，該裝置都可使高速或低速滾筒離合器自動放氣使鉆機絞車自動剎車、轉(zhuǎn)盤停轉(zhuǎn)，實現(xiàn)有效地避免此類事故發(fā)生的目的。
該裝置在鉆壓不足吊著鉆進(鉆頭無進尺)影響鉆井速度時，將發(fā)出短叫聲和閃光信號，催促司鉆加足鉆壓，有利于均衡鉆井的目的。
本發(fā)明的工作原理從圖一得到說明懸重壓力信號發(fā)生器包括W-350型懸重指重表以及0～60Kg/cm2型電接點壓力表;信號控制器包括電壓放大器BG1、BG2、BG3，通過調(diào)節(jié)電位器R2、R4達到控制剎車時間;聲、光報警顯示器由兩塊5G1555集成塊組成間隙振蕩器;以及整流電源和原鉆機氣動執(zhí)行機構(gòu)構(gòu)成自動控制系統(tǒng)。
一、在鉆進過程中，若發(fā)生溜鉆時，結(jié)合圖二說明其控制原理是當液壓P進入W-350型指重表和0～60Kg/cm2電接點壓力表，其懸重減少到電接點壓力表的下限(3)控制點時，由電接點壓力表給出一個信號，使電壓放大器BG1工作，于是繼電器J0工作，開關(guān)J0閉合，繼電器JK工作，開關(guān)JK1接通，揚聲器LB1發(fā)出長叫聲，發(fā)光管SG1發(fā)出閃光信號;開關(guān)JK2閉合，時間繼電器Jt延時3秒鐘后工作，則開關(guān)Jt1閉合，繼電器Jm工作，開關(guān)Jm開路，LB1停止叫聲，SG1停止閃光;由于開關(guān)JK3閉合則繼電器Jf工作，開關(guān)Jf1閉合，則電磁閥線圈DZ1、DZ2工作，控制圖三中所示的防爆電磁常開閥2CLR 1/2 -Ⅰ型和常閉閥2CLR 1/2 -Ⅱ型工作，則9～10Kg/cm2的壓縮空氣氣源通過電磁閥2CLR 1/2 -Ⅰ型的QF端去控制鉆機轉(zhuǎn)盤離合器停止轉(zhuǎn)動(截斷了氣源)，同時此壓縮空氣氣源也通過防爆電磁閥2CLR 1/2 -Ⅱ型的A端去控制原鉆機壓縮機氣缸停止工作。為了確保防溜效果，避免跳鉆剎車，可調(diào)節(jié)電位器R2的大小來達到控制剎車的時間。如果時間過短，會出現(xiàn)跳鉆剎車，時間過長又會出現(xiàn)剎車較慢，影響防溜效果，一般調(diào)在0.4～1秒之間為宜，最佳剎車時間是0.8秒。圖三中的虛線框內(nèi)是原鉆機氣動執(zhí)行機構(gòu)，在不改變原鉆機結(jié)構(gòu)的情況下，達到防止鉆井過程中發(fā)生溜鉆事故。
二、在起鉆過程中，若遇卡鉆時，結(jié)合圖二說明其控制原理是在起鉆上提中，當液壓P進入W-350型指重表和電接點壓力表的懸重負荷增大到電接點壓力表的上限(1)控制點時，電接點壓力表給出一個電信號，使電壓放大器BG2工作，則繼電器J1工作，由于是起鉆，則鉆進或起鉆開關(guān)K2撥接于2端，使繼電器J2工作，開關(guān)J2閉合，引起繼電器JK工作，則開關(guān)JK1、JK2、JK3閉合，即通過揚聲器LB1和發(fā)光管SG1發(fā)出3秒鐘的聲、光信號，由于繼電器Jf工作，開關(guān)Jf1閉合后的控制原理與發(fā)生溜鉆時的情況相同。調(diào)節(jié)電位器R4達到控制剎車時間，一般在0.1～0.5秒之間為宜，最佳時間是0.2秒，從而實現(xiàn)高速或低速離合器放氣、絞車剎車，避免卡鉆事故。
三、在鉆井過程中，若遇頓鉆時，結(jié)合圖二說明其控制原理是當W-350型指重表的懸重急速減少到電接點壓力表的下限(3)時，同樣給出一個電信號，使電壓放大器BG1工作，繼電器J0工作，開關(guān)J0閉合后的控制原理與發(fā)生溜鉆的情況相同，達到防止發(fā)生頓鉆事故。
四、在正常鉆進中，當鉆壓未加足吊著鉆井時，結(jié)合圖二說明其控制原理是正常鉆進中，根據(jù)規(guī)定的鉆壓，液壓P進入W-350型指重表和電接點壓力表的懸重負荷在上限(1)控制點，加壓不足時將會發(fā)生吊著打井，同樣給出一個電信號，使電壓放大器BG2工作，繼電器J1工作，開關(guān)J1閉合，由于是在鉆進中，則K2接于1端，間隙振蕩器5G1555工作，通過LB2、SG2分別發(fā)出短叫聲和閃光信號，催促司鉆應加足鉆壓鉆進，實現(xiàn)均衡鉆井的目的。
五、在起鉆過程中，若遇高速起鉆碰天車時，結(jié)合圖二和圖五說明其控制原理是電控防碰天車單元由晶體管BG3電路、扭子開關(guān)K3和插座CKN組成;當接通K3，鉆進或起鉆開關(guān)K2常接點接于2端，同時將插銷SCN插入安在二層平臺上的電控防碰插座CKN中，此時因SCN的插入而使BG3截止，一旦起動游車碰著安裝在離天車上端6米左右處的細鋼絲繩時，插銷SCN就被拔出即晶體管BG3工作，繼電器J4工作，開關(guān)J4閉合，繼電器JK工作，開關(guān)JK1、JK2、JK3閉合后的控制原理與發(fā)生溜鉆的情況相同，達到電控防碰天車事故的目的。
六、本裝置通過從0～60Kg/cm2電接點壓力表(3)取得電信號，經(jīng)開關(guān)K4使BG4導通，繼電器J5工作，開關(guān)J5閉合，通過機械手(電磁鐵)(11、13)工作，實現(xiàn)控制PC-1500型等計算機的鍵盤，可直觀地顯示和打印鉆具立柱數(shù)、每根單桿和立柱的長度及下鉆深度、取下每柱鉆具的時間和起下鉆的總時間。
本發(fā)明的效果由于溜鉆、卡鉆、頓鉆、碰天車事故或者加壓不足吊著打井的情況在鉆井工作中是經(jīng)常發(fā)生的，要保證鉆井工作必須按照《安全、優(yōu)質(zhì)、高速》的要求進行，在國內(nèi)還無此類多功能安全鉆井自動控制裝置的情況下，本發(fā)明能夠達到有效地防止發(fā)生井下事故和碰天車事故。并且適用于各種鉆機在不改變鉆機結(jié)構(gòu)和氣動執(zhí)行機構(gòu)的條件下安裝使用。具體的效果是(一)、可以減少資金損失，例如，威62號井在深度為1405米處時，由于鍵槽嚴重卡鉆，在倒劃眼過程中扭斷鉆桿，造成頓鉆事故，費時十個月無法解決而報廢，損失資金120萬元，使用本發(fā)明裝置可減少這類經(jīng)濟損失;(二)、可以減少鉆機月?lián)p失費，由于上述井下事故的發(fā)生，輕者影響鉆機停工數(shù)天，重則數(shù)月，采用本裝置可以減少每臺鉆機月?lián)p失費15萬元的經(jīng)濟消耗;(三)、可以防止鉆井斜度過大的問題，如果鉆井的井身歪斜，就可能得出不真實的地質(zhì)資料，影響開發(fā)油氣田方案的實現(xiàn)。本發(fā)明還可以避免人身傷亡，是一種優(yōu)質(zhì)、安全、快速鉆井的保護裝置，具有功能齊全、結(jié)構(gòu)合理、安裝使用方便、控制靈敏可靠的特點，是提高企業(yè)鉆井經(jīng)濟效益的安全裝置。
圖1是多功能安全鉆井自動控制裝置的框圖。
圖2是多功能安全鉆井自動控制裝置的電原理圖，其中電磁閥采用吳忠儀表廠產(chǎn)的2CLR 1/2 型二位三通閥。
圖3是多功能安全自動控制裝置的氣動執(zhí)行機構(gòu)原理圖。
圖4是多功能安全鉆井自動控制裝置的外形結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是圖4的外形結(jié)構(gòu)圖的后視接線圖。
本發(fā)明實施例(一)、在原鉆機結(jié)構(gòu)不改變的情況下，將液壓管P連接在鉆機的W-350型指重表液壓管上。(二)、氣動執(zhí)行機構(gòu)的常閉電磁閥2CLR 1/2 -Ⅱ型的A點與鉆機控制臺絞車剎車氣路連接;常開電碰閥2CLR 1/2 -Ⅰ型QF點與鉆機控制臺轉(zhuǎn)盤離合器連接。(三)、按照圖5所示，電接點壓力表上限控制點(1)接主機1，電接點壓力表下限控制點(3)接主機3，電接點壓力表懸重壓力指針引線(2)接主機2，防碰天車12V電源線接主機4、6，常開、常閉電磁閥線圈接7、8。(四)、接通220伏交流電源，開關(guān)K1閉合。(五)、防止溜鉆，將鉆進、起鉆開關(guān)K2接到位置1端，本裝置為了確保防溜效果，避免跳鉆剎車，可將電接點壓力表上限接點撥到大于正常懸重5噸左右，并調(diào)節(jié)主機電位器R2的大小，一般控制最佳時間為0.8秒。(六)、防止卡鉆、頓鉆，將主機上的鉆進、起鉆開關(guān)K2扳到位置2端，電接點壓力表上限控制點調(diào)到略大于其原懸重幾噸，調(diào)節(jié)電位器R4的大小，一般控制在0.2秒為宜，這樣就可防止卡鉆;隨實際懸重的減少，每起鉆5柱左右應進行一次適當調(diào)小電接點壓力表上限控制點的懸重。(七)、電控防碰天車，一般宜將細鋼絲AB安在原鉆機機械式防碰天車下面一點，就可充分體現(xiàn)本裝置電控防碰天車的作用;若安在原鉆機機械防碰天車上面一點，它將起第二道防線的作用，當原鉆機防碰天車失靈時，本裝置電控防碰天車將起防碰作用。如果把扭子開關(guān)K3扳到開的位置，鉆進、起鉆開關(guān)K2接2端，電控防碰天車插座CKN安在鉆機小平臺上離天車頂端6米左右處，安裝有橫穿游動滑車的細軟鋼絲AB，A端固定在二層平臺，B端接插銷SCN并插入CKN中，當起動游車碰上該裝置電控防碰天車細鋼絲繩AB時，通過LB1、SG1發(fā)出聲、光報警，氣動執(zhí)行機構(gòu)同時動作剎車;如果在鉆進和起下鉆過程中，既未溜鉆、卡鉆、又未碰天車，而突然剎車，可把扭子開關(guān)K3扳到關(guān)的位置，這時若解除了剎車狀態(tài)，說明上面電控防碰插銷SCN被拔掉，應插上插銷，即可恢復正常，若插銷未被拔掉，剎車仍未解除，說明電控防碰天車已損壞，應關(guān)掉主機暫停使用。(八)、防止吊著打鉆，應根據(jù)正常鉆進中規(guī)定的鉆壓，將電接點壓力表上限控制點調(diào)到比正常懸重小3～4噸，當加壓不足吊著打鉆時，鉆進、起鉆開關(guān)K2接1端，揚聲器LB2和發(fā)光管SG2便會發(fā)出聲、光報警信號，此時司鉆應加足鉆壓進行鉆進，叫聲和閃光信號即可停止。(九)、在起下鉆中若要記錄起下鉆數(shù)據(jù)，可通過機械手(11、13)控制PC-1500計算機的鍵盤，將原始數(shù)據(jù)按順序輸入計算機中，就可自動打印出每起下一柱后的單根長度、立柱長度及起下一根立柱的時間、累計長度和累計時間以及倒換鉆具時進行時效對比分析等。
權(quán)利要求
1.一種多功能安全鉆井自動控制裝置。由懸重指重表、信號控制器、聲光報警顯示器、整流電源、電磁閥氣功執(zhí)行機構(gòu)及微型計算機組成，其特征是原鉆機液壓指重表的懸重管與電接點壓力表管連接，由電接點壓力表的上、下限接點控制，指針隨懸重量大小變化，當接觸上限或下限時便產(chǎn)生一個電信號，輸入信號控制器，通過聲、光報警顯示器和電磁閥氣動執(zhí)行機構(gòu)作用的控制裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的控制裝置，其特征是信號控制器BG1、BG2中調(diào)節(jié)電位器R2、R4的大小能夠控制剎車的時間，一般調(diào)在0.4～1秒和0.1～0.5秒之間為宜，最佳剎車時間為0.8秒和0.2秒的電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的控制裝置，其特征是電控防碰天車單元由晶體管BG3電路、扭子開關(guān)K3和插座CKN、插銷SCN組成，在沒有發(fā)生高速起車碰天車時，BG3截止，一旦起動游車碰著安裝在距離天車上端6米左右處的細鋼絲繩AB時，插銷SCN被拔出，晶體管BG3工作的電路裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的控制裝置，其特征是鉆進過程中未加足規(guī)定的鉆壓吊著鉆井時，由于鉆進或起鉆開關(guān)K2的常接點接于1端，間隙振蕩器5G1555工作，通過揚聲器LB2、發(fā)光管SG2分別發(fā)出短叫聲和閃光的電路裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的控制裝置，其特征是在鉆井過程中遇卡鉆、頓鉆或發(fā)生溜鉆時，由于開關(guān)J0或開關(guān)J2閉合，使繼電器JK工作，開關(guān)JK1閉合，通過LB1和SG1發(fā)出3秒鐘的聲、光報警顯示信號，開關(guān)JK2閉合，使延時3秒鐘的時間繼電器Jt工作、開關(guān)Jt1閉合，繼電器Jm工作，開關(guān)Jm斷路的繼電器邏輯電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的控制裝置，其特征是由于開關(guān)JK3閉合，則繼電器Jf工作，開關(guān)Jf1閉合，即電磁閥線圈DZ1、DZ2工作，使9～10Kg/cm2的壓縮空氣氣源通過防爆電磁閥2CLR 1/2 -Ⅰ型的QF端去控制高速或低速離合器放氣使鉆機絞車剎車、轉(zhuǎn)盤停止轉(zhuǎn)動，通過防爆電磁閥2CLR 1/2 -Ⅱ型的A端去控制原鉆機壓縮機氣缸停止工作的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的控制裝置，其特征是從0～60Kg/cm2電接點壓力表(3)取得電信號，經(jīng)開關(guān)K4使BG4導通，繼電器J5工作，開關(guān)J5閉合，通過機械手(11、13)工作實現(xiàn)控制PC-1500型等計算機鍵盤的裝置。
專利摘要
一種多功能安全鉆井自動控制裝置，由懸重壓力信號發(fā)生器、信號控制器、聲光報警顯示器、整流電源、電磁閥氣動執(zhí)行機構(gòu)及微型計算機構(gòu)成，適用于F320—3DH型、F200—2DH型、大慶I—130型等多種油、氣田、地質(zhì)鉆機在鉆井過程中防止發(fā)生溜鉆、頓鉆、卡鉆或碰天車事故，在原鉆機結(jié)構(gòu)和氣動執(zhí)行機構(gòu)不變條件下安裝使用，具有功能齊全、結(jié)構(gòu)合理、控制靈敏可靠的特點。是一種優(yōu)質(zhì)、安全、快速鉆井的保護裝置，也是避免人身傷亡和提高鉆井經(jīng)濟效益的安全裝置。
文檔編號E21B44/00GK87107391SQ87107391
公開日1988年5月25日 申請日期1987年12月7日
發(fā)明者張側(cè)仁 申請人:四川石油管理局川西南礦區(qū)導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan