一种钻井教学模型系统的制作方法

本实用新型涉及一种钻井教学模型系统。

背景技术：

一般钻井实习的项目有：钻井现场认识实习，场地工、内钳工、外钳工、井架工、副司钻、司钻的基本操作实习等，较早期的教学方式是到石油钻井现场实习，让学习者在对整个石油钻井现场形成感性认识的基础上，针对各个工种进行实际操作实习。由于石油钻井现场作业基地是一个生产单位，对他们来说，时间就是效益，所以工作比较繁忙，对参加实习的学习者无暇顾及，造成学习者对石油钻井现场认识不充分，存在安全隐患；或注意到安全问题后，作业现场规定学习者只许参观不许操作，造成现场实习效果不佳。另外，现场实习场地大、钻井设施范围广，使学习者无法弄清石油钻井作业的各工艺过程，将理论与实际结合起来，造成实习时间长，实习费用高的弊端。

有鉴于此，特提出本实用新型。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本实用新型的第一目的在于提出一种钻井教学模型系统。具体技术方案如下：

一种钻井教学模型系统，包括：微型钻井模型，其包括模型机体和控制界面，所述模型机体上设置有液气分离器模型、套管头模型、远程控制台模型、平行闸板阀模型、单流阀模型、节流阀模型、防喷器模型，所述节流阀模型、平行闸板阀模型、防喷器模型上设有动作指示灯，所述动作指示灯的点亮方向与上述阀体内的真实流体走向相同，所述控制界面与所述平行闸板阀模型、单流阀模型、节流阀模型、防喷器模型无线连接；模拟操作演示装置，其包括司钻控制台、顶驱控制台、防喷器控制台、节流控制箱、远程控制台、管汇控制台、处理器及音频播放装置，所述数据处理装置与所述司钻控制台、顶驱控制台、防喷器控制台、节流控制箱、远程控制台、管汇控制台及音频播放装置相连接；钻井教学模型，其包括：井架，设在井架顶部的天车，设在天车下部且与天车相连的游车，与游车相连的钻杆，设在钻杆顶部的顶驱，与所述天车、游车、顶驱相连接的井控系统，安装在地基上的绞车；所述天车、游车、顶驱、钻杆及绞车上均安装有传感器。

根据本实用新型提供的钻井教学模型系统，通过微型钻井模型和模拟操作演示装置可以使得实习人员充分了解钻机系统的各个操作步骤，再通过钻井教学模型实际操作，进一步提高熟练度，使学习者能免除现场实习认识不充分，不安全，操作受限制，实习时间长，实习费用高的困境，避免操作钻井模拟器让学习者无法实现实习的真实性，无法全面认识各钻井设备的工作原理的缺点，使学习者对石油钻井作业的工艺过程一目了然，对石油钻井系统的设备工作原理充分认识，对各操作工种进行实际操作训练，以提高学习效率。

另外，根据本实用新型提供的一种钻井教学模型系统还具有以下附加技术特征：

根据本实用新型的一个示例，所述模拟操作演示装置包括全尺寸钻井与井控模拟器和/或便携式钻井与井控模拟器，所述全尺寸钻井与井控模拟器包括司钻操作椅司钻控制台、顶驱控制台、防喷器控制台、节流控制箱、远程控制台、管汇控制台、处理器及音频播放装置、激光打印机，所述全尺寸钻井与井控模拟器的音频播放装置包括音效播放装置和显示装置，所述显示装置为显示屏或VR设备；所述便携式钻井与井控模拟器包括：可识别自然手势和便携式控制台的虚拟现实头显装备，与便携式司钻操作台、便携式顶驱控制台、便携式防喷器控制台、便携式节流控制箱、便携式管汇控制台相连的操作手柄和工作站。

根据本实用新型的一个示例，所述天车包括主滑轮、快绳滑轮、滑轮座和天车栏杆，所述滑轮座和天车栏杆焊接在所述井架顶部，所述主滑轮和快绳滑轮安装在滑轮座上且通过绳体相连，所述快绳滑轮的直径大于所述主滑轮的直径。

根据本实用新型的一个示例，所述绞车包括绞车架、滚筒轴总成、变频电机、减速箱、辅助刹车、过卷阀防碰装置、弹簧式排绳器、数码防碰天车，所述绞车架的左右轴承座安装有所述滚筒轴总成，所述滚筒轴总成右端安装有辅助刹车，左端通过离合器与安装在电机支座的电机减速箱连接，所述滚筒轴总成包括滚筒轴、滚筒、刹车盘、滚筒轴两端的轴承座、安装在轴承座上的轴承，所述滚筒为光面组焊结构，滚筒右侧设有快绳固定装置，所述滚筒左侧安装有刹车盘，右侧设有快绳固定装置。

根据本实用新型的一个示例，所述游车和所述顶驱集成一体，所述游车包括滑轮座、安装在滑轮座上的滑轮组、与所述滑轮组相配合的销轴；所述顶驱包括主轴、电机、减速箱、滑车、背钳及吊环，所述电机与所述减速箱相连接，所述减速箱连接有所述主轴。

根据本实用新型的一个示例，所述井控系统包括液压系统、电控系统及气控系统。

根据本实用新型的一个示例，所述液压系统包括为各部件提供液压源的液压站、用于输送液压的管路系统及与各部件相连接的控制装置，所述液压站，所述液压站包括电机泵组、油箱总成、冷却过滤模块、高压过滤模块及配电柜。

根据本实用新型的一个示例，所述电控系统包括操作台、配电系统、PLC系统，所述操作台分别连接有PLC系统和配电系统，所述操作台包括触摸屏、操作手柄、指示灯、开关、报警器、电磁阀、气控制阀及仪表装置；所述PLC系统包括相连接的信号采集装置和处理器，所述信号采集装置与所述天车、游车、顶驱、绞车上的传感器相连接，所述信号采集装置还连接有所述触摸屏、操作手柄、指示灯、开关、报警器、电磁阀、气控制阀，所述PLC系统还连接有所述液压系统、气控系统及音频播放装置。

根据本实用新型的一个示例，所述气控系统包括相连接的空气压缩机和气源处理装置，所述气源处理装置通过管路连接有各使用单元。

根据本实用新型的一个示例，所述井架为桁架式结构，所述井架的侧部安装有爬梯或升降梯。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是本实施例的钻井教学模型系统的模拟操作演示装置示意图；

图2是本实施例的钻井教学模型系统的井架结构示意图；

图3是本实施例的钻井教学模型系统的顶驱结构示意图；

图4是本实施例的钻井教学模型系统的绞车传动原理图；

图5是本实施例的钻井教学模型系统的操作台结构示意图；

图6是本实施例的钻井教学模型系统的钻井教学模型的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图来详细描述根据本实用新型的一种钻井教学模型系统。

结合附图1-6所示，本实施例提供了一种钻井教学模型系统，包括：微型钻井模型、模拟操作演示装置和钻井教学模型。

微型钻井模型(图中未示出)包括模型机体和控制界面，模型机体上设置有液气分离器模型、套管头模型、远程控制台模型、平行闸板阀模型、单流阀模型、节流阀模型、防喷器模型，节流阀模型、平行闸板阀模型、防喷器模型上设有动作指示灯，动作指示灯的点亮方向与上述阀体内的真实流体走向相同，控制界面与平行闸板阀模型、单流阀模型、节流阀模型、防喷器模型无线连接；微型钻井模型参照产品实物按比例制作，可适当调节局部零部件制作比例，实现协调美观，各部件结构牢固；采用精细制作，外观、结构、演示动作及局部场景尽可能反映实物工况及工作状态，其材质优选为安全环保材料，主体材质为进口高耐力工程塑料ABS、传动部分采用金属构件、其他部件为合金、木材等，模型油漆全部采用汽车油漆喷涂，表面光滑、光亮，提升模型的金属质感控制界面美观易于操作，包含电源、灯光和动作机械开关按键。另外还可以是Android平板电脑界面，编写app控制软件，通过蓝牙接口，与模型之间无线连接，用平板电脑来操作模型动作。

如图1所示，模拟操作演示装置包括司钻控制台1、顶驱控制台2、防喷器控制台3、节流控制箱4、远程控制台5、管汇控制台6、数据处理装置7及音频播放装置8，数据处理装置7与司钻控制台1、顶驱控制台2、防喷器控制台3、节流控制箱4、远程控制台5、管汇控制台6及音频播放装置8相连接。

具体的，本实施例的模拟操作演示装置可分为全尺寸钻井与井控模拟器和便携式钻井与井控模拟器，全尺寸钻井与井控模拟器包括司钻操作椅司钻控制台、顶驱控制台、防喷器控制台、节流控制箱、远程控制台、管汇控制台、处理器及音频播放装置、激光打印机，全尺寸钻井与井控模拟器的音频播放装置包括音效播放装置和显示装置，显示装置为显示屏或VR设备；便携式钻井与井控模拟器包括：可识别自然手势和便携式控制台的虚拟现实头显装备，与便携式司钻操作台、便携式顶驱控制台、便携式防喷器控制台、便携式节流控制箱、便携式管汇控制台相连的操作手柄和工作站。上述两种模拟器可独立使用，亦可在虚拟空间内进行钻井及井控操作模拟训练，模拟各种环境作业，如沙漠钻井、高寒地带钻井或海洋平台。具有云端后台，设备参数信息可以在任何地点进行使用和授权的更新；远程视频功能，培训部可以通过安装在培训中心的远程摄像头进行电话会议，查看学员培训上课情况并支持在手机app中查看。当然，也可将全尺寸模拟器与便携式培训装置配合同时使用，可以在异地采用便携式培训装备进行教学培训。

如图2-5所示，本实施例的钻井教学模型包括：井架9，设在井架9顶部的天车10，设在天车10下部且与天车相连的游车11，与游车相连的钻杆12，设在钻杆12顶部的顶驱13，与天车10、游车11、顶驱13相连接的井控系统，安装在地基上的绞车14，有利的，在天车、游车、顶驱、钻杆及绞车上均安装有传感器9(未示出)。

钻井教学模型系统采用机电液数字一体化设计，可满足多种钻井工况的模拟实验条件及要求。钻井教学模型系统具有技术先进、安全可靠、控制精准、操作方便等特征。钻井教学模型的操作控制通过上述的司钻控制台来实现，操作台采用一体化设计，操作简单、方便、舒适、安全。配套模拟仿真演示系统，通过大屏幕液晶显示系统显示操作动画原理与指示，用教学动画形式来演示游吊系统、顶驱系统、盘刹、电磁刹车的工作动作画面及指示绞车的三重保护动作。采用LED流水灯带模拟指示刹车的油路、气路走向。

如图2所示，本实施例的井架9为桁架式结构，满足最大钩载的同时，最大限度的减轻了重量，井架9外侧有梯子901可爬至天车顶部，绞车14可实现起下顶驱操作模拟以及钻修井绞车的操作模拟，电动顶驱可实现旋转钻进操作模拟。

具体的，本实施例的天车(图中未示出)包括主滑轮、快绳滑轮、滑轮座和天车栏杆，滑轮座和天车栏杆焊接在井架顶部，主滑轮和快绳滑轮安装在滑轮座上且通过绳体相连，快绳滑轮的直径大于主滑轮的直径。

具体的，本实施例的绞车14包括绞车架、滚筒轴总成、变频电机1401、减速箱1402、辅助刹车、过卷阀防碰装置、弹簧式排绳器、数码防碰天车，绞车架的左右轴承座安装有滚筒轴总成，滚筒轴总成右端安装有辅助刹车，左端通过离合器与安装在电机支座的电机减速箱连接，滚筒轴总成包括滚筒轴、滚筒、刹车盘、滚筒轴两端的轴承座、安装在轴承座上的轴承，滚筒为光面组焊结构，滚筒右侧设有快绳固定装置，滚筒左侧安装有液压盘刹1403和气动盘刹1404，右侧设有快绳固定装置。如图4所示，变频电机1401通过减速箱1402提供动力，动力经气动离合器驱动滚筒转动。并滚筒的右侧配套气动盘刹1404模拟辅助刹车

具体的，如图3所示，本实施例的游车11和顶驱13集成一体化集成设计，并安装在井架9上，游车由滑轮座、滑轮组、销轴等组成。每个轴承都有单独的润滑通道，通过安装在滑轮轴端部的油杯分别进行润滑。滑轮轮槽的表面区域进行硬化处理。顶驱主要由变频电机、箱体、滑车、背钳、吊环等部件组成。顶驱为单轴模拟无级调速电动顶驱，由1台1.5kw变频电机通过减速箱提供动力，模拟实现钻井顶驱的旋转钻进功能。

具体的，本实施例的井控系统包括液压系统、电控系统及气控系统。液压系统包括为各部件提供液压源的液压站、用于输送液压的管路系统及与各部件相连接的控制装置，液压站，液压站包括电机泵组、油箱总成、冷却过滤模块、高压过滤模块及配电柜。

电控系统包括操作台、配电系统、PLC系统，操作台分别连接有PLC系统和配电系统，如图5所示，操作台采用不锈钢材质，配备手柄、触摸屏、指示灯、选择开关、按钮急停开关、声光报警器、电磁阀和气控制阀等，触摸屏包括操作界面、报警窗口、显示界面(实时显示各传感器数值、各部件状态、工作流程)。采用机械阀、气控阀和电磁阀，坚固耐用，性能稳定可靠，适合恶劣环境，应用范围广。操作台上的仪表系统包括安装指重表、立管压力表、转盘扭矩表，柴油机钻速表，主气源压力表，锁档压力表，高低速压力表等仪表。其中指重表、立管压力表、转盘扭矩表，柴油机钻速表只安装表盘，不采集数据，具体由PLC系统模拟实现。另外柴油机系统、泵组、电磁刹车系统、视频系统、通讯系统等只安装台面设备，不接线，不做实际控制。PLC系统包括相连接的信号采集装置和处理器，信号采集装置与天车、游车、顶驱、绞车上的传感器相连接，信号采集装置还连接有触摸屏、操作手柄、指示灯、开关、报警器、电磁阀、气控制阀，另外，PLC系统还连接有液压系统、气控系统及音频播放装置，PLC系统采集到的钻井教学模型的动作信息可以在音频播放装置中显示，使得学习者能够直观的观察和学习机器的操作流程和动作规范。

具体的，本实施的气控系统(未示出)包括相连接的空气压缩机和气源处理装置，气源处理装置通过管路连接有各使用单元。

综上所述，根据本实用新型提供的钻井教学模型系统，通过微型钻井模型和模拟操作演示装置可以使得实习人员充分了解钻机系统的各个操作步骤，再通过钻井教学模型实际操作，进一步提高熟练度，使学习者能免除现场实习认识不充分，不安全，操作受限制，实习时间长，实习费用高的困境，避免操作钻井模拟器让学习者无法实现实习的真实性，无法全面认识各钻井设备的工作原理的缺点，使学习者对石油钻井作业的工艺过程一目了然，对石油钻井系统的设备工作原理充分认识，对各操作工种进行实际操作训练，以提高学习效率。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。