顶驱智能防碰控制系统研制

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1、顶驱智能防碰控制系统研制　　摘要：在钻井施工作业中安全生产是至关重要的。尤其是安装使用具有钻井作业优势的顶驱装置时，在除去顶驱的工作行程后，安全距离（顶驱上部距天车底部的距离）已不足5米，其中7000米井架上部可用安全空间距离约仅为3.9米，这显然不足以确保顶驱的安全使用。针对这种使用中的缺陷，本文介绍了一种新型智能控制系统，从本质上提高顶驱设备使用中的安全。关键词：顶驱、智能防碰、盘刹、油门控制；中图分类号：C35文献标识码：ADesignoftopdriveequipmentcontrolsystemYongmingzheng1luohui1yuping1zengxiangbin2liu

2、jingchen2gaolingyun2(1.CcdcChuanxiDrillingCompany2.ChongqingInstrumentFactoryofLoggingCompanyofChuanqingDrillingCompanyLtd)Abstract:safetyproductionofthedrillingoperationisveryimportant.Intheuseofthetopdrivedrilling,thedistancefromthetopofderricktothetopdriveequipmentisverysmall.Now,introducesakind

3、ofintelligentcontrol7systemforyou.Inessence,improvethesafeofusingthetopdriveequipment.equipment.Keyword:topdrive、Anti-collision、Dsicbrake、throttlecontrol；一、引言7在解决钻机天车防碰安全问题方面，国内外钻机主要采用数码式、重锤式和过卷阀等三种方式来达到防碰功能。这些防碰系统在安装使用顶驱的钻机中使用，存在一定局限或缺陷：如司钻按常规操作习惯在顶驱本体到达其工作高度（距转盘面约40.7米的位置）时开始刹车，尽管数码防碰、过卷阀、重锤式防碰挡绳

4、的限高位置都处在此时发生作用，但若防碰反应滞后（人为或设备因素），或是司钻没有把游车上行的速度控制好（小于0.6米/秒），由于惯性力的作用，即会出现游车连同顶驱设备直接撞上天车的恶性事故。为了防止由于操作的判断失误，导致顶驱超越上下端的工作限制范围，伤及人和损坏顶驱设备等其它钻井设备，顶驱智能防碰系统需主动进行防护的控制。本系统采用一种可靠的监测和精确控制方式，精确测算出顶驱在各个位置高度上的实时速度及具体位置，并能根据运算结果，做出在不同的位置进行速度限制的控制，保证在有效地刹车空间里，在到达极限位置（上碰、下砸点）前刹住车。既避免上碰与下砸，又克服急促刹车带来的不利影响，最终实现游车连同

5、顶驱设备，在上行下放过程中的智能化控制。二、系统结构整套控制系统如图1所示，由悬重传感器、方位传感器、倾角传感器、高度传感器、主处理系统、气压比例调节阀、液压比例调节阀、气控电磁阀、后台计算机等组成。该控制系统的工作原理是：悬重传感器将压力信号转换成电信号传递给主处理系统。主处理系统经过A/D转换并计算后可得出当前的悬重重量。方位传感器将吊环方位转换成数字量直接传递给主处理系统，通过计算得出吊环方位。倾角传感器将吊环的倾斜角度转换成电信号传递给主控系统，计算处理后得出吊环倾斜量。高度传感器将顶驱的高度信号转换成数字信号传递给主处理系统，计算处理后得出顶驱高度值。主处理系统将各个传感的信号进行

6、采集，并计算处理后显示出来。并根据计算处理结果判断是否对气压比例调节阀、液压比例调节阀进行比例控制输出或对电磁阀进行通断控制。同时将处理的结果以总线通讯方式传递给后台计算机。由后台计算机将数据进行存储，并实现历史回放和曲线打印，以便分析数据之用。图1整体系统框图三、硬件设计7整个系统硬件系统如图2所示，主要由电源转换电路、信号处理电路、ARM单片机、液晶驱动电路、看门狗复位电路、键盘、比例调节电路、RS485通讯电路等组成。图2硬件电路系统图1.信号处理电路由于本仪器有三类传感器的信号，因此处理电路分为数字信号处理、模拟信号处理、倾斜量信号处理电路等三种信号处理电路。以下分别对这三种信号处理

7、电路做详细的介绍。数字信号处理电路由于本仪器要采用电子方位传感器和高度传感器，而方位传感器安装在顶驱的旋转头齿轮处。顶驱装置在钻井井架中上下来回移动，因此传感器的接线不能太多，所以该传感器定为RS485信号输出的绝对值光电编码器。由于考虑到同一套仪器中的零部件通用性，因此高度传感器也定为RS485输出的绝对值光电编码器。其处理电路如图3所示。编码器输出的RS485信号经过SP3082电平转换芯片处理后，由两个