用于控制安裝在鉆機上的絞盤轉輪的制動器的裝置及控制該裝置的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及控制用于鉆機的制動器的裝置與方法，并且涉及實施這種裝置的自動鉆井系統。
[0002]本發明更具體地涉及“旋轉工作臺”類型和/或“頂部驅動”類型的石油鉆井的領域。“旋轉工作臺”系統通常包括穿過旋轉工作臺并且連接至鉆管柱或“鉆柱”的注射機頭、牽引桿或者方鉆桿，并且，在鉆柱的端部，包括有切入地面的鉆具或“鉆頭”。因此，方鉆桿和鉆柱以及位于鉆柱末端的鉆具都憑借旋轉工作臺以及憑借位于工作臺的鉆柱的角截面而旋轉，或者，如果工作臺不構成用于使鉆井機器旋轉的裝置，則憑借注射機頭也足以驅動鉆柱。本發明還可以應用于地熱鉆井領域。
【背景技術】
[0003]在鉆機上，鉆柱(在該鉆柱的底端設置有鉆具)掛在鉆鉤上，該鉆柱的運動由鉆井牽引件或絞盤來進行控制。鉆井牽引件包括用于防止線纜不合時宜地從牽引件上松開的制動器。操作者或“鉆工”利用被稱為“制動器控制器”的裝置來控制負載或鉆具降入到鉆孔或“井”里。因此，制動器控制器能夠控制鉆鉤的速度和減速，以自由地達到使鉆鉤停止移動的程度。
[0004]對于大多數的鉆機，上述制動器為具有帶的機械制動器。這種制動器兩個金屬帶組成，所述金屬帶裝備有通過平頭或“埋頭”銅螺栓或鋁螺栓來緊固的內層。這些帶由平衡桿連接在一起，該平衡桿也分配兩個帶之間的制動力，從而減少制動蹄或“制動片”的磨損。每個帶纏繞著強制與轉輪一起旋轉的各個輪緣。每個帶的一端固定，而另一端憑借凸輪組和連桿連接至鉸接桿(制動器控制)，從而能夠降低待施加于制動器控制器的端部的力。
[0005]對于其他的鉆機，制動器為盤式制動器。在這種情況下，制動器的控制以操縱桿的形式實現。
[0006]無論其通過使用鉸接桿或“制動器桿”的形式的制動器控制，還是盤式制動器形式的制動器控制，由鉆工對制動器控制器的手動控制都會導致缺少對制動器控制執行的精確度，這會導致鉆井過程的低效率，并且還會導致鉆具的過早磨損。鉆工的失誤會導致鉆具的損壞，或者導致鉆井的損失。
[0007]由于地表結構隨著任何給定的鉆井階段而變化，因此對制動器控制的手動控制需要持續的注意力，例如，這構成了由于人為因素而導致的安全問題。因此，本發明的目的在于提出用于使制動器控制自動化的裝置與系統以及方法。
[0008]文獻US4，187，546公開了一種轉盤制動器，該鼓式制動器包括主制動器，該主制動器的功能為控制牽引件的行進滑塊的速度和減速度，并且使該行進滑塊停止移動。上述主制動器為可以憑借制動器控制而手動地驅動的鼓式制動器。此外，上述文獻公開了一種促使鼓式制動器返回到制動位置的復位彈簧。上述文獻描述了可以手動地松開彈簧，以松開制動器。其公開了可以將杠桿連接至包括有氣缸(該氣缸設置有活塞)的制動器執行器。將流體噴射進氣缸使得活塞移動，從而使得制動器控制器移動以調節制動器上的力。由活塞施加在制動器控制器上的力必須超過彈簧的回程力。通過將氣缸中所包含的流體排空至大氣中而發生緊急制動，從而使得活塞降落至汽缸，并且然后通過復位彈簧而促使制動器控制器返回。應當注意的是，這種將氣缸中所包含的流體排空會帶來污染的風險，并且會造成中毒。
[0009]文獻EP0694114也公開了一種為帶式制動器(S卩pr1ri)的主制動器，該主制動器可以通過制動器控制器可以手動地執行。上述文獻公開了附加的復位彈簧，所述復位彈簧促使帶式制動器返回至制動位置，并且可以被手動地松開，用于釋放制動器。杠桿可以連接至制動器執行器總成。更精確地，該制動器執行器總成包括舉升單元，舉升單元連接至舉升線路或線纜，用于在制動器控制器的端部進行拖拽，以調節制動器上的力。因此，舉升單元的功能在于對抗彈簧的回程力，并且從而使得鉆井牽引件下降。為了這個目的，由舉升單元施加在制動器控制器上的力必須超過由彈簧施加在制動器控制器上的回程力。
[0010]這種制動裝置的第一個缺點在于:它們的反應特性難以適應許多地表變化(這些變化可能需要非常快速的反應)，例如，當鉆通鉆孔中的流體的匯流處或侵入處時，需要幾乎瞬時的停頓。此外，如果彈簧毀壞，則鉆鉤及其負載在未進行制動的情況下下降，會發生災難。
[0011]這種裝置的另一個缺點在于:附加的彈簧被規定尺寸為施加足以經受住當鉆井位于其盡可能最低的位置時所出現的最大重量的回程力。這意味著用于抵抗上述回程力和用于使制動器下降的最大力在鉆井開始的時候出現。那就意味著在鉆井的最初階段，力非常大。鉆孔和鉆井變得越深，釋放制動器所需的力越小。對于非常深入的鉆井，會帶來安全問題。
[0012]這種裝置的另一個缺點在于:這類裝置需要制動器控制器裝備有多個儀器。不幸的是，鉆工的控制室通常是一個非常有限的空間。因此，本發明的目的在于提出一種比現有技術裝置更緊湊的裝置。本發明的另一個目的在于提出一種在制動期間(更具體而言，在緊急制動期間)更快、更精確且更安全的制動器執行裝置。
[0013]本發明的另一個需要解決的問題的目的在于安裝一種當現場管理員使用起來較易懂的裝置，即，不需要現場管理員學習那么多關于裝置如何工作的知識。本發明的另一個需要解決的問題的目標在于提出一種布置為與鉆工協同工作的裝置。
【發明內容】
[0014]本發明通過提供一種用于控制裝備有鉆機的牽引件轉輪的制動器的裝置來實現上述目標中的至少一個，所述鉆機操作鉆孔中的鉆具，所述裝置包括具有第一端和第二端的制動器桿，所述第一端機械地連接至設計為作用于所述轉輪的制動器帶，所述第二端設置有第一制動器控制手柄。制動器桿可以實現為鉸接桿的形式。
[0015]根據本發明，所述裝置進一步包括執行裝置和第二制動器控制手柄，所述執行裝置配置成受控的并且布置為機械地作用于所述制動器桿上，所述第二制動器控制手柄布置為對所述執行裝置進行私伺服控制。
[0016]短語“機械地作用于制動器桿上”用來描述沿著對應于用來對轉輪進行制動的制動器帶的方向，主動地而非被動地作用于制動器桿上。因此，由制動器控制裝置施加在制動器桿上的機械作用的特性不同于由彈簧施加的機械作用的特性。由彈簧施加在制動器桿上的機械作用是被動的，因為其僅僅取決于彈簧的伸長率和強度。
[0017]根據本發明，由制動器控制裝置施加的機械作用是主動的。
[0018]因此，執行裝置布置為主動地作用于制動器桿上，從而至少使得制動器帶部分地阻止轉輪旋轉。優選地，執行裝置布置為主動地作用于制動器桿上，從而至少使得制動器帶完全地或部分地阻止轉輪的旋轉。
[0019]優選地，執行裝置布置為主動地作用于制動器桿上，以使得制動器帶部分地阻止和/或允許轉輪的旋轉。優選地，執行裝置布置為主動地作用于制動器桿上，以使得制動器帶完全地或者部分地阻止和/或允許轉輪的旋轉。
[0020]執行裝置配置成被控制為至少沿著對應于用來對轉輪進行制動的制動器帶的方向而作用于制動器桿上。因此，由制動器控制裝置施加在制動器桿上的機械作用的特性不同于由彈簧施加的機械作用的特性。由彈簧施加在制動器桿上的機械作用是不受控制的，因為其僅僅取決于彈簧的伸長率和強度。
[0021]執行裝置控制為根據指令而作用于制動器桿上，從而至少使得制動器帶部分地阻止轉輪旋轉。優選地，執行裝置布置為根據指令而作用于制動器桿上，從而至少使得制動器帶完全地或部分地阻止轉輪的旋轉。
[0022]優選地，執行裝置布置為根據指令而作用于制動器桿上，從而使得制動器帶完全地或部分地阻止和/或允許轉輪的旋轉。更優選地，執行裝置布置為根據指令而作用于制動器桿上，從而使得制動器帶完全地或部分地阻止和/或允許轉輪的旋轉。
[0023]優選地，執行裝置布置為以對稱的方式作用于制動器桿上，S卩，它們適用于傳送沿著制動器帶制動的制動方向的一個作用和沿著制動器帶松開的松開方向的另一對稱作用。
[0024]因此，執行裝置實現了制動器控制裝置的自動控制。因此，執行裝置實現了制動器桿的自動控制。第二控制手柄可以是敏感性的，即所述第二控制手柄可以設置有敏感性傳感器。作為選擇或者此外，該控制裝置可以設置有應變傳感器，該應變傳感器用于檢測第二控制手柄上的應變。所述應變傳感器可以由諸如應變儀來實現。
[0025]有利地，控制裝置可以