钻机钻具的自动搓扣系统及其使用方法、微控制器技术方案

本发明专利技术公开了一种钻机钻具的自动搓扣系统及其使用方法、微控制器，用以实现自动接换钻机的钻具，该系统包括：液压电磁阀、液压搓扣油缸、上卡紧油缸、下卡紧油缸、微控制器、电磁线圈、压力传感器和位置传感器；其中：上卡紧油缸用于卡紧或松开上钻杆的公扣端；下卡紧油缸，用于卡紧或松开下钻杆的母扣端；液压搓扣油缸，用于搓动被所述上卡紧油缸卡紧的上钻杆；微控制器，用于根据压力传感器和位置传感器的监测，控制上卡紧油缸和液压搓扣油缸的伸缩，完成钻机钻具的上钻杆和下钻杆的接头螺纹扣松开或安装。上述技术方案实现了自动接换钻机的钻具，快速、安全、可靠和操作简便，减轻了工作人员的劳动强度，提高了钻井效率。

【技术实现步骤摘要】
钻机钻具的自动搓扣系统及其使用方法、微控制器
本专利技术涉及石油物探钻机
，具体地，涉及一种钻机钻具的自动搓扣系统及其使用方法、微控制器。
技术介绍
钻机被广泛地应用到石油和天然气等开采领域中，工作时，物探钻机带动钻具破碎岩石，向地下钻进，钻出规定深度的井眼，供采油机或采气机获取石油或天然气。一般的物探钻机的钻具由很多节钻杆连接构成，根据钻井的深度来确定具体的选用节数，每节钻杆的一端具有母扣端，另一端具有公扣端。那么具体将两节上述的钻杆连接时，是将一节的公扣端和另一节的母口端连接。具体到实际工作中，需要将两节上述的钻杆松开，主要是搓开该两节钻杆连接的接头螺纹扣。当物探钻机完成钻井后，需要提升钻杆，并将该钻杆的若干节钻杆分离时，具体搓扣时，一般是固定下方钻杆(下钻杆)的母扣端，搓动上方钻杆(上钻杆)的公扣端。现有技术中搓开上述接头的螺纹扣的主要方式为人工手动操作，劳动强度大，安全防护性差，更换钻具时间长，导致钻井效率低。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种钻机钻具的自动搓扣系统，用以实现自动接换钻机的钻具的效果，该系统，包括：液压电磁阀21、液压搓扣油缸1、上卡紧油缸2、下卡紧油缸3、微控制器ECU9、电磁线圈5～8、压力传感器12～14和位置传感器15～17；其中：下卡紧油缸3包括两个活塞杆相对的油缸，用于卡紧或松开下钻杆的母扣端；上卡紧油缸2包括两个活塞杆相对的油缸，用于卡紧或松开上钻杆的公扣端；液压搓扣油缸1，用于搓动被上卡紧油缸2卡紧的上钻杆；连接液压搓扣油缸1、上卡紧油缸2的两个油缸的压力传感器12～14和位置传感器15～17，每个油缸上连接一个压力传感器和一个位置传感器，每个压力传感器用于检测所连接的油缸的压力，每个位置传感器用于检测所连接的油缸的位置；电磁线圈5～8与液压电磁阀21相连，用于控制各油缸的伸缩；微控制器ECU9，与压力传感器12～14、位置传感器15～17和电磁线圈5～8相连，用于根据压力传感器和位置传感器的检测信号，通过电磁线圈5～8和液压电磁阀21控制上卡紧油缸2和液压搓扣油缸1的伸缩，完成钻机钻具的上钻杆和下钻杆的接头螺纹扣松开或安装；超压报警器20，与微控制器ECU9连接，用于在出现超压时，发出告警；燃油控制电磁阀19，与微控制器ECU9连接，用于在出现超压时，切断发动机24的燃油供应。在一个实施例中，电磁线圈5～8与液压电磁阀21相连，其中，两个电磁线圈控制伸出，两个电磁线圈控制回缩，每组电磁线圈各包含一个控制伸出的电磁线圈以及一个控制回缩的电磁线圈，其中，一组电磁线圈与液压电磁阀共同控制上卡紧油缸2的两个油缸的伸缩，另一组电磁线圈与液压电磁阀共同控制液压搓扣油缸1的伸缩。在一个实施例中，微控制器ECU9进一步用于在出现超压时，通过电磁线圈5～8和液压电磁阀21控制各油缸的复位，并切断各液压回路的高压油供给并导入液压油箱22。本专利技术实施例还提供一种上述的钻机钻具的自动搓扣系统的使用方法，用以实现自动更换钻机的钻具的效果，该方法包括：微控制器ECU9控制下卡紧油缸3卡紧下钻杆的母扣端；微控制器ECU9根据压力传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制上卡紧油缸2达到预设夹紧力，卡紧上钻杆的公扣端；微控制器ECU9根据位置传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制液压搓扣油缸1伸出搓动上钻杆，并达到预设位置后停止伸出；微控制器ECU9根据位置传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制上卡紧油缸2回缩，松开上钻杆的公扣端；微控制器ECU9根据位置传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制液压搓扣油缸1回缩到初始位置。在一个实施例中，上述方法进一步包括：微控制器ECU9根据压力传感器和位置传感器的反馈信号，判断搓扣工作是否完成，当监测到搓扣未完成时，自动控制重复进行上卡紧油缸2的卡紧和液压搓扣油缸1的搓扣过程，直至完成搓扣。在一个实施例中，上述方法进一步包括：在上卡紧油缸2和液压搓扣油缸1完成搓扣后停止运行，并在关断各油缸的液压系统回路后恢复到初始状态并待机。在一个实施例中，上述方法进一步包括：在出现超压时，触发超压报警器20发出告警。在一个实施例中，上述方法进一步包括：在出现超压时，通过燃油控制电磁阀19切断发动机24的燃油供应。在一个实施例中，上述方法进一步包括：在出现超压时，微控制器ECU9通过电磁线圈5～8和液压电磁阀21控制各油缸复位，并切断各液压回路的高压油供给并导入液压油箱22。本专利技术实施例还提供一种上述的钻机钻具的自动搓扣系统的微控制器，用以实现自动更换钻机的钻具的效果，该微控制器包括：下钻杆卡紧控制模块，用于控制下卡紧油缸3卡紧下钻杆的母扣端；第一上钻杆卡紧控制模块，用于根据压力传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制上卡紧油缸2达到预设夹紧力，卡紧上钻杆的公扣端；第一搓扣控制模块，用于根据位置传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制液压搓扣油缸1伸出搓动上钻杆，并达到预设位置后停止伸出；第二上钻杆卡紧控制模块，用于根据位置传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制上卡紧油缸2回缩，松开上钻杆的公扣端；第二搓扣控制模块，用于根据位置传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制液压搓扣油缸1回缩到初始位置。在一个实施例中，上述微控制器进一步包括：自动重复卡紧搓扣模块，用于根据压力传感器和位置传感器的反馈信号，判断搓扣工作是否完成，当监测到搓扣未完成时，自动控制重复进行上卡紧油缸2的卡紧和液压搓扣油缸1的搓扣过程，直至完成搓扣。在一个实施例中，上述微控制器进一步包括：待机模块，用于在上卡紧油缸2和液压搓扣油缸1完成搓扣后停止运行，并在关断各油缸的液压系统回路后，恢复到初始状态并待机。在一个实施例中，上述微控制器进一步包括：告警模块，用于在出现超压时，触发超压报警器20发出告警。在一个实施例中，上述微控制器进一步包括：燃油切断模块，用于在出现超压时，通过燃油控制电磁阀19切断发动机24的燃油供应。在一个实施例中，上述微控制器进一步包括：燃油导入模块，用于在出现超压时，通过电磁线圈5～8和液压电磁阀21控制各油缸的复位，并切断各液压回路的高压油供给并导入液压油箱22。本专利技术提供的技术方案，能够在ECU(ElectronicControlUnit，电子控制单元；还可称为电脑、微机、微处理器、微控制器等)的控制下，将钻机的钻具进行快速松开，保证钻机的钻具接换工作快速完成，效率高，安全可靠，大大缩短整个钻井过程中占很大比例的接换钻具的辅助时间，因而能够很大程度上提高钻井效率，减低了司钻的劳动强度。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的限定。在附图中：图1为本专利技术实施例中钻机钻具的自动搓扣系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例中钻机钻具的自动搓扣系统的使用方法的流程示意图；图3为本专利技术实施例中用于钻机钻具的自动搓扣系统的微控制器的结构示意图；图4为本专利技术实施例中仪表盘按钮及指示灯位置示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本专利技术做进一步详细说明。在此，本专利技术的示意性实施方式及其说明用于解释本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钻机钻具的自动搓扣系统，其特征在于，包括：液压电磁阀(21)、液压搓扣油缸(1)、上卡紧油缸(2)、下卡紧油缸(3)、微控制器ECU(9)、电磁线圈(5)～(8)、压力传感器(12)～(14)和位置传感器(15)～(17)；其中：所述下卡紧油缸(3)包括两个活塞杆相对的油缸，用于卡紧或松开下钻杆的母扣端；所述上卡紧油缸(2)包括两个活塞杆相对的油缸，用于卡紧或松开上钻杆的公扣端；所述液压搓扣油缸(1)，用于搓动被所述上卡紧油缸(2)卡紧的上钻杆；连接所述液压搓扣油缸(1)、所述上卡紧油缸(2)的两个油缸的所述压力传感器(12)～(14)和所述位置传感器(15)～(17)，每个油缸上连接一个压力传感器和一个位置传感器，每个压力传感器用于检测所连接的油缸的压力，每个位置传感器用于检测所连接的油缸的位置；所述电磁线圈(5)～(8)与所述液压电磁阀(21)相连，用于控制各油缸的伸缩；所述微控制器ECU(9)，与所述压力传感器(12)～(14)、所述位置传感器(15)～(17)和所述电磁线圈(5)～(8)连接，用于根据压力传感器和位置传感器的检测信号，通过所述电磁线圈(5)～(8)和所述液压电磁阀(21)控制所述上卡紧油缸(2)和所述液压搓扣油缸(1)的伸缩，完成钻机钻具的上钻杆和下钻杆的接头螺纹扣松开或安装。...

【技术特征摘要】
1.一种钻机钻具的自动搓扣系统，其特征在于，包括：液压电磁阀(21)、液压搓扣油缸(1)、上卡紧油缸(2)、下卡紧油缸(3)、微控制器ECU(9)、电磁线圈(5)～(8)、压力传感器(12)～(14)和位置传感器(15)～(17)；其中：所述下卡紧油缸(3)包括两个活塞杆相对的油缸，用于卡紧或松开下钻杆的母扣端；所述上卡紧油缸(2)包括两个活塞杆相对的油缸，用于卡紧或松开上钻杆的公扣端；所述液压搓扣油缸(1)，用于搓动被所述上卡紧油缸(2)卡紧的上钻杆；连接所述液压搓扣油缸(1)、所述上卡紧油缸(2)的两个油缸的所述压力传感器(12)～(14)和所述位置传感器(15)～(17)，每个油缸上连接一个压力传感器和一个位置传感器，每个压力传感器用于检测所连接的油缸的压力，每个位置传感器用于检测所连接的油缸的位置；所述电磁线圈(5)～(8)与所述液压电磁阀(21)相连，用于控制各油缸的伸缩；所述微控制器ECU(9)，与所述压力传感器(12)～(14)、所述位置传感器(15)～(17)和所述电磁线圈(5)～(8)连接，用于根据压力传感器和位置传感器的检测信号，通过所述电磁线圈(5)～(8)和所述液压电磁阀(21)控制所述上卡紧油缸(2)和所述液压搓扣油缸(1)的伸缩，完成钻机钻具的上钻杆和下钻杆的接头螺纹扣松开或安装；超压报警器(20)，与所述微控制器ECU(9)连接，用于在出现超压时，发出告警；燃油控制电磁阀(19)，与所述微控制器ECU(9)连接，用于在出现超压时，切断发动机(24)的燃油供应。2.如权利要求1所述的钻机钻具的自动搓扣系统，其特征在于，所述电磁线圈(5)～(8)与所述液压电磁阀(21)连接，其中，两个电磁线圈控制伸出，两个电磁线圈控制回缩，每组电磁线圈各包含一个控制伸出的电磁线圈以及一个控制回缩的电磁线圈，其中，一组电磁线圈与所述液压电磁阀(21)共同控制所述上卡紧油缸(2)的两个油缸的伸缩，另一组电磁线圈与所述液压电磁阀(21)共同控制所述液压搓扣油缸(1)的伸缩。3.如权利要求1所述的钻机钻具的自动搓扣系统，其特征在于，微控制器ECU(9)进一步用于在出现超压时，通过所述电磁线圈(5)～(8)和所述液压电磁阀(21)控制各油缸的复位，并切断各液压回路的高压油供给并导入液压油箱(22)。4.一种如权利要求1至3任一项所述的钻机钻具的自动搓扣系统的使用方法，其特征在于，包括：微控制器ECU(9)控制下卡紧油缸(3)卡紧下钻杆的母扣端；微控制器ECU(9)根据压力传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制上卡紧油缸(2)达到预设夹紧力，卡紧上钻杆的公扣端；微控制器ECU(9)根据位置传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制液压搓扣油缸(1)伸出搓动上钻杆，并达到预设位置后停止伸出；微控制器ECU(9)根据位置传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制上卡紧油缸(2)回缩，松开上钻杆的公扣端；微控制器ECU(9)根据位置传感器的反馈信号，通过电磁线圈和液压电磁阀自动控制液压搓扣油缸(1)回缩到初始位置。5.如权利要求4所述的钻机钻具的自动搓扣系统的使用方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨茂君，李玲毓，张向前，韦志瑞，李红路，黄玉峰，王江涛，庞学勤，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11