[实用新型]一种2000米数字化煤层气钻机

说明书

技术领域

本实用新型涉及开采设备，具体的说是一种2000米数字化煤层气钻机。

背景技术

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。

发明内容

为解决上述存在的技术问题，本实用新型提供了一种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。

为达到上述发明目的，本实用新型所采用的技术方案是：

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。

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一个到位信号，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、负载敏感变量泵控制器和电磁比例流量方向阀集成。