一种定向钻进、防托压的电动转盘装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种定向钻进、防托压的电动转盘装置，由转速扭矩传感器、变频调速系统、转盘、钻杆、随钻测量系统（MWD）和控制器组成，所述的转速扭矩传感器在电动转盘工作过程中可以反馈转盘的输出扭矩，通过钻杆扭矩计算模型，计算钻杆各段的扭矩值并输入到控制器，通过所述的变频调速系统调节转盘的速度、正反转和转动的圈数，所述的随钻测量系统可对工具面角度进行测量，当工具面角度大于一定数值时由旋转钻进转为滑动钻进，并进一步控制滑动钻进的方向，所述的控制器电连接计算机，对数据进行存储，可实现与其他设备的通讯。本实用新型专利技术能够实现电动转盘的定向钻进，减少摩阻和托压，提高钻井效率，此装置可以广泛的应用于石油钻井行业。

【技术实现步骤摘要】
一种定向钻进、防托压的电动转盘装置
本技术涉及一种定向钻进、防托压的电动转盘装置，可以广泛的应用于石油钻井行业。
技术介绍
目前在我国石油勘探和开采中，普遍使用的是旋转钻井法。而转盘是目前旋转钻机的关键设备，也是钻机三大工作机之一。在钻井过程中，转盘起着旋转钻具、承托钻井全部钻具重量以及完成钻杆装卸和管具松紧等作用。国内转盘存在定向不精准，与其它设备通讯困难，自动化程度低等缺点，虽然现在采用的顶部驱动有一定技术优势，但由于其价格昂贵，考虑经济因素，顶驱并不是普通井队的最佳选择。
技术实现思路
本技术的目的是为了提供一款自动化程度高、可定向、防托压的具有国内前沿技术水平的电动转盘。为达到上述目的，本技术所采用的技术方案如下：一种定向钻进、防托压的电动转盘装置包括转速扭矩传感器（4）、变频调速系统（6）、转盘（2）、钻杆（1）、随钻测量系统（5）和控制器（3）。所述的控制器（3）电连接计算机，对数据进行存储，所述的控制器（3）内还设转盘、钻杆扭矩计算模型，采用神经网络(ANN)算法模型与预测控制(MPC)算法相结合，控制速度与转动角度之间的关系，实现定向钻进，减小摩阻和托压；所述的转速扭矩传感器（4）采用应变片传感器，由弹性轴、测量电桥、仪器用放大器、接口电路组成，弹性轴采用易发生形变的材料，受扭矩产生微小变形都会引起电桥电阻值的变化，从而实时反馈转盘的输出扭矩；所述的变频调速系统（6）包括变频器和变频电机，通过所述的变频调速系统调节转盘的速度、正反转和转动的圈数，实现转盘的自动控制；所述的转盘（2）上设有钳盘式惯性刹车装置，所述的钳盘式惯性刹车装置包括输出轴、刹车盘、连接法兰、加力泵、气管线、油管线、减速器和输入轴，输入轴连接电动机，输出轴与转盘相连，钻机气源系统过来的压缩空气向加力泵活塞缸充气，压缩气体通过加力泵内油缸活塞推动液压油形成油压，推动刹车钳对刹车盘实施夹持，达到刹车目的；所述的随钻测量系统（5）位于钻杆（1）侧后部，主要由加速度计和磁力计组成，可对工具面角度、井斜角、方位角进行实时测量。本技术的操控方法为：所述的转速扭矩传感器在电动转盘工作过程中可以反馈转盘的输出扭矩，通过钻杆扭矩计算模型，计算钻杆各段的扭矩值并输入到控制器，通过所述的变频调速系统调节转盘的速度、正反转和转动的圈数，所述的随钻测量系统可对工具面角度进行测量，当工具面角度大于一定数值时由旋转钻进转为滑动钻进，并进一步控制滑动钻进的方向，所述的控制器电连接计算机，对数据进行存储，可实现与其他设备的通讯。进一步的，所述的电动转盘采取旋转钻进与滑动钻进相互转化的模式，在电动转盘工作过程中开始旋转钻进，转动钻杆至钻进流速，当托压大于一定数值时转换为滑动钻进，通过随钻测量系统对工具面角度进行测量，当工具面角度在目标工具面角度之前一个提前角时，停止顶驱转动，在已建立的左右扭矩限值内进行自动扭矩转动，当工具面角度稳定接近目标工具面角度时，通过工具面角度与目标角度的比较进一步控制滑动钻进的方向。进一步的，所述的提前角为45~90°。本技术的优点在于：（1）该装置内置扭矩自动算法，采用神经网络(ANN)算法模型与预测控制(MPC)算法相结合，实时控制转盘的速度、正反转和转动的圈数，达到减小摩阻；（2）随钻测量系统可随钻测定井斜角、方位角、工具面角度，实现旋转钻进与滑动钻进的相互转化，实现电动转盘的定向、防托压化；（3）钳盘式惯性刹车装置改变了以往气胎式惯性刹车在实际工作中的滞后现象，能够在短时间内控制钻机，避免钻井事故的发生。附图说明图1为电动转盘装置结构示意图，图中：1——钻，,2——转盘，3——控制器，4——转速扭矩传感器，5——随钻测量系统，6——变频调速系统；图2为电动转盘装置原理说明图。具体实施方式一种定向钻进、防托压的电动转盘装置包括转速扭矩传感器（4）、变频调速系统（6）、转盘（2）、钻杆（1）、随钻测量系统（5）和控制器（3）。所述的控制器（3）电连接计算机，对数据进行存储，所述的控制器（3）内还设转盘、钻杆扭矩计算模型，采用神经网络(ANN)算法模型与预测控制(MPC)算法相结合，控制速度与转动角度之间的关系，实现定向钻进，减小摩阻和托压；所述的转速扭矩传感器（4）采用应变片传感器，由弹性轴、测量电桥、仪器用放大器、接口电路组成，弹性轴采用易发生形变的材料，受扭矩产生微小变形都会引起电桥电阻值的变化，从而实时反馈转盘的输出扭矩；所述的变频调速系统（6）包括变频器和变频电机，通过所述的变频调速系统调节转盘的速度、正反转和转动的圈数，实现转盘的自动控制；所述的转盘（2）上设有钳盘式惯性刹车装置，所述的钳盘式惯性刹车装置包括输出轴、刹车盘、连接法兰、加力泵、气管线、油管线、减速器和输入轴，输入轴连接电动机，输出轴与转盘相连，当出现紧急状况时，启动钳盘式惯性刹车装置，所述的钳盘式惯性刹车装置是由钻机气源系统过来的净化压缩空气，通过比例调压阀调压后，向加力泵活塞缸一端充气，压缩气体通过加力泵内油缸活塞推动液压油，并将液压油送到刹车钳缸内形成油压，最终推动刹车钳对刹车盘实施夹持，达到刹车目的；所述的随钻测量系统（5）位于钻杆（1）侧后部，主要由加速度计和磁力计组成，可对工具面角度、井斜角、方位角进行实时测量，当工具面角度大于一定数值时由旋转钻进转为滑动钻进，并进一步控制滑动钻进的方向。以上实施例仅用于说明本技术的技术方案，而非对其进行限制，尽管参照前述实施例对本专利技术进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改和替换，并不使相应的技术方案本质脱离本技术所要求保护的技术方案精神和范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定向钻进、防托压的电动转盘装置，其特征在于：该电动转盘装置包括转速扭矩传感器（4）、变频调速系统（6）、转盘（2）、钻杆（1）、随钻测量系统（5）和控制器（3），所述的转速扭矩传感器（4）采用应变片传感器，由弹性轴、测量电桥、仪器用放大器、接口电路组成，弹性轴采用易发生形变的材料，受扭矩产生微小变形都会引起电桥电阻值的变化，从而实时反馈转盘的输出扭矩；所述的随钻测量系统（5）位于钻杆（1）侧后部，可对工具面角度、井斜角、方位角进行实时测量；所述的变频调速系统（6）包括变频器和变频电机，通过所述的变频调速系统调节转盘的速度、正反转和转动的圈数，实现转盘的自动控制；所述的控制器（3）电连接计算机，对数据进行存储，控制速度与转动角度之间的关系，实现定向钻进，减小摩阻和托压。

【技术特征摘要】
1.一种定向钻进、防托压的电动转盘装置，其特征在于：该电动转盘装置包括转速扭矩传感器（4）、变频调速系统（6）、转盘（2）、钻杆（1）、随钻测量系统（5）和控制器（3），所述的转速扭矩传感器（4）采用应变片传感器，由弹性轴、测量电桥、仪器用放大器、接口电路组成，弹性轴采用易发生形变的材料，受扭矩产生微小变形都会引起电桥电阻值的变化，从而实时反馈转盘的输出扭矩；所述的随钻测量系统（5）位于钻杆（1）侧后部，可对工具面角度、井斜角、方位角进行实时测量；所述的变频调速系统（6）包括变频器和变频电机，通过所述的变频调速系统调节转盘的速...

【专利技术属性】
技术研发人员：李超，张洪金，
申请(专利权)人：青岛金江源工业装备有限公司，
类型：新型
国别省市：山东,37