一种2000米数字化煤层气钻机制造技术

本实用新型专利技术提供了一种2000米数字化煤层气钻机，它包括钻机车、自动换杆机构、桅杆井架升降系统、可翘顶驱动力头、液压大钳、液压卡瓦和控制室。控制室内设置有操控主机，钻机车、自动换杆机构、桅杆井架升降系统、可翘顶驱动力头、液压大钳以及液压卡瓦内设置有现场传感器，主机内设置有PLC，PLC与现场各传感器连接，相比现有的钻机设备，该煤层气钻机结合煤层气钻探开发生产技术特点，集成先进制造技术、信息采集技术和在线控制技术，组成机、电、液与信息一体化的数字化煤层气钻机，实现钻进操作数字化，起下钻具作业操作数字化，数据管理数字化。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及开采设备，具体的说是一种2000米数字化煤层气钻机。
技术介绍
我国煤层气的蕴藏量非常丰富，至今尚未得到大量开采利用。在我国能源消费缺口巨大的情况下，煤层气作为非常规天然气将是非常重要和现实的战略替代资源。煤层气的开发利用已列入国家战略性的新兴产业。加快煤层气勘探开发，对保障煤矿安全生产、增加清洁能源供应、促进节能减排、减少温室气体排放具有重要意义。然而，我国煤层气开发利用装备的研究开发起步较晚，已成为煤层气开发利用的瓶颈，提高煤层气开发利用装备的国产化水平，尽快研发适合国情的、性能先进的煤层气钻机势在必行。目前煤层气钻机的现场作业场景基本上是这样的:操作者在露天下任凭酷暑严寒风吹日晒雨淋，手把手柄进行操作；作业数据通过液压压力或流量的仪表读数，然后计算转换，不直观不准确，不能存储和输出；在钻井作业过程中，起、下钻杆作业占钻机总工作量的60%以上，目前起、下钻杆作业基本上都是采用人力又拉又拽的半机械化作业方式，费时、费力且安全隐患多，几百根钻杆的起、下、连接，操作重复、繁琐，容易疲劳，如果失误操作，则会引起事故。
技术实现思路
为解决上述存在的技术问题，本技术提供了一种2000米数字化煤层气钻机，结合煤层气钻探开发生产技术特点，集成先进制造技术、信息采集技术和在线控制技术，组成机、电、液与信息一体化的数字化煤层气钻机。实现钻进操作数字化，起下钻具作业操作数字化，数据管理数字化。为达到上述专利技术目的，本技术所采用的技术方案是:—种2000米数字化煤层气钻机，它包括钻机车、自动换杆机构、桅杆井架升降系统、可翘顶驱动力头、液压大钳、液压卡瓦和控制室，控制室内设置有操控主机，钻机车、自动换杆机构、桅杆井架升降系统、可翘顶驱动力头、液压大钳以及液压卡瓦内设置有现场传感器，主机内设置有PLC，PLC与现场各传感器连接。该2000米数字化煤层气钻机的操控系统包括程控自动换杆系统和程控自动钻进系统:程控自动换杆系统由液压驱动的自动换杆机构、桅杆井架升降系统、可翘的顶驱动力头、液压大钳、液压卡瓦以及PLC控制器、电液比例阀、现场传感器、操作主机等组成，桅杆井架升降系统包括井架，可翘的顶驱动力头可沿井架上下移动，PLC通过电液比例阀与自动换杆机构、桅杆井架升降系统、顶驱动力头、液压大钳及液压卡瓦的执行机构连接，现场传感器与操作主机连接。应用PLC控制使钻机从地面到井下的起下钻具操作的全程机械动作按设定好的程序自动运行，实现钻井起下钻具作业全程自动化、程控化。程控自动换杆机构控制原理:以PLC为控制核心按照换杆动作流程顺序控制执行。操作员按下操作按钮后，指令传送到PLC，PLC执行第一步动作，驱动电磁阀推动油缸使V型架翻转，当V型架翻转到位后，到位接近开关回传给PLC —个到位信号，PLC收到到位指令后确认第一步完成，然后发出指令进入后续相应的动作。如此，每一步指令都有传感器反馈给PLC，如果中间发生意外状况，使PLC在设定时间内未接收到相应的反馈信号，则PLC会认为设备发生异常状况并发出故障位置警报，PLC会自动根据故障类型选择报警提示还是停机等待处理。待操作人员排除异常后按下恢复按钮，PLC会进入自检状态，如异常排除则会在原异常故障处进入后续的工作流程，继续进行。液压驱动的自动换杆机构与可翘的顶驱动力头、液压大钳、液压卡瓦以及桅杆井架起升系统配合操作使用。程控自动钻进系统由电液比例系统和电气控制系统组成。电气控制系统由PLC控制器、操作主机、实时视频监控系统、故障诊断系统、电比例操纵手柄、旋钮和电控开关集成。程控自动钻进的电气控制原理:操作人员通过操作主机触摸屏对转速、扭矩等钻井参数进行输入，触摸屏通过总线将数据传送到PLC逻辑控制器；PLC通过数模转换及其他处理将这些数据以模拟量的形式传送到电液比例阀中；电液比例阀驱动油缸或马达等执行机构完成设定的动作。这样，就实现了钻机按输入参数运行。同时，电液比例阀及各执行机构处的传感器采集工作信号，实时将动作状态经驱动板反馈给PLC，控制器经过数据处理将收到的信号转换为有效数据，上传至操作主机，操作主机通过显示装置显示数据结果，并将数据存在存储装置中。电液比例控制系统由电磁比例溢流阀、负载敏感变量栗控制器和电磁比例流量方向阀集成。电液比例控制系统:本系统采用两组双联负载敏感变量柱塞栗分别为进给油缸和动力头液马达供油；液马达的转速、扭矩及油缸的起落速度、压力分别由两个负载敏感变量柱塞栗的出口流量控制。电磁比例溢流阀根据PLC输入的电气信号调节负载敏感变量栗控制器口的压力大小，从而调节栗的出口流量，进而控制马达转速、扭矩及油缸起落速度、压力；电磁比例流量方向阀根据输入的PLC输入的电气信号的大小和方向同时控制马达的正反转和转速，另一个电磁比例流量方向阀根据输入的PLC输入的电气信号的大小和方向同时控制油缸的前进与后退和速度。在钻进的过程中，依据PLC输入的电气信号的大小通过电磁比例溢流阀和电磁比例流量方向阀对钻杆转速和油缸推进压力进行调节控制，实现按输入的参数信号控制钻机的操作。操控主机还设置有触摸式显示屏、存储器与PLC连接，操控主机还设置有输出端口与打印设备连接。自动换杆机构、顶驱动力头及井口处还设置有摄像头，将实时画面传送置控制室内主机，对工作状况进行实时视频监控。本技术的有益效果为:1、实现钻进过程数字化操作该钻机控制系统具有触摸屏输入操作指令和记忆功能，可输入设定的优化的钻压和转速等工艺参数，钻机自动按设定的参数执行打井任务。2、实现起、下钻杆操作数字化。该钻机把PLC (可编程控制器)应用在上钻杆和下钻杆的过程中，使钻机可以根据设定好的程序自动运行，实现从地面到井下的起、下钻杆操作的全程程控化、自动化，极大的提尚了钻机工作效率；3、实现数据管理数字化。钻井现场执行的工艺参数数据实现现场采集、集中处理显示、集中控制操作，操作数据全程存储，可以输出打印；4、该钻机应用网络技术，把现场的操作信息传输到后台指挥中心，实现远程监测、珍断、专家指挥、控制；5、该钻机配置密闭空调的司钻房操作室，操作者通过显示器实时对外部作业情况进行监控，通过人机交互器，触摸屏输入进行操作控制，并通过网络与后台指挥中心保持联络。极大改善劳动条件。【附图说明】图1为本技术结构示意图；图2自动换杆机构结构示意图；图3程控自动换杆系统原理框图；图4程控自动钻进系统原理框图；图5为电液比例控制系统图。【具体实施方式】这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置的例子。文中所述PLC控制器简称PLC，钻杆输送架12也称V型架。如附图1所示的一种2000米数字化煤层气钻机，它包括钻机车1、自动换杆机构2、桅杆井架升降系统3、可翘顶驱动力头4、液压大钳5、液压卡瓦6和控制室7。控制室内设置有操控主机，钻机车1、自动换杆机构2、桅杆井架升降系统3、可翘顶驱动力头4、液压大钳5、液压卡瓦6上设置有现场传感器，主机内设置有PLC，P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种2000米数字化煤层气钻机，其特征是：它包括钻机车、自动换杆机构、桅杆井架升降系统、可翘顶驱动力头、液压大钳、液压卡瓦和控制室，控制室内设置有操控主机，钻机车、自动换杆机构、桅杆井架升降系统、可翘顶驱动力头、液压大钳以及液压卡瓦内设置有现场传感器，主机内设置有PLC，PLC与现场各传感器连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卢国忠，吕建云，武尚宏，宋学重，张锦华，黄文为，王建峰，张军，董萌，王欣，杨绪伦，李沛，
申请(专利权)人：山东中天泰和实业有限公司，
类型：新型
国别省市：山东;37