液压绞车自动送钻控制系统及其自动送钻控制方法与流程

本发明涉及钻机领域，尤其是涉及一种石油钻机液压绞车自动送钻控制系统及自动送钻控制方法。

背景技术：

液压石油钻机绞车随着石油钻探行业发展及钻井方法、钻井工艺的出现而产生，又随着钻井技术的发展而发生相应变化；近年来，液压石油钻机自动化、数字化、智能化和信息化水平快速发展；在石油钻机深井钻探中，钻压力控制对保护钻具、提高钻进效率、防止钻井事故、降低工人劳动强度等方面都很重要；而控制钻压力是自动送钻的前提，钻压力控制的好，自动送钻效果就好，可以大大减轻司钻工的劳动强度，并能减少司钻工数量；因此钻压力控制是石油钻机的一个核心技术。

现在常用的钻机钻压力控制方式有：单独配置小功率的变频送钻电机，该电机通过大减速比机构与主变速箱相连；通过调节送钻电机电压频率与电压值以调节送钻电机的转速与制动力矩来实现钻压力控制与自动送钻；该方法适应于普通电驱绞车，钻压力控制比较稳定；缺点是：1)自动送钻技术复杂，流程长，重量较大，增加了减速机的复杂性；2)变频器和防爆电机的成本比较高；3)增加了防爆安全风险。

采用主变频电机送钻；绞车的主电机采用防爆电机，配备大功率变频器；调节方法同上；该方法适用于采用变频电机驱动的绞车，钻压力控制也比较稳定；缺点是成本偏高，增加防爆安全风险。

采用直流主电机送钻，靠调节直流电机的速度与控制力矩来实现钻压力控制与自动送钻；该方法适用于采用直流电机驱动的绞车，钻压力控制比较稳定；缺点是成本偏高，增加防爆安全风险。

采用调节机械盘刹制动力来实现钻压力控制与自动送钻；优点是成本相对低廉；缺点是：1)靠调节摩擦盘制动力来实现钻压力控制，钻压力控制精度不高；2)钻压力控制精度不高，送钻自动化就受到限制，司钻工操作劳动强度就大；3)整个送钻过程中，摩擦盘都处于制动状态，摩擦盘容易磨损，制动片容易发热，又增加了防爆安全风险。需要配备水冷系统及时散热；4)不能实现应急提升功能。

采用调节伊顿刹车制动力来实现钻压力控制与自动送钻；该方法与盘刹一样都是靠调节机械制动力来是实现；所不同的是盘刹靠调节油缸力来调节摩擦片的制动力，而伊顿刹车是靠调节气缸力来调节制动力实现钻压力控制与自动送钻。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术中的缺点和不足，提出一种液压绞车自动送钻控制系统，该液压绞车自动送钻控制系统通过比例减压阀和蓄能器调节的钻压力反馈的闭环控制，实现了液压石油钻机绞车送钻的自动化控制、操作简单、方便、迅速省力、成本低，可以远距离进行精确的控制，避免了防爆安全风险，提高了系统的钻速的稳定性。

本发明的另一目的在于提供了一种基于上述控制系统的液压绞车自动送钻控制方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：液压绞车自动送钻控制系统，主要由设置在绞车和钻具之间的拉力传感器，钻压调节器以及油泵、比例减压阀和蓄能器构成；所述拉力传感器连接有钻压调节器，所述钻压调节器与油泵和比例减压阀相连，且油泵与绞车马达相连，马达有多个组成，对称布置在绞车滚筒两端，通过一级减速器直接驱动绞车滚筒转动，带着钢丝绳卷绕。

所述拉力传感器通过a/d变换器与钻压调节器相连。

所述油泵和绞车马达之间设置有比例减压阀和蓄能器。

所述拉力传感器连接钢丝绳，该钢丝绳为快绳，且该钢丝绳的另一端设置在绞车和提升钻具的滑轮组之间。

基于以上控制系统的自动送钻控制方法，其特征在于，包括以下步骤；a)首先，通过设置在绞车和提升钻具的滑轮组之间的拉力传感器检测信号，然后反馈到钻压调节器。

b)其次，钻压调节器根据拉力传感器检测到的信号，经a/d变换器变换后与钻压设定值比较。

c)再者，根据上述比较结果，通过调节泵的排量和比例减压阀出口压力，以此可以调节绞车马达进口的压力，从而调节钻压。

d)最后，绞车马达通过一级减速器带动绞车滚筒旋转，带动钢丝绳卷绕，最终实现石油钻机自动送钻。

所述油泵启动方法为与油泵压力口相连接的蓄能器压力升高后，以最小排量启动，待有绞车卷扬升、降或转盘钻机的指令时再给油泵组得电。

所述绞车马达的启动方法为，与泵压力口相连接的蓄能器压力升高后，以最大排量启动。

本发明现有技术相比具有以下优点：综上，该液压绞车自动送钻控制系统通过比例减压阀和蓄能器的调节的钻压力反馈的闭环控制，实现了液压绞车送钻的自动化控制、操作简单、方便、迅速省力、成本低，可以远距离进行精确的控制，避免了防爆安全风险，实现钻机恒钻压控制，保证钻进平稳无卡钻，提高了系统的钻速的稳定性。

本发明的技术方案相对于传统的调节机械制动力去控制钻压力的技术方案，本发明技术方案不需要单独增加散热。控制精度高，自动送钻效果好，可以减轻司钻工的劳动强度。

本发明的技术方案相对于采用电机变频控制钻压的技术方案，本发明的技术方案自动送钻流程短、成本低，控制简单，没有防爆安全风险。

下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的控制系统示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。

实施例：本发明涉及的石油钻机绞车自动送钻控制系统如图1所示，主要由设置在绞车和钻具之间的拉力传感器，钻压调节器以及油泵、比例减压阀和蓄能器构成。所述拉力传感器连接有钻压调节器，所述钻压调节器与油泵和比例减压阀相连，且油泵与绞车马达相连，马达有多个组成，且对称布置在绞车滚筒两端，通过一级减速器直接驱动绞车滚筒旋转，带动钢丝绳卷绕。

所述拉力传感器通过a/d变换器与钻压调节器相连。

所述拉力传感器连接钢丝绳，且该钢丝绳的另一端设置在绞车和提升钻具的滑轮组件之间，所述钢丝绳是快绳端。

本发明的控制原理：拉力传感器将快绳端拉力传感器送来的液压力变为电信号，并与plc模拟输入口相连；plc对其进行a/d采样，并将其进行标度变换后与给定钻压值比较，比较后的偏差进入钻压调节器，调节器输出的钻压信号与给定钻压值比较形成新的偏差，给钻压调节器提供输入信号；钻压调节器与油泵和比例减压阀相连，通过调节比例减压阀出口压力和泵的排量，驱动绞车马达转动带动绞车滚筒旋转，带动钢丝绳卷绕从而带动钻具移动，而钻具的移动作用于快绳，引起钻压的变化，从而改变了钢丝绳快绳拉力；因此，钢丝绳快绳拉力直接反应了钻压的大小。

基于上述控制系统的自动送钻控制方法，包括以下步骤。

a)首先，通过设置在绞车和钻具之间的拉力传感器检测信号，然后反馈到钻压调节器。

b)其次，钻压调节器根据拉力传感器检测到的信号，经a/d变换器变换后与钻压设定值比较。

c)再者，根据比较结果，通过调节泵的排量和比例减压阀出口压力，以此可以调节绞车马达进口的压力，从而调节钻压。

d)最后，绞车马达带动绞车滚筒旋转，带动钢丝绳卷绕从而带动钻具移动，最终实现石油钻机自动送钻。

所述油泵启动方法为与油泵压力口相连接的蓄能器压力升高后，以最小排量启动，待有绞车卷扬升、降或转盘钻机的指令时再给油泵组得电。

所述绞车马达的启动方法为，与油泵压力口相连接的蓄能器压力升高后，以最大排量启动。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质，对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换等，均仍包含在本发明的保护范围之内。