顶驱钻井控制辅助装置论文和设计

全文摘要

本实用新型提供的一种顶驱钻井控制辅助装置，其包括：用于与顶驱控制系统相连的数据采集模块，数据采集模块的输出端与通讯模块相连；数据采集模块用于获取顶驱钻井系统的实时测量参数，并将实时测量参数发送至通讯模块；用于接收实时测量参数和顶驱钻井系统的固有参数的通讯模块；通讯模块能使顶驱钻井控制优化装置能获取实时测量参数和固有参数；且使通讯模块能接收顶驱钻井控制优化装置生成的控制指令；用于与顶驱控制系统相连的数据发送模块，数据发送模块的输出端与通讯模块相连；数据发送模块用于根据控制指令，向顶驱控制系统发送控制信号。本申请实施方式提供了一种顶驱钻井控制辅助装置，其能提高顶驱钻井控制优化装置的工作效率。

主设计要求

1.一种顶驱钻井控制辅助装置，其特征在于，包括：数据采集模块、数据发送模块、通讯模块；其中，所述数据采集模块的输入端用于与顶驱控制系统相连，所述数据采集模块的输出端与所述通讯模块相连；所述数据采集模块用于获取所述顶驱钻井系统的实时测量参数，并将所述实时测量参数发送至所述通讯模块；所述通讯模块用于接收所述实时测量参数和所述顶驱钻井系统的固有参数；所述通讯模块能与顶驱钻井控制优化装置相连，以使所述顶驱钻井控制优化装置能获取所述实时测量参数和所述固有参数；且使所述通讯模块能接收所述顶驱钻井控制优化装置生成的控制指令；所述数据发送模块的输入端用于与所述顶驱控制系统相连，所述数据发送模块的输出端与所述通讯模块相连；所述数据发送模块用于根据所述控制指令，向所述顶驱控制系统发送控制信号。

设计方案

1.一种顶驱钻井控制辅助装置，其特征在于，包括：数据采集模块、数据发送模块、通讯模块；其中，

所述数据采集模块的输入端用于与顶驱控制系统相连，所述数据采集模块的输出端与所述通讯模块相连；所述数据采集模块用于获取所述顶驱钻井系统的实时测量参数，并将所述实时测量参数发送至所述通讯模块；

所述通讯模块用于接收所述实时测量参数和所述顶驱钻井系统的固有参数；所述通讯模块能与顶驱钻井控制优化装置相连，以使所述顶驱钻井控制优化装置能获取所述实时测量参数和所述固有参数；且使所述通讯模块能接收所述顶驱钻井控制优化装置生成的控制指令；

所述数据发送模块的输入端用于与所述顶驱控制系统相连，所述数据发送模块的输出端与所述通讯模块相连；所述数据发送模块用于根据所述控制指令，向所述顶驱控制系统发送控制信号。

2.根据权利要求1所述的顶驱钻井控制辅助装置，其特征在于，所述顶驱钻井控制辅助装置还包括：连接于所述顶驱控制系统和所述顶驱钻井系统之间的继电器，所述继电器用于对所述顶驱钻井系统的控制权限进行控制。

3.根据权利要求2所述的顶驱钻井控制辅助装置，其特征在于：所述继电器具有第一工作位置和第二工作位置，在所述第一工作位置下，所述继电器将顶驱钻井系统的全部控制权限释放给顶驱控制系统；在所述第二工作位置下，所述继电器将顶驱钻井系统的部分控制权限释放给顶驱钻井控制优化装置。

4.根据权利要求1所述的顶驱钻井控制辅助装置，其特征在于：所述数据采集模块、所述数据发送模块和所述通讯模块均与顶驱控制系统的司钻箱内的电源相连。

5.根据权利要求1所述的顶驱钻井控制辅助装置，其特征在于：所述顶驱钻井控制辅助装置还包括：存储有所述顶驱钻井系统的固有参数的存储器，所述存储器与所述通讯模块相连。

6.根据权利要求1所述的顶驱钻井控制辅助装置，其特征在于：所述顶驱钻井控制辅助装置还包括：与所述通讯模块相连的运算模块，所述运算模块用于对所述实时测量参数进行计算。

7.根据权利要求1所述的顶驱钻井控制辅助装置，其特征在于：所述顶驱钻井控制辅助装置还包括：用于与所述顶驱控制系统相连的第一标准接口接头；所述第一标准接口接头与所述数据发送模块的输入端和所述数据采集模块的输入端相连。

8.根据权利要求1所述的顶驱钻井控制辅助装置，其特征在于：所述顶驱钻井控制辅助装置还包括：用于与顶驱钻井控制优化装置相连的第二标准接口接头；所述第二标准接口接头与所述通讯模块相连。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及钻井领域，尤其涉及一种顶驱钻井控制辅助装置。

背景技术

顶驱钻井系统是一种顶部驱动钻井系统，它可从井架上部空间直接旋转钻杆，沿专用导轨向下送进，完成钻杆旋转钻进，循环钻井液，接立柱，上卸扣和倒划眼等多种钻井操作，是基于钻井工艺技术要求的机电液一体化石油专用设备。顶驱钻井系统通常都配套有非常完善的顶驱控制系统，因此操作人员可以通过顶驱控制系统的操作台进行各项钻井操作，还可以监控顶驱钻井系统的运行状态，进而实现顶驱控制系统的操作功能，以及顶驱钻井系统参数显示和远程监控。

现有的顶驱控制系统的控制指令大多通过操作人员从顶驱控制系统的司钻控制房发出的，作业人员在司钻控制房内可以通过观察实时显示的悬重、钻压、钻速、泥浆返回流量、泥浆泵冲数、立管压力、转盘转速、转盘扭矩、游车高度等钻井参数，再根据作业要求、现场的实际情况和作业的经验，操作司钻控制房内的相应旋钮、按钮或开关，实现对顶驱钻井系统的合理控制和通讯。但对于一些复杂地质条件下的复杂结构井、超深井、超大位移井、深水钻井和特殊工艺井，难免遇到一些非均质性、不确定性、非结构性的难题，此时钻井的效率和安全性很大程度上受到现场作业人员的经验、操作熟练程度及给出指令准确性的影响，对于一些特殊情况的井，甚至需要作业人员进行连续数个小时的复杂操作。因此出现了一类顶驱钻井控制优化装置。

但是钻井过程是一个程序繁多的过程，而且顶驱在钻井过程中只是遇到特定情况才需要使用上述的顶驱钻井控制优化装置。为了提高上述的顶驱钻井控制优化装置的使用频率，现有的解决方案是多个顶驱钻井系统公用一个上述的顶驱钻井控制优化装置。而在多个顶驱钻井系统上公用一个顶驱钻井控制优化装置时，需要将顶驱钻井控制优化装置频繁地在多个顶驱钻井系统之间拆装，且每次在一个顶驱钻井系统上安装时，均需要人工针对该顶驱钻井系统的特点对控制逻辑进行一定修改和参数设置。因此降低了顶驱钻井控制优化装置的工作效率。

因此，有必要提出一种顶驱钻井控制辅助装置，以克服上述缺陷。

实用新型内容

有鉴于此，本申请实施方式提供了一种顶驱钻井控制辅助装置，其能提高顶驱钻井控制优化装置的工作效率，且能保证对于一些特殊情况的井，顶驱钻井控制优化装置能对顶驱钻井系统进行控制。

本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现：一种顶驱钻井控制辅助装置，包括：数据采集模块、数据发送模块、通讯模块；其中，所述数据采集模块的输入端用于与顶驱控制系统相连，所述数据采集模块的输出端与所述通讯模块相连；所述数据采集模块用于获取所述顶驱钻井系统的实时测量参数，并将所述实时测量参数发送至所述通讯模块；所述通讯模块用于接收所述实时测量参数和所述顶驱钻井系统的固有参数；所述通讯模块能与顶驱钻井控制优化装置相连，以使所述顶驱钻井控制优化装置能获取所述实时测量参数和所述固有参数；且使所述通讯模块能接收所述顶驱钻井控制优化装置生成的控制指令；所述数据发送模块的输入端用于与所述顶驱控制系统相连，所述数据发送模块的输出端与所述通讯模块相连；所述数据发送模块用于根据所述控制指令，向所述顶驱控制系统发送控制信号。

作为一种优选的实施方式，所述顶驱钻井控制辅助装置还包括：连接于所述顶驱控制系统和所述顶驱钻井系统之间的继电器，所述继电器用于对所述顶驱钻井系统的控制权限进行控制。

作为一种优选的实施方式，所述继电器具有第一工作位置和第二工作位置，在所述第一工作位置下，所述继电器将顶驱钻井系统的全部控制权限释放给顶驱控制系统；在所述第二工作位置下，所述继电器将顶驱钻井系统的部分控制权限释放给顶驱钻井控制优化装置。

作为一种优选的实施方式，所述数据采集模块、所述数据发送模块和所述通讯模块均与顶驱控制系统的司钻箱内的电源相连。

作为一种优选的实施方式，所述顶驱钻井控制辅助装置还包括：存储有所述顶驱钻井系统的固有参数的存储器，所述存储器与所述通讯模块相连。

作为一种优选的实施方式，所述顶驱钻井控制辅助装置还包括：与所述通讯模块相连的运算模块，所述运算模块用于对所述实时测量参数进行计算。

作为一种优选的实施方式，所述顶驱钻井控制辅助装置还包括：用于与所述顶驱控制系统相连的第一标准接口接头；所述第一标准接口接头与所述数据发送模块的输入端和所述数据采集模块的输入端相连。

作为一种优选的实施方式，所述顶驱钻井控制辅助装置还包括：用于与顶驱钻井控制优化装置相连的第二标准接口接头；所述第二标准接口接头与所述通讯模块相连。

本申请提供的顶驱钻井控制辅助装置的有益效果是：本申请实施方式的顶驱钻井控制辅助装置可以自动针对顶驱钻井系统的特点对控制逻辑进行修改，如此避免了人工针对顶驱钻井系统的特点对控制逻辑进行修改，从而能提高工作效率。并且保证对于一些特殊情况的井，顶驱钻井控制优化装置能通过本申请实施方式的顶驱钻井控制辅助装置对顶驱钻井系统进行控制。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施方式所提供的顶驱钻井控制辅助装置的安装示意图；

图2是本实用新型实施方式所提供的顶驱钻井控制辅助装置的模块图。

附图标记说明：

11、数据采集模块；13、数据发送模块；15、通讯模块；19、顶驱控制系统；21、顶驱钻井控制优化装置；23、存储器；25、运算模块；27、第一标准接口接头；29、第二标准接口接头；31、第一电缆；33、第二电缆。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1至图2。本申请一种实施方式提供的顶驱钻井控制辅助装置A，其可以包括：数据采集模块11、数据发送模块13、通讯模块15；其中，所述数据采集模块11的输入端用于与顶驱控制系统19相连，所述数据采集模块11的输出端与所述通讯模块15相连；所述数据采集模块11用于获取所述顶驱钻井系统的实时测量参数，并将所述实时测量参数发送至所述通讯模块15；所述通讯模块15用于接收所述实时测量参数和所述顶驱钻井系统的固有参数；所述通讯模块15能与顶驱钻井控制优化装置21相连，以使所述顶驱钻井控制优化装置21能获取所述实时测量参数和所述固有参数；且使所述通讯模块15能接收所述顶驱钻井控制优化装置21生成的控制指令；所述数据发送模块13的输入端用于与所述顶驱控制系统19相连，所述数据发送模块13的输出端与所述通讯模块15相连；所述数据发送模块13用于根据所述控制指令，向所述顶驱控制系统19发送控制信号。

使用时，数据采集模块11的输入端和数据发送模块13的输入端与顶驱控制系统19相连。通讯模块15与顶驱钻井控制优化装置21相连。如此将本申请实施方式的顶驱钻井控制辅助装置连接于顶驱控制系统19和顶驱钻井控制优化装置21之间。从而顶驱钻井控制优化装置21可以自动读取顶驱钻井系统的固有参数，并根据该固有参数自动对其内部的控制逻辑进行调整，如此避免人工针对顶驱钻井系统的特点对控制逻辑进行修改，从而能提高顶驱钻井控制优化装置21的工作效率。

进一步地，顶驱钻井系统工作时，数据采集模块11能获取顶驱钻井系统的实时测量参数，并将该实时测量参数发送至通讯模块15。进而顶驱钻井控制优化装置21能通过获取该实时测量参数；并根据该实时测量参数生成控制指令。进而通讯模块15接收该控制指令，且数据发送模块13根据该控制指令，向顶驱钻井系统发送控制信号，从而对顶驱钻井系统进行优化控制。

从以上技术方案可以看出：本申请实施方式的顶驱钻井控制辅助装置A可以自动针对顶驱钻井系统的特点对控制逻辑进行修改，如此避免了人工针对顶驱钻井系统的特点对控制逻辑进行修改，从而能提高工作效率。并且保证对于一些特殊情况的井，顶驱钻井控制优化装置21能通过本申请实施方式的顶驱钻井控制辅助装置对顶驱钻井系统进行控制，从而能优化对顶驱钻井系统的控制。

如图1所示，在本实施方式中，数据采集模块11的输入端用于与顶驱控制系统19相连。该顶驱控制系统19连接于顶驱钻井系统上。从而操作人员可以通过顶驱控制系统19的操作台进行各项钻井操作，还可以监控顶驱钻井系统的运行状态，进而实现顶驱控制系统19的操作功能，以及顶驱钻井系统参数显示和远程监控。数据采集模块11的输入端与顶驱控制系统19相连。也即数据采集模块11不直接与顶驱钻井系统相连，而是与顶驱控制系统19直接相连。从而能将顶驱控制系统19的部分功能开放出来。该部分功能包括但不限于扭矩上限设定值、速度上限设定值、正反转旋钮等。

在本实施方式中，数据采集模块11用于获取顶驱钻井系统的实时测量参数。该实时测量参数与顶驱控制系统19所采集的实时测量参数属于串联关系。即数据采集模块11所获取的实时测量参数包含于顶驱控制系统19所采集的实时测量参数内。也即顶驱控制系统19所采集的实时测量参数多于数据采集模块11所获取的实时测量参数。

进一步地，数据采集模块11所获取的实时测量参数是根据顶驱控制系统19所开放的功能进行获取。也就是说，顶驱控制系统19被开放出来的功能所需要采集的实时测量参数由数据采集模块11采集。也即数据采集模块11所获取的实时测量参数与顶驱控制系统19所开放的功能之间具有相对应的关系。例如当顶驱控制系统19所开放的功能为扭矩上限设定值时，数据采集模块11所获取的实时测量参数需要包括顶驱钻井系统上的扭矩表指示。当顶驱控制系统19所开放的功能为速度上限设定值时，数据采集模块11所获取的实时测量参数需要包括顶驱钻井系统上的速度表指示。

进一步地，数据采集模块11的输出端与通讯模块15相连。从而数据采集模块11能将实时测量参数发送至通讯模块15。

在本实施方式中，通讯模块15用于接收实时测量参数和顶驱钻井系统的固有参数。该固有参数可以是顶驱钻井系统的相关信息。例如该固有参数可以是顶驱的启动延时时间、顶驱的升速特性曲线等。该通讯模块15用于接收数据采集模块11所获取的实时测量参数。该实时测量参数可以通过存储器23存储下来，从而该通讯模块15能记录顶驱钻井系统的参数，需要的时候可以将这些参数以报表的形式输出，一方面供用户参考分析，另一方面为更好地了解顶驱钻井系统提供数据支撑。

进一步地，通讯模块15能与顶驱钻井控制优化装置21相连，以使顶驱钻井控制优化装置21能获取实时测量参数和固有参数。从而顶驱钻井控制优化装置21可以自动读取顶驱钻井系统的固有参数，并根据该固有参数自动对其内部的控制逻辑进行调整，如此避免人工针对顶驱钻井系统的特点对控制逻辑进行修改，从而能提高顶驱钻井控制优化装置21的工作效率。

进一步地，通讯模块15能接收顶驱钻井控制优化装置21生成的控制指令，该控制指令为顶驱钻井控制优化装置21根据数据采集模块11所获取的实时测量参数计算得到的控制指令。也就是说顶驱控制系统19被开放出来的功能被顶驱钻井控制优化装置21所接管，从而能优化对顶驱钻井系统的控制。

在本实施方式中，数据发送模块13的输入端用于与顶驱控制系统19相连。数据发送模块13的输入端与顶驱控制系统19相连。也即数据发送模块13不直接与顶驱钻井系统相连，而是与顶驱控制系统19直接相连。从而能通过顶驱控制系统19对顶驱钻井系统进行控制。

进一步地，数据发送模块13用于根据控制指令，向顶驱控制系统19发送控制信号。该数据发送模块13需要根据顶驱钻井系统发送该控制信号。该控制信号可以是4～20mA的电流。或者0～10V的电压。

进一步地，顶驱钻井控制辅助装置A还包括：顶驱钻井控制辅助装置还包括：连接与顶驱控制系统19和顶驱钻井系统之间的继电器，继电器用于对顶驱钻井系统的控制权限进行控制。

具体地，继电器具有第一工作位置和第二工作位置，在第一工作位置下，继电器将顶驱钻井系统的全部控制权限释放给顶驱控制系统19；在第二工作位置下，继电器将顶驱钻井系统的部分控制权限释放给顶驱钻井控制优化装置21。

从而在不需要使用顶驱钻井控制优化装置21时，继电器在第一工作位置下，将顶驱钻井系统的全部控制权限释放给顶驱控制系统19。也即顶驱钻井系统的所有功能全部由顶驱控制系统19的控制。

也即，由于继电器的存在，本申请实施方式的顶驱钻井控制辅助装置在与顶驱钻井系统相连后，无论是否连接顶驱钻井控制优化装置21，继电器均能保证顶驱钻井系统的所有功能与操作均保持不变。也即继电器能保证本申请实施方式的顶驱钻井控制辅助装置不会对顶驱钻井系统的运行造成影响，如此保证顶驱钻井系统能正常工作。

在需要使用顶驱钻井控制优化装置21时，继电器在第二工作位置下，将顶驱钻井系统的部分控制权限释放给顶驱钻井控制优化装置21。

具体地，在顶驱钻井系统的控制旋钮或者电位器与其PLC的信号线上增加继电器。该控制旋钮或者电位器的PLC的信号线与顶驱控制系统19相连。当继电器处于第一工作位置时，顶驱钻井系统的控制旋钮或者电位器与其PLC的信号线连接正常；且顶驱钻井系统与本申请实施方式所述的顶驱钻井控制辅助装置断开。当继电器处于第二工作位置时，顶驱钻井系统的控制旋钮或者电位器与其PLC的信号线断开；且顶驱钻井系统与数据采集模块11的输入端和数据发送模块13的输入端相连。

在一个实施方式中，数据采集模块11、数据发送模块13和通讯模块15均与顶驱控制系统19的司钻箱内的电源相连。从而能通过司钻箱内的电源对数据采集模块11、数据发送模块13和通讯模块15进行供电。也即通过司钻箱内的电源能对本申请实施方式所述的顶驱钻井控制辅助装置进行供电。如此免去了另配置电源，从而缩小了本申请实施方式所述的顶驱钻井控制辅助装置的体积。

在一个实施方式中，顶驱钻井控制辅助装置A还包括：存储有顶驱钻井系统的固有参数的存储器23，存储器23与通讯模块15相连。该存储器23用于录入顶驱钻井系统的固有参数，从而能将顶驱钻井系统的固有参数存储于该存储器23内。从而当顶驱钻井控制优化装置21与该通讯模块15相连接时，该通讯模块15用于接收数据采集模块11所获取的实时测量参数。该实时测量参数可以通过存储器23存储下来，从而顶驱钻井控制优化装置21可以自动读取顶驱钻井系统的固有参数，并根据该固有参数自动对其内部的控制逻辑进行调整，如此避免人工针对顶驱钻井系统的特点对控制逻辑进行修改，从而能提高顶驱钻井控制优化装置21的工作效率。进一步地，当通讯模块15记录顶驱钻井系统的参数时，该参数能存储于该存储器23内，如此需要的时候可以将这些参数以报表的形式输出，一方面供用户参考分析，另一方面为更好地了解顶驱钻井系统提供数据支撑。

在一个实施方式中，顶驱钻井控制辅助装置A还包括：与通讯模块15相连的运算模块25，运算模块25用于对实时测量参数进行计算。该运算模块25例如可以对实时测量参数进行滤波、信号变化等。该滤波算法包括但不限于限幅滤波、中值滤波或平均滤波等。

在一个实施方式中，顶驱钻井控制辅助装置A还包括：用于与顶驱控制系统19相连的第一标准接口接头27；第一标准接口接头27与数据发送模块13的输入端和数据采集模块11的输入端相连。从而通过该第一标准接头能将数据发送模块13、数据采集模块11与顶驱钻井系统快速连接，并使得数据发送模块13、数据采集模块11与顶驱钻井系统的连接规范化、简易化，进而从硬件上避免了连接信号时的人为操作失误。进一步地，第一标准接口接头27通过第一电缆31与顶驱控制系统19相连。

在一个实施方式中，顶驱钻井控制辅助装置还包括：用于与顶驱钻井控制优化装置21相连的第二标准接口接头29；第二标准接口接头29与通讯模块15相连。从而通过该第二标准接头能将通讯模块15与顶驱钻井控制优化装置21快速连接，并使得通讯模块15与顶驱钻井控制优化装置21的连接规范化、简易化，进而从硬件上避免了连接信号时的人为操作失误。进一步地，第二标准接口接头29通过第二电缆33与顶驱钻井控制优化装置21相连。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本领域内的技术人员应明白，本实用新型的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本实用新型可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本实用新型可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本实用新型是参照根据本实用新型实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和\/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和\/或方框图中的每一流程和\/或方框、以及流程图和\/或方框图中的流程和\/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和\/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和\/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和\/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

设计图

顶驱钻井控制辅助装置论文和设计

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