專利名稱：一種司鉆控制裝置、系統及方法
技術領域：
本發明涉及石油鉆采設備領域，更具體的說，是涉及一種司鉆控制裝置、系統及方法。
背景技術：
隨著電力電子技術的發展，特別是大規模集成電路和計算機控制的出現，高性能交流調速系統應運而生，石油鉆機變頻器已成為發展趨勢，現在已大量應用到石油鉆井平臺上。而在石油鉆井現場，對石油鉆機變頻器的控制以及和主站PLC進行通訊則是通過司鉆控制裝置來完成的。現有的技術中主要有三種司鉆控制裝置，一種裝置是采用隔爆型無冗余防爆技·術，采用PLC的遠程IO對相關的控制信號采集和處理，同時顯示相關轉速、電流信號的裝置。但是這種裝置無冗余，在鉆井要求精度高的情況下，不具有非常高的可靠性，同時隔爆型在裝置發生漏氣等故障時，不具有智能指示功能，因此不具有防爆功能。另外一種裝置是采用冗余IO對相關信號進行采集和處理。但是這種裝置不具有防爆功能，容易造成安全風險。第三種裝置是采用隔爆型，PLC遠程IO與模擬量硬線控制的冗余裝置。但是這種裝置要求具有兩套操作面板按鈕及顯示儀表，操作面板的體積過大。在進行石油鉆井的過程中，操作人員操作司鉆控制裝置操作面板上的操作按鈕控制鉆井過程，同時觀察司鉆控制裝置操作面板上儀表顯示的各項數值控制鉆具的下放速度，以及調節鉆壓的大小。由此可見，上述三種司鉆控制裝置在鉆井的過程中不能同時具備防爆與冗余功能，其安全性低、可靠性小，同時在鉆井的過程中增加了操作人員的工作負擔因此降低了鉆井的工作效率。
發明內容
有鑒于此，本發明提供了一種司鉆控制裝置、系統及方法，以克服現有技術中的司鉆控制裝置安全性低、可靠性小，鉆井工作效率低的問題。為實現上述目的，本發明提供如下技術方案一種司鉆控制裝置，用于控制石油鉆機變頻器，包括正壓防爆模塊，用于將進入所述司鉆控制裝置中的油汽分離，以及實時探測并控制顯示所述司鉆控制裝置的內外壓力差，并輸出給鉆井操作裝置；數據采集模塊，用于采集所述鉆井操作過程中的數字和/或模擬信號；手輪調速器信號接收模塊，用于接收所述鉆井上的手輪調速器的信號并輸出給數據采集模塊；腳踏調速器信號接收模塊，用于接收所述鉆井上的腳踏調速器的信號并輸出給數據采集模塊；冗余通信模塊，用于對從所述數據采集模塊接收到的所述數字和/或模擬信號進行冗余處理并且進行冗余通信，以及通過現場總線(profibus-dp)協議對石油鉆機變頻器內信號進行實時采集和現實輸出；顯示模塊，用于實時接收所述冗余通信模塊冗余處理后的各類信號并顯示；電源及浪涌保護模塊，與所述正壓防爆模塊、所述冗余通信模塊、所述數據采集模塊、所述顯示模塊、所述手輪調速器信號接收模塊和所述腳踏調速器信號接收模塊連接，用于提供工作電源，抑制所述司鉆控制裝置外部所產生的浪涌；承載所述正壓防爆模塊、所述冗余通信模塊、所述數據采集模塊、所述顯示模塊、所述電源及浪涌保護模塊、所述手輪調速器信號接收模塊和所述腳踏調速器信號接收模塊的防爆殼體，所述防爆殼體正面板上設置有儀表顯示面板和操作按鈕，用于顯示鉆井內的各項安全系數和進行操作控制。 優選的，上述司鉆控制裝置，還包括橡膠密封墊圈，所述橡膠密封墊圈分別設置于儀表顯示面板、操作按鈕、裝置門與所述防爆殼體正面板的連接處。優選的，上述司鉆控制裝置，所述正壓防爆模塊包括防爆氣體入口，用于引入鉆井平臺I兆帕(Mpa)的氣體；油氣分離裝置，用于分離由防爆氣體入口進入的氣體中的可燃油，并且調節顯示內部氣體的壓力大小；泊液出口，用于將油氣分離裝置分離出的油液導出所述司鉆控制裝置；壓力開關，用于實時探測所述司鉆控制裝置的內外壓力差并控制所述儀表顯示面板上的失壓指示燈顯示壓差。優選的，上述司鉆控制裝置，所述電源及浪涌保護系統包括微型斷路器，用于為所述司鉆控制裝置提供過載、過壓和/或短路保護；電涌保護器，用于抑制所述司鉆控制裝置外部所產生的浪涌；變壓器，用于將交流(AC)220伏(V)電壓轉換為直流(DC)24V電壓，通過電源保護器向所述正壓防爆模塊、所述冗余通信模塊、所述數據采集模塊及所述顯示模塊提供工作電源；電源板，用于輸出DClOV電壓，為手輪調速器信號接收模塊及腳踏調速器信號接收模塊提供電源。優選的，上述司鉆控制裝置，所述數據采集模塊包括數字量輸入模塊，用于采集停機信號、系統檢修信號、普通\絞車模式信號；模擬量輸入模塊，用于采集所述手輪調速器信號接收模塊和所述腳踏調速器信號接收模塊中的信號。優選的，上述司鉆控制裝置，所述顯示模塊包括數字量輸出模塊，用于輸出經所述冗余通信模塊進行冗余處理后的數字量信號到所述儀表顯示面板進行顯示；模擬量輸出模塊，用于輸出經所述冗余通信模塊進行冗余處理后的模擬量信號到所述儀表顯示面板進行顯示。一種司鉆控制系統，包括上述司鉆控制裝置；與所述石油鉆機變頻器相連的I號\2號電機，用于為所述司鉆控制系統提供工作動力；當鉆井深度未超過預設深度時，與所述I號電機相連的絞車，用于依據所述司鉆控制裝置中顯示的各項安全系數控制與所述絞車上的絞線連接的鉆頭做升降運動；與所述2號電機相連的泵，用于在升降鉆頭時向鉆孔中循環壓送、輸出泥漿；與所述司鉆控制裝置連接的調速手輪，用于在所述鉆頭做升降運動的情況下，依據所述司鉆控制裝置中顯示的各項安全系數通過手輪調節鉆頭的運行速度；與所述司鉆控制裝置連接的腳踏調速器，用于在所述鉆頭做升降運動的情況下，依據所述司鉆控制裝置中顯示的各項安全系數通過腳踏的方式調節鉆頭的鉆采速度。
優選的，在鉆井深度超過預設深度時，上述司鉆控制系統還包括與所述I號/2號電機共同連接的絞車，用于依據所述司鉆控制裝置中顯示的各項安全系數控制與所述絞車上的絞線連接的鉆頭做升降運動；或者與所述I號/2號電機共同連接泵，用于在升降鉆頭時向鉆孔中循環壓送、輸出泥漿。一種司鉆控制方法，包括調節并顯示鉆井內的各項安全系數及工況；在啟動絞車和泵之前，啟動I號/2號電機，為所述司鉆控制系統提供工作動力；當鉆井深度未超過預設深度時，依據所述各項安全系數控制與所述I號電機帶動的絞車上的絞線連接的鉆頭做升降運動；在所述鉆頭做升降運動的情況下控制與所述2號電機帶動的泵在升降鉆頭時向鉆孔中循環壓送、輸出泥漿；依據所述司鉆控制裝置中顯示的各項安全系數通過手輪調節鉆頭的運行速度；通過腳踏的方式調節鉆具的鉆采速度。優選的，在鉆井深度超過預設深度時，上述司鉆控制方法還包括依據所述各項安全系數，與所述I號/2號電機共同帶動的絞車上的絞線連接的鉆頭做升降運動；或者，控制與所述I號/2號電機共同帶動的泵在升降鉆頭時向鉆孔中循環壓送、輸出泥漿。經由上述的技術方案可知，與現有技術相比，本發明公開了一種司鉆控制裝置、系統及方法。通過在司鉆控制裝置中設置正壓防爆模塊，通過油氣分離裝置，將進入所述司鉆控制裝置中的油汽分離，使所述司鉆控制裝置內充滿一定正壓力的潔凈氣體，進而使所述司鉆控制裝置內外形成一定的壓力差，達到防止可燃氣體進入所述司鉆控制裝置內形成的由電氣火花造成爆炸，達到防爆的目的，提高了鉆井過程的安全性。同時采用了冗余通信模塊，對所述數字和/或模擬信號進行冗余處理，提高了所述司鉆控制裝置的可靠性。同時所述司鉆控制裝置為鉆井操作人員提供了各項安全系數的顯示，提高了鉆井操作人員的工作效率。在鉆井操作過程中，當鉆井深度未超過預設深度時，兩臺電機可以分別驅動不同的絞車或者分別驅動絞車和泵，節省了兩臺電機的電力消耗，從而節省了電力資源；當鉆井深度超過預設深度時，使用兩臺電機共同帶泵或者絞車，使其不會因泵或者絞車的負載過大，超過電機的驅動能力，損壞電機。這兩種工作模式方便了鉆井操作人員的操作，同時減輕了能源消耗，降低了鉆井的成本。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。圖I為本發明實施例一公開的一種司鉆控制裝置內部結構示意圖；圖2為本發明實施例二公開的又一種司鉆控制裝置內部結構示意圖；圖3為本發明實施例三公開的一種正壓防爆模塊結構示意圖；圖4為本發明實施例三公開的一種電源及浪涌保護系統結構示意圖；圖5為本發明實施例四公開的一種司鉆控制系統結構示意圖； 圖6為本發明實施例五公開的又一種司鉆控制系統結構示意圖；圖7為本發明實施例六公開的一種司鉆控制方法流程圖；圖8為本發明實施例七公開的又一種司鉆控制方法流程圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。本發明公開了一種司鉆控制裝置、系統及方法，以克服現有技術中的司鉆控制裝置安全性低、可靠性小，從而降低鉆井的工作效率的問題。實施例一一種司鉆控制裝置，用于控制石油鉆機變頻器，如圖I所示，包括正壓防爆模塊Al、數據采集模塊A2、手輪調速器信號接收模塊A3、腳踏調速器信號接收模塊A4、冗余通信模塊A5、顯示模塊A6、電源及浪涌保護模塊A7和防爆殼體A8。正壓防爆模塊Al，用于將進入所述司鉆控制裝置中的油汽分離，以及實時探測并控制顯示所述司鉆控制裝置的內外壓力差，并輸出給鉆井操作裝置；數據采集模塊A2，用于采集所述鉆井操作過程中的數字和/或模擬信號；手輪調速器信號接收模塊A3，用于接收所述鉆井上的手輪調速器的信號并輸出給數據采集模塊A2 ；腳踏調速器信號接收模塊A4，用于接收所述鉆井上的腳踏調速器的信號并輸出給數據采集模塊A2 ；冗余通信模塊A5，用于對從所述數據采集模塊A2接收到的所述數字和/或模擬信號進行冗余處理并且進行冗余通信，以及通過現場總線(profibus-dp)協議對石油鉆機變頻器內信號進行實時采集和現實輸出，一般采用ET200M153-2型號的冗余模塊作為冗余通信模塊A5，但并不限于這種型號的裝置，只要是能夠實現上述功能的冗余模塊均可采用；顯示模塊A6，用于實時接收所述冗余通信模塊A5冗余處理后的各類信號并顯示；電源及浪涌保護模塊A7，與所述正壓防爆模塊Al、所述冗余通信模塊A5、所述數據采集模塊A2、所述顯示模塊A6、所述手輪調速器信號接收模塊A3和所述腳踏調速器信號接收模塊A4連接，用于提供工作電源，一般采用4NIC-Q72S24G型號的電源變壓器，但并不限于這種型號的裝置，只要是能夠實現上述功能的電源變壓器均可采用。同時抑制所述司鉆控制裝置外部所產生的浪涌，一般采用DEHN型號的浪涌保護器，但并不限于這種型號的裝置，只要是能夠實現上述功能的浪涌保護器均可采用；承載所述正壓防爆模塊Al、所述冗余通信模塊A5、所述數據采集模塊A2、所述顯示模塊A6、所述電源及浪涌保護模塊A7、所述手輪調速器信號接收模塊A3和所述腳踏調速器信號接收模塊A4的防爆殼體AS，所述防爆殼體AS正面板上設置有儀表顯示面板和操作按鈕，用于顯示鉆井內的各項安全系數和進行操作控制。經由上述的技術方案可知，與現有技術相比，本發明公開了一種司鉆控制裝置、系統及方法，通過在司鉆控制裝置中設置正壓防爆模塊Al，將進入所述司鉆控制裝置中的油汽分離，使所述司鉆控制裝置內充滿一定正壓力的潔凈氣體，進而使所述司鉆控制裝置內
外形成一定的壓力差，防止可燃氣體進入所述司鉆控制裝置內形成的由電氣火花造成爆炸，達到防爆的目的，提高了鉆井過程的安全性。同時采用了冗余通信模塊A5，對所述數字和/或模擬信號進行冗余處理并且進行冗余通信，所述電源及浪涌保護模塊A7為所述司鉆控制裝置提供工作電源的同時抑制了所述司鉆控制裝置外部所產生的浪涌，提高了所述司鉆控制裝置的可靠性。同時所述司鉆控制裝置為鉆井操作人員提供了各項安全系數的顯示，提高了鉆井操作人員的工作效率。實施例二—種司鉆控制裝置，用于控制石油鉆機變頻器，包括正壓防爆模塊Al、數據采集模塊A2、手輪調速器信號接收模塊A3、腳踏調速器信號接收模塊A4、冗余通信模塊A5、顯示模塊A6、電源及浪涌保護模塊A7、防爆殼體A8和橡膠密封墊圈A9。正壓防爆模塊Al，用于將進入所述司鉆控制裝置中的油汽分離，以及實時探測并控制顯示所述司鉆控制裝置的內外壓力差，并輸出給鉆井操作裝置；數據采集模塊A2，用于采集所述鉆井操作過程中的數字和/或模擬信號；手輪調速器信號接收模塊A3，用于接收所述鉆井上的手輪調速器的信號并輸出給數據采集模塊A2 ；腳踏調速器信號接收模塊A4，用于接收所述鉆井上的腳踏調速器的信號并輸出給數據采集模塊A2 ；冗余通信模塊A5，用于對從所述數據采集模塊A2接收到的所述數字和/或模擬信號進行冗余處理并且進行冗余通信，以及通過現場總線(profibus-dp)協議對石油鉆機變頻器內信號進行實時采集和現實輸出；顯示模塊A6，用于實時接收所述冗余通信模塊A5冗余處理后的各類信號并顯示；電源及浪涌保護模塊A7，與所述正壓防爆模塊Al、所述冗余通信模塊A5、所述數據采集模塊A2、所述顯示模塊A6、所述手輪調速器信號接收模塊A3和所述腳踏調速器信號接收模塊A4連接，用于提供工作電源，同時抑制所述司鉆控制裝置外部所產生的浪涌；承載所述正壓防爆模塊Al、所述冗余通信模塊A5、所述數據采集模塊A2、所述顯示模塊A6、所述電源及浪涌保護模塊A7、所述手輪調速器信號接收模塊A3和所述腳踏調速器信號接收模塊A4的防爆殼體AS，所述防爆殼體AS正面板上設置有儀表顯示面板和操作按鈕，用于顯示鉆井內的各項安全系數和進行操作控制。橡膠密封墊圈A9，所述橡膠密封墊圈A9分別設置于儀表顯示面板、操作按鈕、裝置門與所述防爆殼體AS正面板的連接處。經由上述的技術方案可知，與現有技術相比，本發明公開了一種司鉆控制裝置、系統及方法，通過在司鉆控制裝置的儀表顯示面板、操作按鈕、裝置門與所述防爆殼體AS正面板的連接處設置橡膠密封墊圈A9，可以保證所述司鉆控制裝置的密封性，能夠有效防止外部可燃性氣體進入所述司鉆控制裝置中造成爆炸，達到防爆的目的；同時，避免灰塵經儀表顯示面板、操作按鈕、裝置門與所述防爆殼體AS正面板的連接處的縫隙處進入所述司鉆控制裝置中，起到防塵的作用。實施例三一種司鉆控制裝置，用于控制石油鉆機變頻器，包括正壓防爆模塊Al、數據采集 模塊A2、手輪調速器信號接收模塊A3、腳踏調速器信號接收模塊A4、冗余通信模塊A5、顯示模塊A6、電源及浪涌保護模塊A7、防爆殼體A8和橡膠密封墊圈A9。正壓防爆模塊Al，用于將進入所述司鉆控制裝置中的油汽分離，以及實時探測并控制顯示所述司鉆控制裝置的內外壓力差，并輸出給鉆井操作裝置；數據采集模塊A2，用于采集所述鉆井操作過程中的數字和/或模擬信號；手輪調速器信號接收模塊A3，用于接收所述鉆井上的手輪調速器的信號并輸出給數據采集模塊A2 ；腳踏調速器信號接收模塊A4，用于接收所述鉆井上的腳踏調速器的信號并輸出給數據采集模塊A2 ；冗余通信模塊A5，用于對從所述數據采集模塊A2接收到的所述數字和/或模擬信號進行冗余處理并且進行冗余通信，以及通過現場總線(profibus-dp)協議對石油鉆機變頻器內信號進行實時采集和現實輸出；顯示模塊A6，用于實時接收所述冗余通信模塊A5冗余處理后的各類信號并顯示；電源及浪涌保護模塊A7，與所述正壓防爆模塊Al、所述冗余通信模塊A5、所述數據采集模塊A2、所述顯示模塊A6、所述手輪調速器信號接收模塊A3和所述腳踏調速器信號接收模塊A4連接，用于提供工作電源，同時抑制所述司鉆控制裝置外部所產生的浪涌；承載所述正壓防爆模塊Al、所述冗余通信模塊A5、所述數據采集模塊A2、所述顯示模塊A6、所述電源及浪涌保護模塊A7、所述手輪調速器信號接收模塊A3和所述腳踏調速器信號接收模塊A4的防爆殼體AS，所述防爆殼體AS正面板上設置有儀表顯示面板和操作按鈕，用于顯示鉆井內的各項安全系數和進行操作控制。橡膠密封墊圈A9，所述橡膠密封墊圈A9分別設置于儀表顯示面板、操作按鈕、裝置門與所述防爆殼體AS正面板的連接處。具體的，如圖3所示，所述正壓防爆模塊Al包括防爆氣體入口 All，用于引入鉆井平臺I兆帕(Mpa)的氣體；油氣分離裝置A12，用于分離由防爆氣體入口進入的氣體中的可燃油，并且調節顯示內部氣體的壓力大小；泊液出口 A13，用于將油氣分離裝置分離出的油液導出所述司鉆控制裝置；壓力開關A14，用于實時探測所述司鉆控制裝置的內外壓力差并控制所述儀表顯示面板上的失壓指示燈顯示壓差。通過在司鉆控制裝置中設置正壓防爆模塊Al，首先通過防爆氣體入口 All引入鉆井平臺I兆帕(Mpa)的氣體通過油氣分離裝置A12，將進入所述司鉆控制裝置中的油汽分離，并通過泊液出口 A13將油氣分離裝置分離出的油液導出所述司鉆控制裝置，使所述司鉆控制裝置內充滿一定正壓力的潔凈氣體，進而使所述司鉆控制裝置內外形成一定的壓力差，并通過壓力開關A14調節所述司鉆控制裝置內的壓力，實時探測所述司鉆控制裝置內外壓力差，當內外出現失壓情況時，控制所述儀表顯示面板上的失壓指示燈進行顯示，實現正壓防爆模塊Al的診斷功能，防止可燃氣體進入所述司鉆控制裝置內形成的由電氣火花造成爆炸，達到防爆的目的，提高了鉆井過程的安全性。上述油氣分離裝置A12 —般采用AFR2000型號的油氣分離裝置A12，但并不限于這種型號的裝置，只要是能夠實現上述功能的油氣分離裝置A12均可采用。 上述壓力開關A14 —般采用DWYER型號的壓力開關A14，但并不限于這種型號的裝置，只要是能夠實現上述功能的壓力開關A14均可采用。具體的，所述數據采集模塊A2包括數字量輸入模塊，用于采集停機信號、系統檢修信號、普通\絞車模式信號，一般采用6ES7321-1BH02-0AA0型號的數字量輸入模塊，但并不限于這種型號的模塊，只要是能夠實現上述功能的數字量輸入模塊均可采用；模擬量輸入模塊，用于采集所述手輪調速器信號接收模塊和所述腳踏調速器信號接收模塊中的信號，一般采用6ES7331-7KB02-0AB0型號的模擬量輸入模塊，但并不限于這種型號的模塊，只要是能夠實現上述功能的模擬量輸入模塊均可采用。具體的,所述顯示模塊A6包括數字量輸出模塊，用于輸出經所述冗余通信模塊進行冗余處理后的數字量信號到所述儀表顯示面板進行顯示，一般采用6ES7322-1BH01-0AA0型號的數字量輸出模塊，但并不限于這種型號的模塊，只要是能夠實現上述功能的數字量輸出模塊均可采用；模擬量輸出模塊，用于輸出經所述冗余通信模塊進行冗余處理后的模擬量信號到所述儀表顯不面板進行顯不，一般米用6ES7332-5HD01-0AB0型號的模擬量輸出模塊,但并不限于這種型號的模塊，只要是能夠實現上述功能的模擬量輸出模塊均可采用。具體的，如圖4所示，所述電源及浪涌保護系統A7包括微型斷路器A71，用于為所述司鉆控制裝置提供過載、過壓和/或短路保護；電涌保護器A72，用于抑制所述司鉆控制裝置外部所產生的浪涌；變壓器A73，用于將交流(AC) 220伏(V)電壓轉換為直流(DC) 24V電壓，通過電源保護器A74向所述正壓防爆模塊、所述冗余通信模塊、所述數據采集模塊及所述顯示模塊提供工作電源；電源板A75，用于輸出DClOV電壓，為手輪調速器信號接收模塊及腳踏調速器信號接收模塊提供電源。首先從電源引入電流進入所述電源及浪涌保護模塊A7的微型斷路器A71，然后接入電涌保護器A72和變壓器A73，通過微型斷路器A71，為所述司鉆控制裝置提供工作電源的同時還提供過載、過壓和/或短路保護，保證在任何情況下所述司鉆控制裝置都能夠安全運行，不會出現短路和短路的情況。通過電涌保護器A72抑制了所述司鉆控制裝置外部所產生的浪涌，提高了所述司鉆控制裝置的可靠性。實施例四同時本發明還公開了一種司鉆控制系統，下面給出具體的實施例進行詳細說明。如圖5所示，為本發明公開的一種司鉆控制系統的結構示意圖，主要包括司鉆控制裝置B0，該司鉆控制裝置BO與實施例一至實施例三中公開的司鉆控制裝置結構相同；與所述石油鉆機變頻器相連的I號電機Bll和2號電機B12,用于為所述司鉆控制系統提供工作動力；所述I號電機Bll和2號電機B12的故障信號、故障轟鳴信號、檢修信號、并車指 示信號、已啟動信號、已停止信號、已過熱信號、處于普通工況信號和處于絞車工況信號均經數字量輸出模塊到所述儀表顯示面板進行顯示，所述I號電機BI I和2號電機B12的電流信號和轉速信號經模擬量輸出模塊到所述儀表顯示面板進行顯示。當鉆井深度未超過預設深度時，與所述I號電機Bll相連的絞車B2，用于依據所述司鉆控制裝置BO中顯示的各項安全系數控制與所述絞車B2上的絞線連接的鉆頭B3做升降運動；與所述2號電機B12相連的泵B4在升降鉆頭時向鉆孔中循環壓送、輸出泥漿；與所述司鉆控制裝置BO連接的調速手輪B5，用于在所述鉆頭B3做升降運動的情況下，依據所述司鉆控制裝置BO中顯示的各項安全系數通過手輪調節鉆頭的運行速度；與所述司鉆控制裝置連接的腳踏調速器B6，用于在所述鉆頭B3做升降運動的情況下，依據所述司鉆控制裝置BO中顯示的各項安全系數通過腳踏的方式調節鉆頭B3的鉆采速度，一般采用JT200型號的腳踏調速器B6，但并不限于這種型號的裝置，只要是能夠實現上述功能的腳踏調速器B6均可采用。經由上述的技術方案可知，與現有技術相比，所述司鉆控制系統中通過I號電機Bll相連的絞車B2，同時依據所述司鉆控制裝置BO中顯示的各項安全系數控制與所述絞車B2上的絞線連接的鉆頭B3做升降運動；通過2號電機B12相連的泵B4在升降鉆頭B3時向鉆孔中循環壓送、輸出泥漿；通過調速手輪B5調節鉆頭B3在井中的運動過程，在井的底端進行鉆采時，則加入腳踏調速器B6調節鉆頭B3的鉆采速度。同時在進行鉆頭B3的更換的過程中I號絞車B21能夠很快速的進行更換，提高了鉆具更換效率，減少操作人員更換鉆頭時頻繁換擋和對鉆井平臺的沖擊。實施例五本實施例在上述本發明公開的實施例的基礎上還公開了一種司鉆控制系統，如圖6所示在鉆井深度超過預設深度時，還包括與所述I號電機Bll和2號電機B12共同連接的絞車B2，用于依據所述司鉆控制裝置BO中顯示的各項安全系數控制與所述絞車B2上的絞線連接的鉆頭B3做升降運動；或者與所述I號電機Bll和2號電機B12共同連接的泵B4，用于在升降鉆頭B3時向鉆孔中循環壓送、輸出泥漿。當鉆井深度超過預設深度時，使用兩臺電機共同帶泵B4或者絞車B2，使其不會因泵B4或者絞車B2的負載過大，超過電機的驅動能力，損壞電機，并且提高了鉆井的效率。實施例六上述本發明公開的實施例中詳細描述了司鉆控制裝置及系統，對于本發明的裝置及系統可采用多種形式實現，因此本發明還公開了一種司鉆控制方法，下面給出具體的實施例進行詳細說明。本發明該實施例公開了一種司鉆控制方法流程如圖7所示，包括Sll :調節并顯示鉆井內的各項安全系數及工況；對進入所述司鉆控制裝置中的氣體進行油氣分離，防止可燃氣體進入所述司鉆控制裝置內形成的由電氣火花造成爆炸，達到防爆的目的，提高了鉆井過程的安全性。同時對所述數字和/或模擬信號進行冗余處理，抑制所述司鉆控制裝置外部所產生的浪涌，提高了所述司鉆控制裝置的可靠性。并且為鉆井操作人員提供了各項安全系數的顯示，提高了鉆井操作人員的工作效率。S12 :在啟動絞車和泵之前，啟動I號/2號電機，為所述司鉆控制系統提供工作動力；當鉆井深度未超過預設深度時，S13 :依據所述各項安全系數控制與所述I號電機帶動的絞車上的絞線連接的鉆頭做升降運動；
在所述鉆頭做升降運動的情況下S14 :控制與所述2號電機帶動的泵在升降鉆頭時向鉆孔中循環壓送、輸出泥漿；鉆頭在鉆井的過程中會產生很大的熱量，由所述2號電機帶動的泵不斷循環向鉆孔鉆頭出壓送、輸出泥衆，達到冷卻鉆頭的目的，避免過熱損壞鉆頭。S15:依據所述司鉆控制裝置中顯示的各項安全系數通過手輪調節鉆頭的運行速度；S16 :通過腳踏的方式調節鉆具的鉆采速度。經由上述的技術方案可知，與現有技術相比，在鉆井操作過程中，當鉆井深度未超 過預設深度時，兩臺電機可以分別驅動不同的絞車或者分別驅動絞車和泵，節省了兩臺電機的電力消耗，從而節省了電力資源。由于在鉆井的過程中需要頻繁的更換鉆具，由所述I號電機帶動的絞車可以快速提升鉆頭，而且具有急劇加速能力，而且可以實現手輪調速和腳踏調速，更加快速提升和下放鉆頭，提高了鉆頭的更換效率，減輕了鉆頭的更換對鉆井平臺的沖擊。實施例七本實施例在上述實施例的基礎之上還公開了一種司鉆控制方法，如圖8所示，S21 :調節并顯示鉆井內的各項安全系數及工況；S22 :在啟動絞車和泵之前，啟動I號/2號電機，為所述司鉆控制系統提供工作動力；在鉆井深度超過預設深度時，S23:依據所述各項安全系數，與所述I號/2號電機共同帶動的絞車上的絞線連接的鉆頭做升降運動；S24:控制與所述I號/2號電機共同帶動的泵在升降鉆頭時向鉆孔中循環壓送、輸出泥漿。S25:依據所述司鉆控制裝置中顯示的各項安全系數通過手輪調節鉆頭的運行速度；S26 :通過腳踏的方式調節鉆具的鉆采速度。當鉆井深度超過預設深度時，使用兩臺電機共同帶泵或者絞車，使其不會因泵或者絞車的負載過大，超過電機的驅動能力，損壞電機，并且提高了鉆井的效率。綜上所述與現有技術相比，本發明公開了一種司鉆控制裝置、系統及方法。通過在司鉆控制裝置中設置正壓防爆模塊，通過油氣分離裝置，將進入所述司鉆控制裝置中的油汽分離，使所述司鉆控制裝置內充滿一定正壓力的潔凈氣體，進而使所述司鉆控制裝置 內外形成一定的壓力差，達到防止可燃氣體進入所述司鉆控制裝置內形成的由電氣火花造成爆炸，達到防爆的目的，提高了鉆井過程的安全性。同時采用了冗余通信模塊，對所述數字和/或模擬信號進行冗余處理，提高了所述司鉆控制裝置的可靠性。同時所述司鉆控制裝置為鉆井操作人員提供了各項安全系數的顯示，提高了鉆井操作人員的工作效率。在鉆井操作過程中，當鉆井深度未超過預設深度時，兩臺電機可以分別驅動不同的絞車或者分別驅動絞車和泵，節省了兩臺電機的電力消耗，從而節省了電力資源；當鉆井深度超過預設深度時，使用兩臺電機共同帶泵或者絞車，使其不會因泵或者絞車的負載過大，超過電機的驅動能力，損壞電機。這兩種工作模式方便了鉆井操作人員的操作，同時減輕了能源消耗，降低了鉆井的成本。本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的裝置而言，由于其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。結合本文中所公開的實施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬件、處理器執行的軟件模塊，或者二者的結合來實施。軟件模塊可以置于隨機存儲器(RAM)、內存、只讀存儲器(ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬盤、可移動磁盤、CD-ROM、或技術領域內所公知的任意其它形式的存儲介質中。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權利要求
1.一種司鉆控制裝置，用于控制石油鉆機變頻器，其特征在于，包括 正壓防爆模塊，用于將進入所述司鉆控制裝置中的油汽分離，以及實時探測并控制顯示所述司鉆控制裝置的內外壓力差，并輸出給鉆井操作裝置； 數據采集模塊，用于采集所述鉆井操作過程中的數字和/或模擬信號； 手輪調速器信號接收模塊，用于接收所述鉆井上的手輪調速器的信號并輸出給數據采集模塊； 腳踏調速器信號接收模塊，用于接收所述鉆井上的腳踏調速器的信號并輸出給數據采集模塊； 冗余通信模塊，用于對從所述數據采集模塊接收到的所述數字和/或模擬信號進行冗余處理并且進行冗余通信，以及通過現場總線(profibus-dp)協議對石油鉆機變頻器內信號進行實時采集和現實輸出； 顯示模塊，用于實時接收所述冗余通信模塊冗余處理后的各類信號并顯示； 電源及浪涌保護模塊，與所述正壓防爆模塊、所述冗余通信模塊、所述數據采集模塊、所述顯示模塊、所述手輪調速器信號接收模塊和所述腳踏調速器信號接收模塊連接，用于提供工作電源，抑制所述司鉆控制裝置外部所產生的浪涌； 承載所述正壓防爆模塊、所述冗余通信模塊、所述數據采集模塊、所述顯示模塊、所述電源及浪涌保護模塊、所述手輪調速器信號接收模塊和所述腳踏調速器信號接收模塊的防爆殼體，所述防爆殼體正面板上設置有儀表顯示面板和操作按鈕，用于顯示鉆井內的各項安全系數和進行操作控制。
2.根據權利要求I所述的司鉆控制裝置，其特征在于，還包括橡膠密封墊圈，所述橡膠密封墊圈分別設置于儀表顯示面板、操作按鈕、裝置門與所述防爆殼體正面板的連接處。
3.根據權利要求I所述的司鉆控制裝置，其特征在于，所述正壓防爆模塊包括 防爆氣體入口，用于引入鉆井平臺I兆帕(Mpa)的氣體； 油氣分離裝置，用于分離由防爆氣體入口進入的氣體中的可燃油，并且調節顯示內部氣體的壓力大小； 泊液出口，用于將油氣分離裝置分離出的油液導出所述司鉆控制裝置； 壓力開關，用于實時探測所述司鉆控制裝置的內外壓力差并控制所述儀表顯示面板上的失壓指示燈顯示壓差。
4.根據權利要求I所述的司鉆控制裝置，其特征在于，所述電源及浪涌保護系統包括 微型斷路器，用于為所述司鉆控制裝置提供過載、過壓和/或短路保護； 電涌保護器，用于抑制所述司鉆控制裝置外部所產生的浪涌； 變壓器，用于將交流(AC) 220伏(V)電壓轉換為直流(DC) 24V電壓，通過電源保護器向所述正壓防爆模塊、所述冗余通信模塊、所述數據采集模塊及所述顯示模塊提供工作電源； 電源板，用于輸出DClOV電壓，為手輪調速器信號接收模塊及腳踏調速器信號接收模塊提供電源。
5.根據權利要求I所述的司鉆控制裝置，其特征在于，所述數據采集模塊包括 數字量輸入模塊，用于采集停機信號、系統檢修信號、普通\絞車模式信號； 模擬量輸入模塊，用于采集所述手輪調速器信號接收模塊和所述腳踏調速器信號接收模塊中的信號。
6.根據權利要求I所述的司鉆控制裝置，其特征在于，所述顯示模塊包括 數字量輸出模塊，用于輸出經所述冗余通信模塊進行冗余處理后的數字量信號到所述儀表顯示面板進行顯示； 模擬量輸出模塊，用于輸出經所述冗余通信模塊進行冗余處理后的模擬量信號到所述儀表顯示面板進行顯示。
7.—種司鉆控制系統,其特征在于,包括 權利要求1-6中的任意一項所述的司鉆控制裝置； 與所述石油鉆機變頻器相連的I號\2號電機，用于為所述司鉆控制系統提供工作動力； 當鉆井深度未超過預設深度時， 與所述I號電機相連的絞車，用于依據所述司鉆控制裝置中顯示的各項安全系數控制與所述絞車上的絞線連接的鉆頭做升降運動； 與所述2號電機相連的泵，用于在升降鉆頭時向鉆孔中循環壓送、輸出泥漿； 與所述司鉆控制裝置連接的調速手輪，用于在所述鉆頭做升降運動的情況下，依據所述司鉆控制裝置中顯示的各項安全系數通過手輪調節鉆頭的運行速度； 與所述司鉆控制裝置連接的腳踏調速器，用于在所述鉆頭做升降運動的情況下，依據所述司鉆控制裝置中顯示的各項安全系數通過腳踏的方式調節鉆頭的鉆采速度。
8.根據權利要求7所述的司鉆控制系統，其特征在于，在鉆井深度超過預設深度時，還包括 與所述I號/2號電機共同連接的絞車，用于依據所述司鉆控制裝置中顯示的各項安全系數控制與所述絞車上的絞線連接的鉆頭做升降運動；或者與所述I號/2號電機共同連接的泵，用于在升降鉆頭時向鉆孔中循環壓送、輸出泥漿。
9.一種司鉆控制方法,其特征在于,包括 調節并顯示鉆井內的各項安全系數及工況； 在啟動絞車和泵之前，啟動I號/2號電機，為所述司鉆控制系統提供工作動力； 當鉆井深度未超過預設深度時， 依據所述各項安全系數控制與所述I號電機帶動的絞車上的絞線連接的鉆頭做升降運動； 在所述鉆頭做升降運動的情況下 控制與所述2號電機帶動的泵在升降鉆頭時向鉆孔中循環壓送、輸出泥漿； 依據所述司鉆控制裝置中顯示的各項安全系數通過手輪調節鉆頭的運行速度； 通過腳踏的方式調節鉆具的鉆采速度。
10.根據權利要求9所述的司鉆控制方法，其特征在于，在鉆井深度超過預設深度時，還包括 依據所述各項安全系數，與所述I號/2號電機共同帶動的絞車上的絞線連接的鉆頭做升降運動；或者， 控制與所述I號/2號電機共同帶動的泵在升降鉆頭時向鉆孔中循環壓送、輸出泥漿。
全文摘要
本發明公開了一種司鉆控制裝置、系統及方法，包括正壓防爆模塊，將進入司鉆控制裝置中的油汽分離，實時探測并控制顯示司鉆控制裝置的內外壓力差；數據采集模塊，采集鉆井操作過程中的數字和/或模擬信號；手輪調速器信號接收模塊，接收鉆井上的手輪調速器的信號；腳踏調速器信號接收模塊，接收鉆井上的腳踏調速器的信號；冗余通信模塊，對數字和/或模擬信號進行冗余處理并且進行冗余通信；顯示模塊，實時接收冗余通信模塊冗余處理后的各類信號并顯示；電源及浪涌保護模塊，提供工作電源，抑制司鉆控制裝置外部產生的浪涌。基于上述正壓防爆模塊和冗余通信模塊以克服現有技術中的司鉆控制裝置安全性低、可靠性小，鉆井效率低的問題。
文檔編號E21B44/00GK102797452SQ20121031309
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月29日 優先權日2012年8月29日
發明者劉輝榮, 付如愿, 易偉民, 尚敬, 胡家喜, 劉海濤, 韓志成, 王煉, 劉浩平, 鄭暉, 王成東 申請人:南車株洲電力機車研究所有限公司