钻机用单吊环保护装置

906 编辑：中冶有色技术网来源：天水电气传动研究所集团有限公司

2023-12-18 15:56:46

权利要求书： 1.一种钻机用单吊环保护装置，其特征在于：包括有绞车（5）、钻具（8）、吊卡（9）、吊环（10）、游车（11）和钻台面（12），钻具（8）连接在钻台面（12）上，吊卡（9）设有两个，两个吊卡（9）均连接在钻具（8）上，两个吊卡（9）分别连接在钻具（8）左右两侧，吊环（10）设有两个，两个吊环（10）下端分别连接在两个吊卡（9）上，每个吊环（10）与每个吊卡（9）采用插销连接，两个吊环（10）上端连接在游车（11）上，绞车（5）的绞绳通过滑轮连接在游车（11）上端；还包括有人机界面系统（1）、综合控制系统（2）、无线数据传输连接系统（3）、绞车接口控制系统（4）、游车高度及运行状态判断系统（6）和吊卡插销检测系统（7），吊卡插销检测系统（7）设有两个，两个吊卡插销检测系统（7）分别设在两个吊卡（9）外侧，吊卡插销检测系统（7）与无线数据传输连接系统（3）无线通信连接，吊卡插销检测系统（7）通过无线数据传输连接系统（3）与综合控制系统（2）电性连接，运行状态判断系统（6）连接在绞车（5）的滚筒轴上，运行状态判断系统（6）与综合控制系统（2）电性连接，绞车接口控制系统（4）连接在绞车（5）上，绞车接口控制系统（4）与综合控制系统（2）电性连接，综合控制系统（2）与人机界面系统（1）电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种钻机用单吊环保护装置，其特征在于：所述的吊卡插销检测系统（7）包括有检测传感器，检测传感器采用无机械触头的电感式非接触传感器。

3.根据权利要求1所述的一种钻机用单吊环保护装置，其特征在于：所述的吊卡插销检测系统（7）包括有电感式接近开关传感器、锂电池和无线发送装置，电感式接近开关传感器、锂电池和无线发送装置电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种钻机用单吊环保护装置，其特征在于：所述的无线数据传输连接系统（3）采用LORO通讯模块。

5.根据权利要求1所述的一种钻机用单吊环保护装置，其特征在于：游车高度及运行状态判断系统（6）包括有增量式脉冲编码器，增量式脉冲编码器连接在绞车（5）的滚筒轴上。

说明书：一种钻机用单吊环保护装置技术领域[0001] 本实用新型涉及石油钻机技术领，具体为一种钻机用单吊环保护装置。背景技术[0002] 起、下钻是钻井作业中的一种长时间反复性、高强度的配合作业，由于司钻和井口人员的操作失误，两只吊环其中一只没有挂入吊卡内，就会在刚起钻上提时发生“单吊环”

事故，造成井内油管折弯或折断、钻具落井、吊环弹起伤人等事故。当前，防止钻机作业“单

吊环”事故的方法大部分是在吊卡销子上进行各种各样的改进，也有少部分通过控制盘刹、

离合器来防止“单吊环”起钻的自动控制装置，但由于没有考虑到恶劣的井口环境、没有考

虑控制系统气路、液路的滞后时间等，只能停留在理论验证上，不能及时有效的杜绝单吊环

事故，不能在实际中进行推广应用。

实用新型内容

[0003] 本实用新型的目的在于提供一种钻机用单吊环保护装置，安装方便、保护全面，可全面适配市场上现有的交流、直流、数字、模拟的钻机电传动控制系统，且不影响司钻以往

正常操作习惯的防止单吊环事件发生的装置。

[0004] 为解决上述技术问题，本实用新型一种钻机用单吊环保护装置包括有绞车、钻具、吊卡、吊环、游车和钻台面，钻具连接在钻台面上，吊卡设有两个，两个吊卡均连接在钻具

上，两个吊卡分别连接在钻具左右两侧，吊环设有两个，两个吊环下端分别连接在两个吊卡

上，每个吊环与每个吊卡采用插销连接，两个吊环上端连接在游车上，绞车的绞绳通过滑轮

连接在游车上端；还包括有人机界面系统、综合控制系统、无线数据传输连接系统、绞车接

口控制系统、游车高度及运行状态判断系统和吊卡插销检测系统，吊卡插销检测系统设有

两个，两个吊卡插销检测系统分别设在两个吊卡外侧，吊卡插销检测系统与无线数据传输

连接系统无线通信连接，吊卡插销检测系统通过无线数据传输连接系统与综合控制系统电

性连接，运行状态判断系统连接在绞车的滚筒轴上，运行状态判断系统与综合控制系统电

性连接，绞车接口控制系统连接在绞车上，绞车接口控制系统与综合控制系统电性连接，综

合控制系统与人机界面系统电性连接。

[0005] 进一步的，所述的吊卡插销检测系统包括有检测传感器，检测传感器采用无机械触头的电感式非接触传感器。

[0006] 进一步的，所述的吊卡插销检测系统包括有电感式接近开关传感器、锂电池和无线发送装置，电感式接近开关传感器、锂电池和无线发送装置电性连接。

[0007] 进一步的，所述的无线数据传输连接系统采用LORO通讯模块。[0008] 进一步的，游车高度及运行状态判断系统包括有增量式脉冲编码器，增量式脉冲编码器连接在绞车的滚筒轴上。

[0009] 综合控制系统可自动诊断游车高度位置、插销插入吊卡的状态、绞提下车上放工况，在游车低位、绞车上提且插销未插到位时自动输出绞车扭矩限制。人机界面系统可实时

显示游车高度、插销插入吊卡状态、保护动作状态。人机界面系统可根据不同类型配置的钻

机调整游车高度、扭矩限制的值。绞车接口控制系统采用限制绞车扭矩输出的方式预防钻

机单吊环事故。绞车接口控制系统可兼容交流、直流、数字、模拟的绞车电传动系统。

[0010] 本实用新型的有益效果是：包括有绞车、钻具、吊卡、吊环、游车和钻台面，钻具连接在钻台面上，两个吊卡均连接在钻具上，两个吊环下端分别连接在两个吊卡上，两个吊环

上端连接在游车上，绞车的绞绳通过滑轮连接在游车上端；两个吊卡插销检测系统分别设

在两个吊卡外侧，吊卡插销检测系统通过无线数据传输连接系统与综合控制系统电性连

接，运行状态判断系统与综合控制系统电性连接，绞车接口控制系统与综合控制系统电性

连接，综合控制系统与人机界面系统电性连接，本实用新型系统简洁、安装方便、保护全面，

可全面适配市场上现有的交流、直流、数字、模拟的钻机电传动控制系统，适用性强，接口简

单，且不影响司钻以往的正常操作习惯。本实用新型提供了一种在起、下钻绞车低位上提

时，两个吊环未完全卡入吊卡，销子没有插到位时主动限制绞车扭矩输出，使其出力不足拉

动带有钻具的吊卡从而起到保护作用的装置。

附图说明[0011] 图1为本实用新型结构示意图。[0012] 图中：1.人机界面系统；2.综合控制系统；3.无线数据传输连接系统；4.绞车接口控制系统；5.绞车；6.游车高度及运行状态判断系统；7.吊卡插销检测系统；8.钻具；9.吊

卡；10.吊环；11.游车；12.钻台面。

具体实施方式[0013] 如图1所示，本实用新型一种钻机用单吊环保护装置包括有绞车5、钻具8、吊卡9、吊环10、游车11和钻台面12，钻具8连接在钻台面12上，吊卡9设有两个，两个吊卡9均连接在

钻具8上，两个吊卡9分别连接在钻具8左右两侧，吊环10设有两个，两个吊环10下端分别连

接在两个吊卡9上，每个吊环10与每个吊卡9采用插销连接，两个吊环10上端连接在游车11

上，绞车5的绞绳通过滑轮连接在游车11上端；还包括有人机界面系统1、综合控制系统2、无

线数据传输连接系统3、绞车接口控制系统4、游车高度及运行状态判断系统6和吊卡插销检

测系统7，吊卡插销检测系统7设有两个，两个吊卡插销检测系统7分别设在两个吊卡9外侧，

吊卡插销检测系统7与无线数据传输连接系统3无线通信连接，吊卡插销检测系统7通过无

线数据传输连接系统3与综合控制系统2电性连接，运行状态判断系统6连接在绞车5的滚筒

轴上，运行状态判断系统6与综合控制系统2电性连接，绞车接口控制系统4连接在绞车5上，

绞车接口控制系统4与综合控制系统2电性连接，综合控制系统2与人机界面系统1电性连

接。

[0014] 进一步的，所述的吊卡插销检测系统7包括有检测传感器，检测传感器采用无机械触头的电感式非接触传感器。

[0015] 进一步的，所述的吊卡插销检测系统7包括有电感式接近开关传感器、锂电池和无线发送装置，电感式接近开关传感器、锂电池和无线发送装置电性连接。

[0016] 进一步的，所述的无线数据传输连接系统3采用LORO通讯模块。[0017] 进一步的，游车高度及运行状态判断系统6包括有增量式脉冲编码器，增量式脉冲编码器连接在绞车5的滚筒轴上。

[0018] 综合控制系统2可自动诊断游车11高度位置、插销插入吊卡9的状态、绞提下车上放工况，在游车22低位、绞车22上提且插销未插到位时自动输出绞车5扭矩限制。人机界面

系统2可实时显示游车11高度、插销插入吊卡9状态、保护动作状态。人机界面系统1可根据

不同类型配置的钻机调整游车11高度、扭矩限制的值。绞车接口控制系统4采用限制绞车5

扭矩输出的方式预防钻机单吊环10事故。绞车接口控制4系统可兼容交流、直流、数字、模拟

的绞车5电传动系统。

[0019] 以ZJ70DB钻机使用本实用新型为例：ZJ70DB钻机空游车11带吊环10悬重为20吨，空游车11带吊环10在绞车5悬停时的绞车5变频电机控制柜的总扭矩数据为1800N.m，在人

机界面系统1中设置单吊环10保护时绞车5变频器总输出的最大扭矩值为1900N.m，设置单

吊环10保护投入的游车5高度为0.2米。在起钻时两个吊卡9其中一个插销未插入吊环10、且

游车11高度位置在0.2米以下、且绞车11在起钻上提运行时，绞车5扭矩限制投入，输出最大

值被限制在1900N.m，因为1900N.m＞1800N.m，所以不影响空游车11的正常上提运行。当

吊环10与吊卡9接触，绞车输出扭矩瞬间增大到1900N.m，但不足以提升吊卡9及钻具8离开

钻台面12，不足以使吊环10弹起伤人。当两个吊卡9的插销均插入吊环10、绞车11扭矩限制

不投入，当绞车5上提游车11高度至0.1米时，人为拔掉一个吊卡9的销子进行测试，绞车11

扭矩限制立即投入，游车11停止运行，且可瞬间悬停。当绞车5上提游车高度大于0.2米时，

人为拔掉一个吊卡9的销子进行测试，绞车11扭矩限制不投入，不影响运行。在绞车5下放时

绞车11扭矩限制不投入，不影响运行。

[0020] 本实用新型系统简洁、安装方便、保护全面，可全面适配市场上现有的交流、直流、数字、模拟的钻机电传动控制系统，适用性强，接口简单，且不影响司钻以往的正常操作习

惯。本实用新型提供了一种在起、下钻绞车低位上提时，两个吊环未完全卡入吊卡，销子没

有插到位时主动限制绞车扭矩输出，使其出力不足拉动带有钻具的吊卡从而起到保护作用

的装置。