一種地面鉆具自動(dòng)移送系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油勘探設(shè)備技術(shù)，具體是一種地面鉆具自動(dòng)移送系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源需求的急劇擴(kuò)大及油氣勘探開發(fā)的技術(shù)進(jìn)步，陸地油氣開采大多超過5000米甚至達(dá)到10000米以上，鉆井作業(yè)鉆具移送量非常巨大，目前鉆井作業(yè)地面鉆具移送采用人工配合吊機(jī)的方法進(jìn)行。CN 104373062 A公開了一種移送小車、鉆具移送機(jī)構(gòu)及方法，該對(duì)比文獻(xiàn)中，移送小車在鉆具排管架與貓道排管架之間來回移送鉆具，鉆具排管架與貓道排管架間設(shè)置輸送軌道以限制移送小車的行車路徑。但該方案未采用自動(dòng)化技術(shù)，如果由人工控制整個(gè)輸送過程，輸送效率仍較低。因而，如何應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)鉆井鉆具移送的高效性及安全性成為了亟待解決的問題，這也是國家對(duì)智能制造裝備研發(fā)的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種地面鉆具自動(dòng)移送系統(tǒng)及方法，其能夠?qū)崿F(xiàn)鉆井作業(yè)過程中鉆具在地面上的自動(dòng)移送。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]—種地面鉆具自動(dòng)移送系統(tǒng)，包括排管架、輔助排管架以及位于排管架與輔助排管架之間的軌道，軌道上有能夠往返運(yùn)行于排管架與輔助排管架之間的移送小車，移送小車包括具有輪子的底盤和圍成平行四邊形的四連桿機(jī)構(gòu)和位于四連桿機(jī)構(gòu)頂端的叉子，一支桿的頂端與四連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)連接且另一端與底盤轉(zhuǎn)動(dòng)連接，底盤上具有滑軌，四連桿機(jī)構(gòu)的底部與滑軌滑動(dòng)連接，四連桿機(jī)構(gòu)的底部還連接有推動(dòng)其在滑軌上滑動(dòng)的B油缸，其還包括PLC控制器；排管架靠近移送小車的一端通過A油缸支承于地面，一 A傳感器用于檢測A油缸的升降高度，A油缸與PLC控制器之間連接有A電磁閥，A傳感器與PLC控制器連接；移送小車的B油缸內(nèi)置有用于測量活塞桿移動(dòng)距離的位移傳感器，一馬達(dá)驅(qū)動(dòng)移送小車在軌道上運(yùn)行，軌道上對(duì)應(yīng)移送小車的的極限位置設(shè)有A限位傳感器和B限位傳感器，A限位傳感器靠近輔助排管架，B限位傳感器靠近排管架，B油缸與PLC控制器之間連接有B電磁閥，馬達(dá)與PLC控制器之間連接有C電磁閥，位移傳感器、A限位傳感器和B限位傳感器分別與PLC控制器連接；輔助排管架遠(yuǎn)離移送小車的一端的支腿通過D油缸支承于地面，另一端設(shè)有用于檢測該端高度的B傳感器，D油缸與PLC控制器之間連接有D電磁閥，B傳感器與PLC控制器連接，輔助排管架靠近移送小車的一端設(shè)置拉線式位移傳感器，拉線式位移傳感器用于檢測輔助排管架上鉆具最高層的高度。
[0006]一種地面鉆具自動(dòng)移送方法，其包括取鉆過程和送鉆過程。其中，取鉆過程包括如下步驟:
[0007]步驟一、調(diào)整排管架，PLC控制器發(fā)送信號(hào)至A電磁閥，A電磁閥控制A油缸上升，A傳感器檢測A油缸上升的實(shí)際高度并將該高度反饋給PLC控制器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，A油缸上升到目標(biāo)高度停止時(shí)，排管架與A油缸連接的一端高于另一端。
[0008]步驟二、調(diào)整輔助排管架，PLC控制器發(fā)送信號(hào)至D電磁閥，D電磁閥控制D油缸上升，B傳感器檢測輔助排管架的實(shí)際高度并將該高度反饋給PLC控制器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，D油缸上升到目標(biāo)高度停止時(shí)，輔助排管架與D油缸連接的一端高于另一端，輔助排管架上的鉆具滾至較低端。
[0009]步驟三、調(diào)整移送小車，PLC控制器采集拉線式位移傳感器的信號(hào)，確定輔助排管架上鉆具最高層的實(shí)際高度值，PLC控制器依據(jù)該高度值計(jì)算B油缸的目標(biāo)位移量，PLC控制器發(fā)送信號(hào)至B電磁閥控制B油缸，B油缸通過推動(dòng)四連桿機(jī)構(gòu)在滑軌上滑動(dòng)使移送小車升降，位移傳感器檢測B油缸的實(shí)際位移量并該位移量反饋給PLC控制器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，當(dāng)B油缸的實(shí)際位移量與目標(biāo)位移量相等時(shí)，移送小車升降停止。
[0010]步驟四、獲取鉆具，PLC控制器發(fā)送信號(hào)至C電磁閥控制馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)，使移送小車在軌道上朝輔助排管架前進(jìn)，移送小車的叉子到達(dá)輔助排管架上最高層鉆具的下方，移送小車?yán)^續(xù)前進(jìn)直至極限位置時(shí)A限位傳感器發(fā)送信號(hào)至PLC控制器，PLC控制器控制移送小車停止前進(jìn)，PLC控制器發(fā)送信號(hào)至B電磁閥控制B油缸，B油缸通過推動(dòng)四連桿機(jī)構(gòu)在滑軌上滑動(dòng)使移送小車上升到設(shè)定高度，位于移送小車的叉子上方的鉆具脫離輔助排管架而受叉子支撐。
[0011]步驟五、移送鉆具，PLC控制器發(fā)送信號(hào)至C電磁閥控制馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)，使移送小車在軌道上朝排管架前進(jìn)，移送小車前進(jìn)到極限位置時(shí)，B限位傳感器發(fā)送信號(hào)至PLC控制器，PLC控制器控制移送小車停止前進(jìn)，PLC控制器發(fā)送信號(hào)至B電磁閥控制B油缸，B油缸通過推動(dòng)四連桿機(jī)構(gòu)在滑軌上滑動(dòng)使移送小車下降到設(shè)定高度，位于移送小車叉子上的鉆具脫離移送小車由排管架支撐并滾至排管架的較低端。
[0012]送鉆過程包括如下步驟:
[0013]步驟一、調(diào)整排管架，PLC控制器發(fā)送信號(hào)至A電磁閥，A電磁閥控制A油缸下降，A傳感器檢測A油缸下降的實(shí)際高度并將該高度反饋給PLC控制器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，A油缸下降到目標(biāo)高度停止時(shí)，排管架與A油缸連接的一端低于另一端，排管架上的鉆具滾至排管架的較低端。
[0014]步驟二、調(diào)整輔助排管架，PLC控制器發(fā)送信號(hào)至D電磁閥，D電磁閥控制D油缸下降，B傳感器檢測輔助排管架的實(shí)際高度并將該高度反饋給PLC控制器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，D油缸下降到目標(biāo)高度停止時(shí)，輔助排管架與D油缸連接的一端低于另一端。
[0015]步驟三、調(diào)整移送小車，PLC控制器采集A傳感器的信號(hào)，確定排管架的實(shí)際高度值，PLC控制器依據(jù)該高度值計(jì)算B油缸的目標(biāo)位移量，PLC控制器發(fā)送信號(hào)至B電磁閥控制B油缸，B油缸通過推動(dòng)四連桿機(jī)構(gòu)在滑軌上滑動(dòng)使移送小車下降，位移傳感器檢測B油缸的實(shí)際位移量并該位移量反饋給PLC控制器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，當(dāng)B油缸的實(shí)際位移量與目標(biāo)位移量相等時(shí)，移送小車停止下降。
[0016]步驟四、獲取鉆具，PLC控制器發(fā)送信號(hào)至C電磁閥控制馬達(dá)，移送小車向排管架運(yùn)行直至到達(dá)極限位置，PLC控制器發(fā)送信號(hào)至B電磁閥控制B油缸，B油缸通過推動(dòng)四連桿機(jī)構(gòu)在滑軌上滑動(dòng)使移送小車上升到設(shè)定高度，位于移送小車的四連桿機(jī)構(gòu)上方的鉆具脫離排管架由移送小車支撐，排管架上的鉆具滾至較低端。
[0017]步驟五、移送鉆具，PLC控制器發(fā)送信號(hào)至C電磁閥控制馬達(dá)，使移送小車在軌道上朝輔助排管架前進(jìn)，移送小車前進(jìn)到極限位置時(shí)，A限位傳感器發(fā)送信號(hào)至PLC控制器，PLC控制器控制移送小車停止前進(jìn)，PLC控制器采集拉線式位移傳感器的信號(hào)，確定輔助排管架上鉆具最高層的實(shí)際高度值，PLC控制器依據(jù)該高度值計(jì)算B油缸的目標(biāo)位移量，PLC控制器發(fā)送信號(hào)至B電磁閥控制B油缸，B油缸通過推動(dòng)四連桿機(jī)構(gòu)在滑軌上滑動(dòng)使移送小車下降到設(shè)定高度，移送小車上的鉆具脫離移送小車由輔助排管架支撐并滾至輔助排管架的較低端。
[0018]本方案的移送系統(tǒng)，PLC控制器是自動(dòng)移送系統(tǒng)的控制核心，外圍傳感器的信號(hào)進(jìn)入PLC控制器的數(shù)字/模擬量輸入模塊，操縱臺(tái)的操縱信號(hào)進(jìn)入PLC控制器的數(shù)字/模擬量輸入模塊，PLC控制器的輸出信號(hào)由數(shù)字/模擬量輸出模塊發(fā)送給操縱臺(tái)的顯示器及電磁閥等執(zhí)行元件，控制的邏輯通過控制程序?qū)崿F(xiàn)。
[0019]本方案的移送方法包含使鉆具從輔助排管架通過移送小車移送到排管架一一“取鉆”、從排管架通過移送小車移送到輔助排管架一一 “送鉆”兩個(gè)移送過程。其利用PLC控制器的邏輯控制功能及傳感器的實(shí)時(shí)反饋功能，通過程序控制，實(shí)現(xiàn)以移送小車為載體，將鉆具在排管架及輔助排管架之間的自動(dòng)往復(fù)移送。
[0020]本發(fā)明采用PLC控制器結(jié)合傳感器形成閉環(huán)控制，硬件設(shè)計(jì)簡單，信息處理速度快，造價(jià)低，具有較高的可靠性、高效性和安全性。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明地面鉆具自動(dòng)移送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主視圖；
[0022]圖2為本發(fā)明地面鉆具自動(dòng)移送系統(tǒng)的結(jié)