CN207813550U - 一种用于保护石油钻机顶驱内防喷器的控制*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于保护石油钻机顶驱内防喷器的控制***，包括顶驱电控***和VFD电控***；所述顶驱IBOP开关一端接+24V电源，另一端接顶驱操作台PLC的输入模块，该操作台PLC通过通讯线连接到顶驱电控主PLC，再由该顶驱电控主PLC的I/O输出模块的输出点接‑K50继电器的A1端，‑K50继电器的另一端A2接电源M地，‑K50继电器常开点两端连接二根平行线,其中一根线尾端连接VFD电控综合柜主PLC的I/O输入模块，另一根线尾端接VFD电控***的电源+24V，然后由VFD主PLC分别通过通讯线与泥浆泵变频器、司钻台PLC电连。本实用新型做到了即使司钻出现对顶驱内防喷器IBOP的误操作，也不会对顶驱内防喷器造成损害，以及造成其它安全隐患，从而对顶驱的内防喷器进行了有效的保护。

Description

一种用于保护石油钻机顶驱内防喷器的控制***

技术领域

本实用新型属于石油钻井技术领域，涉及石油钻机顶部驱动***内防喷器，具体涉及一种用于保护石油钻机顶驱内防喷器的控制***。

背景技术

目前，相比于转盘，石油钻机顶部驱动能显著提高钻井作业的能力和效率，已成为石油钻探行业钻机的标准配置。钻井工作过程中要频繁进行接、卸钻杆，这时会对顶驱内防喷器（IBOP）和泥浆泵进行打开或关闭操作。正常的操作顺序是：首先要将泥浆泵的泵冲降为零，再将顶驱内防喷器（IBOP）关闭后，卸开钻具才能上提大钩接新的钻柱。当接完钻杆后，要必须先将顶驱内防喷器打开，再将泥浆泵开到规定的泵冲和泵压值时，开始工作。但在这一过程中，司钻经常误操作：或者打开过晚，或者忘记打开，由于顶驱内防喷器（IBOP）的机械特殊构造而不能承受从上向下过高的压力，导致内防喷器（IBOP）的损坏。另一方面在正常钻进生产时，是不允许将顶驱的内IBOP防喷器关闭。但有时司钻因视觉疲劳或其它原因会无意识误将顶驱IBOP开关打到关闭位置，导致遥控内防喷器关闭，因泥浆泵一直处于带压运行状态，会迅速将泵压憋至很高，导致泥浆泵出口接头及管线和内IBOP防喷器承受过高压力，直接造成内IBOP防喷器机械损坏，更有甚者会造成泥浆泵出口接头处承压过高，出现接头开裂而喷射泥浆，不仅导致设备损坏还会危及到人身安全。当顶驱内喷器损坏后，出现溢流和井喷时，也不能遥控内防喷器关闭钻柱通道而造成更大的危害。

针对以上情况，目前所能采取的措施是：加强对司钻人员的安全意识教育，并在正常工作中要求保持精神旺盛和注意力高度集中，严格按照正确顺序步骤操作。但这在实际工作过程中，司钻人员操作长期处于注意力高度集中，精神上高度紧张的状态，同时又要应对井下不同工况而进行不同操作，时间一长不可避免的会出现精神上或身体上疲劳，这都不能完全杜绝误操作的发生，尤其对新司钻人员。当发生了顶驱内防喷器IBOP的损坏时也只能更换新的，不仅大大增加了维护的成本，又耽误正常的生产，还在钻机正常的使用中埋下了重大安全隐患。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的上述误操作造成顶驱内防喷器损坏的问题，本实用新型提供了一种用于保护石油钻机顶驱内防喷器的控制***。

本实用新型采用如下技术方案：一种用于保护石油钻机顶驱内防喷器的控制***，包括顶驱电控***和VFD电控***；顶驱电控系包括顶驱操作台、顶驱电控主PLC、-K50继电器，顶驱操作台上设有顶驱IBOP开关和其PLC的输入模块，所述顶驱电控主PLC包括CPU模块和I/O输出模块等；VFD电控***包括VFD电控综合柜主PLC、司钻台、泥浆泵变频器，VFD电控综合柜主PLC 包括CPU模块和I/O输入模块等，司钻台设有司钻台PLC和触摸屏；其中，所述顶驱IBOP开关一端接+24V电源，另一端接顶驱操作台PLC输入模块，该PLC通过Profibus通讯线连接到顶驱电控主PLC，再由该顶驱电控主PLC的I/O输出模块的输出点接-K50继电器的A1端，-K50继电器的另一端A2接电源M地，-K50继电器常开点两端连接二根平行线, 其中一根线尾端连接VFD电控综合柜主PLC的 I/O输入模块，另一根线尾端接VFD电控***的电源+24V，然后由VFD主PLC分别通过Profibus通讯线与泥浆泵变频器、司钻台PLC电连。

所述的二根平行线通过一10芯电缆4，10芯电缆两头分别带有接插头，其中一端的插头和所述的-K50继电器常开点两端连接，另一端的插头分别和VFD电控综合柜主PLC的I/O输入模块、VFD电控***的电源+24V相接。

采用上述***用于保护石油钻机顶驱内防喷器的方法，具体为：钻井生产时，司钻人员操作将顶驱IBOP开关打到闭合状态时，即控制顶驱IBOP内防喷器关闭，给顶驱操作台PLC 输入模块一个+24V高电平 “1”信号，通过Profibus总线通讯将信号传送到顶驱电控主PLC，其I/O输出模块使-K50继电器“3”线圈得电，带动其常开触点闭合，其常开点两端连接两根平行线通过在一个10芯电缆内，一头连接到VFD电控综合柜主PLC的 I/O输入模块上，另一头连接VFD电控***的电源+24V，从而完成了信号从顶驱电控***和VFD电控***之间的传输和两电控***的电隔离，此时VFD电控***通过VFD电控综合柜主PLC即可知道顶驱IBOP的闭合状态，作为对泥浆泵变频器的一个控制信号，对VFD电控综合柜主PLC编程后通过Profibus通讯完成对泥浆泵变频器运行控制即完成对泥浆泵起动加压操作，即顶驱内防喷器在关闭或者打开状态下，分别判定能否给定“加泵冲增压”或泵已带压运行时自动“减泵冲降压”的控制。

本实用新型所述司钻台中的司钻台PLC和触摸屏电连，触摸屏上设有“起动泥浆泵按钮”、“增加泥浆泵按钮”、“停止泥浆泵按钮”、“减少泵冲按钮”；所述的给定“加泵冲增压”通过启动“增加泥浆泵按钮”给定。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

传统钻机顶驱电控***和钻机井场泥浆泵电控***是相对独立的二个***，它们之间没有联系，本实用新型将顶驱内防喷器IBOP开闭状态信号和VFD电控***中对泥浆泵的控制形成一个闭锁控制***，通过对VFD电控***中的主PLC编程控制实现顶驱内防喷器IBOP的保护控制，从而避免了顶驱内喷器的损坏和其它危险情况的发生。

1）在进行正常接卸钻杆，设定泥浆泵压操作过程中，当接完一根钻柱后，司钻没有打开内防喷器IBOP就操作泥浆泵时，就无法对泵冲进行设定而增加泵冲，此时通过主控VFD或SCR房内PLC程序实现对泥浆泵的给定量加以限制控制，只有再次关闭顶驱内喷器后，才能解除并正常进行下一步的操作。

2）在正常打井钻进状态下，司钻即使误操作将顶驱IBOP遥控关闭时，泥浆泵会自动地将泵冲降为零停止增压，但不停泵；司钻再次操作泥浆泵时，不能增加泵冲，同时会在司钻房触摸屏上提示：“运行中顶驱内防喷器被关闭”，只有在再次打开内防喷器后才能进行正常加压操作。避免了憋泵情况的出现，以防造成IBOP防喷器的损坏、漏液和泥浆泵出口接头开裂，以及相关设备因承压过高而造成损坏和人员伤害，并降低了使用中的安全隐患。既节约了检修时间又提高了生产效率，对顶驱的内防喷器IBOP进行了有效的保护并延长了其使用寿命。

本实用新型做到了即使司钻出现对顶驱内防喷器IBOP的误操作，也又不会对顶驱内防喷器造成损害，以及造成其它安全隐患，从而对顶驱的内防喷器进行了有效的保护。

附图说明

图1.是本实用新型的结构示意图;

图2.是本实用新型的程序控制流程图。

图中：1. 顶驱操作台 、2. 顶驱电控主PLC、3. -K50继电器、4. 10芯电缆、5. VFD电控综合柜主PLC 、6. 司钻台 、7. 泥浆泵变频器 。

具体实施方式

如图1所示，一种用于保护石油钻机顶驱内防喷器的控制***，包括顶驱电控***和VFD电控***；顶驱电控系包括顶驱操作台1、顶驱电控主PLC2、-K50继电器3，顶驱操作台1上设有顶驱IBOP开关和PLC，PLC上设有输入模块，所述顶驱电控主PLC2包括CPU模块和I/O输出模块；VFD电控***包括VFD电控综合柜主PLC 5、司钻台6、泥浆泵变频器7，VFD电控综合柜主PLC 包括CPU模块和I/O输入模块，司钻台6设有司钻台PLC和触摸屏；其中，所述顶驱IBOP开关一端接+24V电源，另一端接顶驱操作台PLC输入模块，该PLC通过Profibus通讯线连接到顶驱电控主PLC，再由该顶驱电控主PLC的I/O输出模块的输出点接-K50继电器3的A1端，-K50继电器3的另一端A2接地M，-K50继电器常开点两端连接二根平行线, 二根平行线的尾端，其中一根线的尾端连接VFD电控综合柜主PLC的 I/O输入模块，另一根线的尾端接VFD电控***的+24V电源，然后由VFD主PLC分别通过Profibus通讯线与泥浆泵变频器7、司钻台PLC电连。

上述的二根平行线通过一10芯电缆4，10芯电缆两头分别带有接插头，其中插头的一端和顶驱电控***中所述的-K50继电器常开点两端连接，插头的另一端分别和VFD电控***中所述的接VFD电控综合柜主PLC的 I/O输入模块、VFD电控综合柜PLC的+24V电源相接。

本实用新型所述司钻台中的司钻台PLC和触摸屏电连，触摸屏上设有“起动泥浆泵按钮”、“增加泥浆泵按钮”、“停止泥浆泵按钮”、“减少泵冲按钮”。

钻井生产时，司钻人员操作将顶驱IBOP开关打到闭合状态时即控制顶驱IBOP内防喷器关闭，给顶驱操作台PLC 输入模块一个+24V高电平 “1”信号，通过Profibus总线通讯将信号传送到顶驱电控主PLC，其I/O输出模块使-K50继电器3线圈得电，带动其常开触点闭合，其常开点两端连接两根平行线，两根平行线中的一根尾端接到VFD电控***的VFD电控综合柜主PLC I/O输入模块，另一根线的尾端接VFD电控综合柜电源+24V，这时就将+24V这个“1”信号给到VFD电控综合柜的主PLC的 I/O输入模块，从而完成了信号从顶驱电控***和VFD电控***之间的传输，同时又确保了两电控***的电气隔离。此时VFD电控***通过VFD电控综合柜主PLC即可知道顶驱IBOP内防喷器的开、闭状态。另外司钻台人员在触摸屏6上通过在屏上的相应按钮起动、停止、增加泵冲、减少泵冲，将操作信号通过VFD电控综合柜主PLC传递给泥浆泵变频器7。从电气整体方面考虑，上述司钻人员在触摸屏6上，通过屏上对泥浆泵变频器进行操作起动和设定泵冲时，VFD电控综合柜主PLC会先对顶驱操作箱上IBOP操作开关的位置、及内防喷器实际“开”、“闭”状态进行实时检测，并将判断结果作为起动和设定泥浆变频器给定量的依据，并对泥浆泵变频器7进行控制，通过在VFD电控综合柜主PLC编程来完成对对泥浆泵起动加压操作，即顶驱内防喷器在关闭或者打开状态下，分别判定能否给定加泵冲增压或泵已带压运行时自动减泵冲降压的控制。同时在触摸画面上也编辑一个提示信息：“此时顶驱内防喷器处于关闭状态”来及时提醒司钻操作人员。应用时具体程序控制如图2所示，步骤１０１中VFD房内的电控综合柜主PLC ***开始启动运行，然后进入１０２步骤首先判定顶驱内防喷器IBOP属于何种状态，如果顶驱IBOP处于关闭状态，即按图2中NO的方向进行，在步骤１０３中禁止泥浆泵变频器的起动，同时对触摸屏上设定增加泵冲值的按钮功能键进行封锁即禁止设定，这时泥浆泵就无法起动运行，并在屏上提示“此时顶驱内防喷器处于关闭状态。而按箭头再循环进入１０２步骤：重新对顶驱内防喷器IBOP开闭状态进行判断，直至司钻人员打开防喷器，程序并检测判定顶驱内防喷器驱IBOP处于打开状态，才可按图2中YES箭头方向进入到１０４步骤，在１０４步骤中，司钻人员可通过起动泥浆按钮起动泵变频器，并通过触摸屏设定增加泵冲值，从完成对泥浆泵起动加压操作。在１０５步骤中泥浆泵按设定值运行。泥浆泵正常运行时在步骤１０６中继续对顶驱内防喷器IBOP开闭状态进行判定，检查IBOP处于什么状态，如果处于打开状态，在１０７步骤中泵继续按原设定值正常运行或可在触摸屏上对泵可进行正常的加压/减压操作。如果运行中顶驱内防喷器IBOP被关闭（即出现司钻人员误操作），就会转到步骤１０８，在步骤１０８中，通过程序自动设定泵冲值为零，控制泥浆泵运行速度减到零，避免出现憋泵。同时禁止触摸屏上的泵冲增加和减少按钮设定功能，使司钻人员不能继续操作加压，避免继续错误操作。并在屏上给出提示，显示：“运行中顶驱内防喷器IBOP被关闭”。然后使程序再按箭头所指循环到回原始判断状态102步骤，再次循环运行。 分别判定能否给定加泵冲增压或泵已带压运行时自动减泵冲降压的控制，从而达到保护内防喷器的目的。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于保护石油钻机顶驱内防喷器的控制***，其特征在于：包括顶驱电控***和VFD电控***；顶驱电控系包括顶驱操作台（1）、顶驱电控主PLC（2）、-K50继电器（3），顶驱操作台（1）上设有顶驱IBOP开关和其PLC输入模块，所述顶驱电控主PLC（2）包括CPU模块和I/O输出模块；VFD电控***包括VFD电控综合柜主PLC（5）、司钻台（6）、泥浆泵变频器（7），VFD电控综合柜主PLC 包括CPU模块和I/O输入模块，司钻台（6）设有司钻台PLC和触摸屏；其中，所述顶驱IBOP开关一端接+24V电源，另一端接顶驱操作台PLC输入模块，该PLC通过通讯线连接到顶驱电控主PLC，再由该顶驱电控主PLC的I/O输出模块的输出点接-K50继电器（3）的A1端，-K50继电器（3）的另一端A2接地，-K50继电器常开点两端连接二根平行线,其中一根线尾端连接VFD电控综合柜主PLC的 I/O输入模块，另一根线尾端接VFD电控***的电源+24V，然后由VFD主PLC分别通过通讯线与泥浆泵变频器（7）、司钻台PLC电连。

2. 根据权利要求1所述的一种用于保护石油钻机顶驱内防喷器的控制***，其特征在于：所述的二根平行线采用一10芯电缆（4），10芯电缆两头分别带有接插头，其中一端的插头和-K50继电器常开点两端连接，另一端的插头分别和VFD电控综合柜主PLC的 I/O输入模块、VFD电控***的电源+24V相接。