[发明专利]顶部驱动钻井设备及其控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及石油开采技术，具体涉及一种顶部驱动钻井设备及其控制系统。

背景技术

顶部驱动钻井设备是一种可以直接从井架空间上部直接旋转钻柱，并沿井架内专用导轨向下送进，完成钻柱旋转钻进，循环钻井液、接单根、上卸扣和倒划眼等多种钻井操作的钻井机械设备。

为了控制顶部驱动钻井设备进行工作，如图1所示，在地面上设置有电控房和液压源，在电控房内设置有远程控制器，位于井架底座的司钻房内设置有司钻房控制器，位于井架上的顶驱本体上设置有顶驱控制器；实际上，远程控制器用于控制整个顶部驱动钻井设备进行钻井作业，操作人员在电控房内通过远程控制器进行操控，司钻房控制器仅用于在司钻房与电控房之间收发指令，顶驱控制器仅用于在顶驱本体与电控房之间收发指令。顶驱本体与电控房之间的指令通过电缆传输，而在顶驱本体移动过程中，电缆需要跟随顶驱移动；由于工作环境恶劣，现有的控制系统容易出现故障，导致顶部驱动钻井设备工作效率下降。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种用于顶部驱动钻井设备的控制系统，利用该控制系统可以降低顶部驱动钻井设备的故障率，提升工作效率。在此基础上，本发明还提出一种顶部驱动钻井设备。

作为第一方面，本发明提出一种用于顶部驱动钻井设备的控制系统；该控制系统包括远程控制器、司钻房控制器、顶驱控制器、三根一级总线及至少两根二级总线，所述远程控制器与司钻房控制器之间、远程控制器与顶驱控制器之间、司钻房控制器与顶驱控制器之间分别通过一级总线连接；所述远程控制器与司钻房控制器之间、远程控制器与顶驱控制器之间还分别通过二级总线连接；

在第一工况下，所述司钻房控制器、顶驱控制器分别通过一级总线直接与远程控制器传输数据；在第二工况下，所述司钻房控制器通过一级总线直接与远程控制器传输数据，所述顶驱控制器经过司钻房控制器间接与远程控制器传输数据；在第三工况下，所述顶驱控制器通过一级总线直接与远程控制器传输数据，所述司钻房控制器经过顶驱控制器间接与远程控制器传输数据；在第四工况下，二级总线代替一级总线传输数据。

优选地，所述顶驱控制器用于控制顶驱本体。

优选地，所述司钻房控制器用于控制司钻操作台信号的逻辑控制。

优选地，所述远程控制器、司钻房控制器和顶驱控制器均设置有输入输出端口。

优选地，所述远程控制器、司钻房控制器和顶驱控制器均配置有人机交互设备，所述远程控制器、司钻房控制器和顶驱控制器通过输入输出端口与人机交互设备连接。

优选地，所述司钻房控制器与顶驱控制器之间还通过一根二级总线连接。

作为第二方面，本发明提出一种顶部驱动钻井设备，该顶部驱动钻井设备包括井架、司钻房、顶驱本体、电控房及上述任意一项的控制系统，所述顶驱本体设置于井架上，所述顶驱控制器设置在顶驱本体上，所述司钻房控制器设置在司钻房内，所述远程控制器设置在电控房内。

本发明提出的控制系统包括远程控制器、司钻房控制器、顶驱控制器、三根一级总线和及三根二级总线，每两个控制器之间不仅通过一根一级总线连接，还通过一根二级总线连接，并且三个控制器之间连接形成环路。该控制系统的工作原理如下：正常情况下，司钻房控制器、顶驱控制器分别通过一级总线直接与远程控制器传输数据；当司钻房控制器与远程控制器之间的一级总线出现故障时，司钻房控制器就经过顶驱控制器间接与远程控制器传输数据；当顶驱控制器与远程控制器之间的一级总线出现故障时，顶驱控制器就经过司钻房控制器间接与远程控制器传输数据；当两根或三根一级总线出现故障时，相应位置的二级总线代替一级总线进行数据传输。

与现有技术相比，该控制系统可以在部分线路出现故障时仍然能够保持正常工作，降低线路故障对正常工作的影响，提高顶部驱动钻井设备的生产效率。

另外，在优选的技术方案中，顶驱控制器对顶驱本体具有独立控制能力，且司钻房控制器对司钻房内的设备具有独立控制能力，可以减少与远程控制器之间的数据传输。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明第一实施例提供的控制系统的结构框图；

图2为图1所示的控制系统在第一工况下的工作原理框图；

图3为图1所示的控制系统在第二工况下的工作原理框图；

图4为图1所示的控制系统在第三工况下的工作原理框图；

图5为图1所示的控制系统在第四工况下的工作原理框图之一；