[发明专利]一种监测顶部驱动钻井装置吊环状态的方法以及系统

说明书

本发明提供一种监测顶部驱动钻井装置吊环状态的方法以及系统，在顶部驱动钻井装置的液压系统的管路上安装流量传感器，所述的方法包括：所述的流量传感器测量顶部驱动钻井装置中液压系统的液压缸内液压油的流量；所述的流量传感器将所述的流量转化为电信号；所述的流量传感器将所述的电信号发送至可编程逻辑控制器PLC；所述的PLC根据所述的电信号确定出吊环状态。不需要对顶部驱动钻井装置本体进行任何改造，仅通过在顶部驱动钻井装置的液压系统的管路上安装流量传感器，用来测量顶部驱动钻井装置中液压系统的液压缸内液压油的流量，将流量转换为电信号输出至PLC，PLC根据电信号确定出吊环状态，实现了对吊环倾斜状态的实时监测。

技术领域

本发明关于石油天然气钻井技术领域，特别是关于顶部驱动钻井装置的监测技术，具体的讲是一种监测顶部驱动钻井装置吊环状态的方法以及系统。

背景技术

目前，顶部驱动钻井装置(简称顶驱装置或称顶驱)已逐渐取代了传统的转盘钻井方式，成为集机电液于一体、操作便捷、安全高效的新型石油钻井装备。

顶驱液压系统是顶部驱动钻井装置的重要组成部分，其包括主体重量平衡、上卸扣、背钳夹紧与松开、吊环倾斜与浮动、回转头旋转与锁紧、IBOP打开与关闭、主电机制动与松开等在内的操作功能，均由液压传动控制实现。在接收到电气系统的控制指令时，作为液压系统执行机构的液压缸、液压马达将液体压力能转换为机械能，带动机械结构完成各种动作。

由此可见，顶部驱动钻井装置执行液压动作的过程是集合了机械结构、电气控制、液压系统于一体的复杂过程，对于液压动作执行期间的现场设备和人员的安全性问题不容忽视。譬如，当司钻上提游车时，若顶部驱动钻井装置的吊环处于倾斜状态，伸出的吊环有可能撞击二层台或安装在井架上的其它设备，甚至危及人身安全。因此，井场操作规范中规定“上提顶驱时吊环必须处于浮动状态”。又如，当钻进过程下放到接近钻台面时，司钻一般会将顶驱吊环倾斜到最大角度再继续下放游车，以延长每根钻杆的有效进尺，这种情况下，若顶驱吊环仍处于浮动状态而没有伸出，则有可能撞击钻台面。再如，当顶驱吊环处于倾斜状态时，若司钻通过旋转回转头以调整吊卡抓取钻具的角度，则同样存在撞击二层台和伤及人身的安全隐患。

现有技术中解决上述问题的做法主要包括如下几类：

1、从人员管理角度出发，加强司钻的安全意识。譬如，要求司钻在操作设备前注意观察周围环境，以此避免碰撞设备或人员事故的发生。但是，操作者视觉死角、疲劳疏忽等现实问题仍然在所难免。因此，此类方法只能从一定程度上减少类似事故的发生而无法从本质上解决问题。

2、在井架、钻台面等位置安装传感器，划分出警示区域并检测顶驱本体的位置，通过声音报警提醒司钻注意观察设备当前状态以及周围环境。借助这种方法，能够适时提高司钻的警觉性，却仍然无法对顶驱吊环、回转头等机械结构的实际位置、状态给出确切的报警提示。因此，在解决诸如顶驱装置吊环碰撞二层台或钻台面等问题方面的实际效果同样不甚理想。

3、从电气控制角度出发，设置程序连锁。譬如，前倾之后必须回中位才能后倾、不允许吊环倾斜与回转头旋转操作同时进行等。虽然可以起到一定的预防作用，却无法快速响应和应对复杂多变的钻井现场工况，在灵活性和适用性方面不甚理想。

综上所述，避免吊环倾斜损坏设备、碰伤人员及类似问题的现有解决方法，虽然在现场应用中发挥了一定的积极效果，但各自存在着技术缺陷，均不能很好地解决实际问题。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种监测顶部驱动钻井装置吊环状态的方法以及系统，不需要对顶部驱动钻井装置本体进行任何改造，仅通过在顶部驱动钻井装置的液压系统的管路上安装流量传感器，用来测量顶部驱动钻井装置中液压系统的液压缸内液压油的流量，将流量转换为电信号输出至PLC，PLC根据电信号确定出吊环状态，实现了对吊环倾斜状态的实时监测。