一种防止顶驱吊环前倾碰撞猴台或后倾碰撞顶驱导轨的监控方法技术

一种防止顶驱吊环前倾碰撞猴台或后倾碰撞顶驱导轨的监控方法，首先确定顶驱吊环前倾可能碰撞猴台或后倾可能碰撞顶驱导轨的预警区间与危险区间，设定顶驱吊环从初始角度至前倾或后倾一次可能碰撞猴台或的顶驱导轨临界度角；根据采集的大钩位置信号，计算顶驱吊环相对于井架猴台所处的区间位置与位移速度；根据采集的顶驱吊环悬浮信号和采集的顶驱吊环前倾或后倾信号频次以及信号持续时间，计算顶驱吊环的前倾或后倾时间；将获得的顶驱吊环的前倾或后倾时间与设定的防碰时间相比较，以此判断顶驱吊环的前倾或后倾角度是否在安全可控范围内，如果顶驱吊环的前倾或后倾时间超出了设定的防碰时间，则发出报警并通过执行机构锁定游车或发出强制信号迫使吊环悬浮回归。锁定游车或发出强制信号迫使吊环悬浮回归。锁定游车或发出强制信号迫使吊环悬浮回归。

【技术实现步骤摘要】
一种防止顶驱吊环前倾碰撞猴台或后倾碰撞顶驱导轨的监控方法


[0001]本专利技术涉及石油钻井工程安全控制技术，尤其是涉及一种防止顶驱吊环碰撞猴台的监测控制方法。

技术介绍

[0002]随着石油钻井技术的不断发展，顶驱在国内外钻井中的应用越来越广泛，其机械吊环和旋转头的特有作用，使作业效率大大提高。但同时在特殊作业时也导致机械吊环前倾后未能及时悬浮归位而引发吊环碰撞猴台的事故。为防止此类事故发生，我们前期提出了一种《石油钻机顶驱防撞猴台控制装置》(专利申请号：202021118497.4)，包括信号采集单元、PLC控制单元以及报警信号输出或/和执行单元。主要是通过信号采集单元采集大钩位置信号、顶驱吊环前倾信号以及顶驱吊环悬浮信号，这些信号接入PLC控制单元，然后根据游车大钩所处的防护区间位置，判断顶驱吊环是否应该前倾，吊环前倾后是否有悬浮。如果在防护区间有前倾而无悬浮，则PLC控制单元输出报警信号同时输出控制信号给执行单元，执行单元连锁绞车刹车机构锁定游车。
[0003]但在实际钻井作业中，有些特殊作业只有在猴台防碰的保护区间才能实施。比如接立柱时，司钻必须将顶驱吊环前倾至合适的角度，井架工才能实施抹铅油放滤子的作业。由于井架工在二十多米高的二层台作业，司钻或是在司控房通过视频监视器观察机械吊环的前倾角度，或是仰头观察井架工的发出的手势指令，这增加了司钻操作顶驱吊环的风险。吊环前倾角度过小，井架工够不着无法作业；吊环前倾角度过大，发生吊环碰撞猴台事故。因此，如何控制好吊环前倾的角度甚为关键。为解决这一技术难题，有的在顶驱吊环上安装倾角传感器，来采集顶驱吊环前倾的角度。但由于顶驱吊环需旋转作业，有线传感器无法使用，而无线传感器信号的收发有延时，且电池需经常充电更换，因此也不能适应现场需要。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术不足，提出一种防止顶驱吊环前倾碰撞猴台以及后倾碰撞顶驱导轨的监测控制方法，通过计算顶驱吊环的前倾或后倾角度时间，以此判断顶驱吊环的前倾角度或后倾角度是否在安全可控范围内。
[0005]所述前倾或后倾角度时间是顶驱吊环从垂直向下的初始0角度开始，前倾至某一角度或后倾至某一角度所用的累计时间；因为顶驱吊环的前倾角度时间与前倾角度以及顶驱吊环的后倾角度时间与后倾角度之间为一一对应关系，因此，通过计算顶驱吊环的前倾角度时间或后倾角度时间，可以对应得出顶驱吊环的前倾角度或后倾角度。
[0006]本专利技术采用的技术方案：
[0007]一种防止顶驱吊环前倾碰撞猴台的监控方法，其过程包括：
[0008]1)确定顶驱吊环可能碰撞猴台的预警区间与危险区间，以及顶驱吊环从初始0角度至前倾一次可能碰撞猴台的临界度角所需的持续时间，并将该时间设定为防碰时间；
[0009]2)根据采集的大钩位置信号，计算顶驱吊环相对于井架猴台所处的区间位置与位移速度；
[0010]3)载重状态下，根据采集的顶驱吊环悬浮信号、顶驱吊环前倾信号频次以及各次前倾信号持续时间，实时计算顶驱吊环的前倾角度时间；
[0011]4)将实时获得的顶驱吊环的前倾角度时间与设定的防碰时间相比较，以此判断顶驱吊环的前倾角度是否在安全可控范围内，如果顶驱吊环的前倾角度时间超出了设定值，则发出报警并通过执行机构锁定游车或发出强制信号迫使吊环悬浮回归。
[0012]一种防止顶驱吊环后倾碰撞顶驱导轨的监控方法，其过程包括：
[0013]1)确定顶驱吊环可能碰撞导轨的预警区间与危险区间，以及顶驱吊环从初始0角度至后倾一次可能碰撞导轨的临界度角所需的持续时间，并将该时间设定为防碰时间；
[0014]2)根据采集的大钩位置信号，计算顶驱吊环相对于导轨所处的区间位置与位移速度；
[0015]3)根据采集的顶驱吊环悬浮信号和采集的顶驱吊环后倾信号频次以及各次后倾信号持续时间，实时计算顶驱吊环的后倾角度时间；
[0016]4)将获得的顶驱吊环的后倾角度时间与设定的防碰时间相比较，以此判断顶驱吊环的后倾角度是否在安全可控范围内，如果顶驱吊环的后倾角度时间超出了设定值，则发出报警并通过执行机构锁定游车或发出强制信号迫使吊环悬浮回归。
[0017]专利技术有益效果：
[0018]1、本专利技术防止顶驱吊环前倾碰撞猴台以及后倾碰撞顶驱导轨的监控方法，通过计算顶驱吊环的前倾或后倾时间代表顶驱吊环的前倾或后倾角度，从而和设定的防碰时间进行对比，以此判断顶驱吊环的前倾或后倾角度是否在安全可控范围内，经济适用，且安全可靠。
[0019]2、本专利技术防止顶驱吊环前倾碰撞猴台以及后倾碰撞顶驱导轨的监控方法，通过采集大钩位置信号、顶驱吊环前倾信号以及顶驱吊环悬浮信号，技术难度不大，性价比较高。
[0020]3、本专利技术防止顶驱吊环前倾碰撞猴台以及后倾碰撞顶驱导轨的监控方法，能适应顶驱吊环前倾特殊作业的要求，不影响正常的钻井作业流程，全系统设计合理，容易实现，方便推广，具有较好的社会效益。
附图说明
[0021]图1为本专利技术防止顶驱吊环前倾碰撞猴台以及后倾碰撞顶驱导轨的监控方法流程图。
具体实施方式
[0022]下面通过具体实施方式，结合附图对本专利技术技术方案做进一步的详细描述。
[0023]实施例1
[0024]参见图1，本专利技术防止顶驱吊环前倾碰撞猴台的监控方法，过程包括：
[0025]1)确定(可通过实测确定)顶驱吊环可能碰撞猴台的预警区间与危险区间，以及顶驱吊环从初始0角度至前倾一次可能碰撞猴台的临界度角所需的持续时间，并将该时间设定为防碰时间(决定了安全前倾角度)；
[0026]2)根据采集的大钩位置信号，计算顶驱吊环相对于井架猴台所处的区间位置与位移速度；
[0027]3)根据采集的顶驱吊环载重信号、顶驱吊环悬浮信号和采集的顶驱吊环前倾信号频次以及各次前倾信号持续时间，实时计算顶驱吊环的前倾角度时间；
[0028]4)将获得的顶驱吊环的前倾角度时间与设定的防碰时间相比较，以此判断顶驱吊环的前倾角度是否在安全可控范围内，如果顶驱吊环的前倾角度时间超出了设定值(防碰时间)，则发出报警并通过执行机构锁定游车或发出强制信号迫使吊环悬浮回归；
[0029]实施例2
[0030]本实施例的防止顶驱吊环前倾碰撞猴台的监控方法，与实施例1不同的是，进一步的，通过下述方法确定顶驱吊环的防碰时间：
[0031]1)计算顶驱吊环从初始0角度开始，前倾一次至最大30度角所需持续时间(单位毫秒)。对于同一个顶驱而言，该时间为固定值且可实际测得。由于推动顶驱吊环前倾的油缸是匀速运动，因此顶驱吊环前倾角度与前倾持续时间之间存在线性关系，吊环前倾一次至任一角度都可以用与其相对应的一次前倾持续时间表示；
[0032]2)确定顶驱吊环从初始0角度至前倾一次可能碰撞猴台的临界度角所需的持续时间Tp(单位毫秒)，即确定了前倾安全角度。由于井架高度不同，因此井架二层台和猴台的高度也不同。但对于同一个井架而言，其顶驱吊环从初本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种防止顶驱吊环前倾碰撞猴台或后倾碰撞顶驱导轨的监控方法，其过程包括：1）确定顶驱吊环可能碰撞猴台的预警区间与危险区间，以及顶驱吊环从初始0角度至前倾一次可能碰撞猴台的临界度角所需的持续时间，并将该时间设定为防碰时间；2）根据采集的大钩位置信号，计算顶驱吊环相对于井架猴台所处的区间位置与位移速度；3）根据采集的顶驱吊环悬浮信号、顶驱吊环前倾信号频次以及各次前倾信号持续时间，实时计算顶驱吊环的前倾角度时间；4）将实时获得的顶驱吊环的前倾角度时间与设定的防碰时间相比较，以此判断顶驱吊环的前倾角度是否在安全可控范围内，如果顶驱吊环的前倾角度时间超出了设定值，则发出报警并通过执行机构锁定游车或发出强制信号迫使吊环悬浮回归。2.根据权利要求1所述的防止顶驱吊环前倾碰撞猴台的监控方法，其特征是：通过下述步骤确定顶驱吊环的防碰时间：由于顶驱吊环前倾角度与前倾持续时间之间存在线性关系，吊环前倾一次至任一角度用与其相对应的一次前倾持续时间表示；因此，确定顶驱吊环从初始0角度至前倾一次可能碰撞猴台的临界度角所需的持续时间Tp，即确定了前倾安全角度。3.根据权利要求1或2所述的防止顶驱吊环前倾碰撞猴台的监控方法，其特征是：顶驱吊环的前倾角度时间的计算方法如下；1）设顶驱吊环从初始0角度至前倾到某一角度所需的角度时间为Tα，单位毫秒；2）应用计时存储器，记录悬浮信号之后每次前倾信号的持续时间tq和累计的持续时间Tq,Tq=tq1+tq2+
…
tqn；式中tq1表示第一次前倾信号的持续时间，tq2表示第二次前倾信号的持续时间，tqn表示第n次前倾信号的持续时间；n为自然数；3）应用计数存储器，记录悬浮信号之后前倾信号产生的频次Nq，Nq为自然数；4）确定吊环从禁止状态至前倾时刻的启动时间Tc，单位为毫秒；5）根据公式：Tα=(Nq-1)Tc+Tq计算前倾角度时间。4.根据权利要求3所述的防止顶驱吊环前倾碰撞猴台的监控方法，其特征是：确定顶驱吊环可能碰撞猴台的预警区间与危险区间的方法如下：1）以猴台护栏上边沿的游车圈数为防碰上限值Hs，以猴台护栏下边沿的游车圈数为防碰下限值Hx，Hs以上为第一预警区间，Hx以下为第二预警区间，Hs与Hx之间为危险区间；2）根据获得的游车大钩位置Sy和游车大钩位移所使用的时间Ty实时计算游车大钩的行进速度V=Sy/Ty=(S1-S0)/(t1-t0)，式中：S0表示t0时刻游车大钩位置；S1表示t1时刻游车大钩位置；t的单位毫秒，S的单位为圈数。5.根据权利要求4所述的防止顶驱吊环前倾碰撞猴台的监控方法，其特征是：判断顶驱吊环的前倾角度是否在安全可控范围内的方法如下：1）计算顶驱吊环从前倾最大30度角开始悬浮，回归至初始0角度所需的时间Tβ；Tβ=mTq，式中m为大于1的系数，通过实际测得；2）游车大钩位置在所有区间，当Tα-Tp≤0时，均判断顶驱吊环前倾角度处于安全状态，不会有碰撞猴台的情况发生；3）游车大钩位置在危险区间，当Tα-Tp＞0时，则判断顶驱吊环前倾角度处于危险状态，可能有碰撞猴台的情况发生，则发出报警并通过执行机构发出强制信号，迫使吊环悬浮回
归；同时，计时计数存储器清零；4）游车大钩位置在预警区间，当Tα-Tp＞0时，又分为两种情况：
①
如果游车在第一预警区间向下行进，则根据游车大钩位置Sy到防碰上限值Hs之间的距离即Sy-Hs，以及游车大钩的行进速度V,计算出Sy到Hs的行进时间Tf，单位毫秒；Tf=（Sy-Hs）/V=Ty（Sy-Hs）/Sy，将Tf与Tβ比对，作进一步的判断：如果Tf-Tβ＞0，判断顶驱吊环前倾角度处于安全状态，不会有碰撞猴台的情况发生；如果Tf-Tβ≤0，判断顶驱吊环前倾角度处于危险状态，游车下行可能有碰撞猴台的情况发生，则发出报警并通过执行机构锁定游车或发出强制信号迫使吊环悬浮回归；同时，计时计数存储器清零；
②
如果游车在第二预警区间向上行进，则根据游车大钩位置Sy到防碰下限值Hx之间的距离即Sy-Hx，以及游车大钩的行进速度V,计算出Sy到Hx的行进时间Tf，单位毫秒；Tf=（Sy-Hx）/V=Ty（Sy-Hx）/...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵刚，赵润琦，司向丽，朱礼军，边勇，付祥永，洪庆军，夏玉龙，孙志刚，
申请(专利权)人：濮阳市百福瑞德石油科技有限公司，
类型：发明
国别省市：