[发明专利]一种气动比例控制的带式刹车自动送钻装置

说明书

本发明提供了一种气动比例控制的带式刹车自动送钻装置。所述装置的钻压监控仪用数据线分别与大钩悬重传感器、一号电磁阀和二号电磁阀相连接，大钩悬重传感器用数据线与死绳固定器相连接，一号电磁阀用管线分别与小气缸和气源相连通，二号电磁阀用管线分别与比例继气阀和气源相连通，比例继气阀分别用管线与大气缸和气源相连通，大气缸和小气缸与刹车执行机构相连接，刹车执行机构与刹车带相连接。该装置能实现对钻压的实时监控，并通过闭环控制系统动态调整刹车机构的刹车力矩，保持实际钻压在与设定钻压误差在合理范围内，实现恒钻压自动送钻。

技术领域

本发明涉及到油气井钻井装备领域，特别涉及到一种气动比例控制的带式刹车自动送钻装置。

背景技术

自动送钻是指在钻进过程中无需司钻人工控制的情况下，实现钻头在恒定钻压下自动进给的钻井方式。它的优势在于能解放司钻，有效保证井身质量，提高机械钻速（ROP），增加钻头进尺，其关键在于保持钻压的精确值并均匀送钻。基本控制原理一般为通过动态监测实际钻压值并与设定的恒定钻压值对比，控制系统通过对比结果来发出指令，使刹车执行机构动作，改变主滚筒的刹车力矩，从而改变大钩悬重，使实际钻压接近设定钻压。根据钻机的配置不同，自动送钻装置可分为盘刹自动送钻、带刹自动送钻、能耗制动自动送钻等，其中带刹自动送钻结构简单，成本低廉，维护方便，在车载钻机上有较大优势。目前常用的带式刹车自动送钻装置主要有机械式、液压式[专利号为201420367810.6]和伺服电机式[专利号为201020675714.X]；机械式控制效果差；液压式需要额外的液压源，维护不便，且油液泄漏容易产生污染；伺服电机式直接控制刹把，与人工操作切换时不方便。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种控制精度更高，安装维护成本更低的气动比例控制的带式刹车自动送钻装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种气动比例控制的带式刹车自动送钻装置，包括：钻压监控仪、大钩悬重传感器、一号电磁阀、二号电磁阀、比例继气阀、大气缸、小气缸、刹车执行机构、死绳固定器和气源，所述装置的钻压监控仪用数据线分别与大钩悬重传感器、一号电磁阀和二号电磁阀相连接，大钩悬重传感器用数据线与死绳固定器相连接，一号电磁阀用管线分别与小气缸和气源相连通，二号电磁阀用管线分别与比例继气阀和气源相连通，比例继气阀分别用管线与大气缸和气源相连通，大气缸和小气缸与刹车执行机构相连接，刹车执行机构与刹车带相连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、该装置能实现对钻压的实时监控，并通过闭环控制系统动态调整刹车机构的刹车力矩，保持实际钻压在与设定钻压误差在合理范围内，实现恒钻压自动送钻；

2、该装置可实现在自动送钻和非自动送钻模式之间快速切换，在自动送钻出现故障时可灵活的转为人工送钻，节约非工作时间消耗；

3、该装置通过PID控制算法来调节控制偏差，且采用大、小气缸控制联合控制，控制精度高；

4、该装置设计操作界面简洁，参数设定简单，易于学习，PID参数可根据实际使用效果调节，减小系统控制误差，且模块预留扩展接口，可进一步开发集成其他控制模块，整个系统可安装于不同规格的帯式刹车结构上，具有良好的通用性；

5、该装置气体不易产生污染，结构简单，设计合理，使用方便，通用性强，易于维修更换，气体介质不易造成污染，能有效节约使用维护成本。

附图说明

图1、气动比例控制的带式刹车自动送钻装置结构示意图；

图2、钻压闭环自动控制原理图。

图1中：1、钻压监控仪，2、大钩悬重传感器，3、一号电磁阀，4、二号电磁阀，5、比例继气阀，6、大气缸，7、小气缸，8、刹车执行机构，9、刹车带，10、死绳固定器，11、气源，12、大钩钢丝绳。