[发明专利]一种钻机智能防溜钻控制方法

说明书

本发明公开了一种钻机智能防溜钻控制方法，包括对大钩、大绳、绞车进行实时监控的绝对值编码器、死绳拉力传感器、PLC可编程逻辑控制器、触摸屏显示器、声光报警器、绞车刹车系统；PLC可编程逻辑控制器包括CPU处理器和开关量输出模块。本发明靠量化关键参数来实现溜钻的智能化判断和对绞车及时有效自动刹车，保障钻井安全生产。从设备本质安全方面讲，通过智能程序自动控制绞车刹车系统，能够消除复杂情况下人为操作的不利影响，很大程度的提升绞车工作安全系数。

技术领域

本发明涉及石油钻井领域的钻机设备控制方法，尤其是一种钻机智能防溜钻控制方法。

背景技术

在工程生产实际中，钻机绞车系统处于高度非线性工作状态，刹车系统复杂，刹车形式多样。这种情况下纯人工控制绞车系统工作时，由于人的反应意识存在局限性，往往会因为人为操作失误或控制刹车方式不合理而出现各种安全生产问题。

刹车失灵和人为操作失误造成的溜钻现象，在钻井生产过程中比较常见。溜钻发生原因有以下方面：（1）刹车失灵造成溜钻。液压盘式刹车的主要刹车部件由安全钳和工作钳组成，安全钳为常闭制动钳，工作钳为常开制动钳。正常生产工况中，司钻通过液力盘刹系统，控制工作钳的打开或关闭来控制滚筒的运动或停止。紧急情况下，司钻通过“紧急制动”按钮，控制安全钳和工作钳同时关闭来实现刹车。（2）人为操作失误或判断不及时造成溜钻。大多数溜钻都是人为操作失误造成，夜班司钻扶刹把溜钻的概率高于白班，司钻疲劳操作导致溜钻的概率高于正常倒替操作，而凌晨为溜钻发生的高峰期。人为操作失误导致溜钻，通常是因为拉刹工作钳不及时，由于人自身反应意识的滞后性和失误概率的绝对性。在纯人工控制的情况下，无法实现设备本质安全。

国内外目前的钻机刹车无法做到整个钻井周期的全工况智能防溜钻控制。现有的刹车自动控制项点有：（1）防碰天车；（2）下防砸；（3）自动送钻系统钻进工况送钻控制。钻井行业针对顶天车和砸转盘两种极端情况，设计了过卷防碰、防碰天车绳两种机械式上防碰控制装置，另外专门设计了电子防碰装置控制上防碰、下防砸。上述装置的防碰、防砸设计，仅仅控制大钩运行的上、下临界点，完全没有大钩行程区间内的防溜钻控制。钻井生产中，大钩行程区间内的溜钻多发而且危害极高。例如，接单根的过程中，钻具已经坐上吊卡，这时一旦发生溜钻，大钩和水龙头必然下压方钻杆，这种情况轻则损坏钻具及方钻杆，重则大钩、水龙头脱落造成重大生命财产事故。

目前存在没有数字量化各项防溜钻控制参数、溜钻人工判断控制刹车的延迟性不可避免、均没有实现刹车的自动化智能化控制等问题。

发明内容

为解决这一问题，本发明的目的是提供一种钻机智能防溜钻控制方法。本发明克服了现有技术的不足，针对控制绞车运动状态的智能控制系统，量化绞车运动状态，通过参数量化、程序控制、机构响应的方式，实现了钻井生产过程中绞车工作状态的智能刹车控制，具备了钻井全部工况溜钻判定和刹车响应功能。

为了解决以上技术问题，本发明是通过采用以下技术方案方式实现的：

一种钻机智能防溜钻控制方法，包括对大钩、大绳、绞车进行实时监控的绝对值编码器、死绳拉力传感器、PLC可编程逻辑控制器、触摸屏显示器、声光报警器、绞车刹车系统；PLC可编程逻辑控制器包括CPU处理器和开关量输出模块，其中：

大钩工作模式分为钻进模式、起钻模式、下钻模式和低悬重模式四种，钻进模式、起钻模式和下钻模式为手动选定，低悬重模式为自动识别，且可与上述三种手动选定的模式自动穿插跳转。

设定大钩位置上临界点、大钩位置下临界点、大钩钩速及加速度、钻具悬重增大量、钻具悬重减少量，检测以上参数超限时，发出声光报警并且对控制大钩位置的绞车刹车。

低悬重模式：低悬重模式包括空游车、接卸单根、接卸立柱、完井甩钻具工况；溜钻判定参数为大钩位置超限、钩速及加速度，当大钩位置超限、大钩钩速及加速度任何一参数超限时，发出声光报警并且绞车刹车。