一种铁钻工上卸扣质量监测装置的制作方法

1.本发明涉及油气开发设备技术领域，特别涉及一种铁钻工上卸扣质量监测装置。

背景技术：

2.铁钻工作为石油钻采过程中的上、卸扣装置，其自动化的操作方式极大地提高了工作效率，减轻了劳动强度。
3.具有自动化控制功能的铁钻工能够根据上扣或卸扣过程中的冲扣钳转角信息来自动调整扭矩输出，使上、卸扣操作能够一次完成。但是目前的铁钻工都是按照设定的数据工作，作业完成后操作人员无法了解本次操作的质量，给实际使用带来了不便。

技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种铁钻工上卸扣质量监测装置，用以解决现有技术中作业人员无法了解冲卸扣操作质量的问题。
5.一方面，本发明实施例提供了一种铁钻工上卸扣质量监测装置，包括：
6.视觉模块，用于获取铁钻工上卸扣作业过程中的图像；
7.识别模块，用于对图像进行处理，获得铁钻工的作业数据；
8.信息综合分析模块，用于根据作业数据确定铁钻工的上卸扣质量。
9.本发明中的一种铁钻工上卸扣质量监测装置，具有以下优点：
10.1、可以自动识别并实时监测铁钻工冲扣钳作业的质量，包括冲扣钳转动角度、加扭矩是否旋转、钻杆是否倾斜和钻杆肩接是否密封等。
11.2、可以实时记录冲扣钳上卸扣过程中的旋转角度数据，并利用智能化数据分析系统完成对存储数据的智能化分析和判断。
12.3、可以完成冲扣钳旋转角度识别、实时监测、数据存储和智能化分析、判断全过程，极大地提高了铁钻工自动化程度。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，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。
14.图1为本发明实施例提供的铁钻工上卸扣质量监测装置的功能模块示意图；
15.图2为本发明实施例提供的铁钻工上卸扣质量监测装置的硬件连接示意图；
16.图3为本发明实施例提供的包含铁钻工上卸扣质量监测装置的铁钻工的正面结构示意图；
17.图4为本发明实施例提供的铁钻工的侧面结构示意图；
18.图5为本发明实施例提供的识别条在不同角度的示意图；
19.图6为本发明实施例提供的上部钻杆在倾斜和不倾斜状态的示意图；
20.图7为本发明实施例提供的转角和转速的曲线图；
21.图8为本发明实施例提供的铁钻工上卸扣质量监测装置的工作流程示意图。
22.附图标记说明：1-旋扣钳，2-第一冲扣钳，3-第二冲扣钳，4-上部钻杆，5-下部钻杆，6-顶部摄像头，7-识别条，8-外侧摄像头。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.图1-2为本发明实施例提供的一种铁钻工上卸扣质量监测装置的组成示意图。本发明实施例提供了一种铁钻工上卸扣质量监测装置，包括：
25.视觉模块，用于获取铁钻工上卸扣作业过程中的图像；
26.识别模块，用于对图像进行处理，获得铁钻工的作业数据；
27.信息综合分析模块，用于根据作业数据确定铁钻工的上卸扣质量。
28.示例性地，如图3-4所示，本发明实施例中采用的铁钻工为双冲扣钳型铁钻工，包括旋扣钳1，第一冲扣钳2和第二冲扣钳3。旋扣钳1置于上部位置，第一冲扣钳2和第二冲扣钳3组合置于下部位置。第一冲扣钳2和第二冲扣钳3钳住下部钻杆5后，旋扣钳1对上部钻杆4进行第一次上扣过程。第一次上扣过程完成之后，铁钻工整体上移，使第二冲扣钳3钳住下部钻杆5，而第一冲扣钳2对上部钻杆4进行第二次上扣过程。
29.视觉模块可以包括摄像头，摄像头用于获取铁钻工中第一冲扣钳2的状态图像，识别模块对多张状态图像进行分析，以确定第一冲扣钳2的转动角度。
30.在本发明的实施例中，摄像头可以包括顶部摄像头6和外侧摄像头8，顶部摄像头设置在旋扣钳1和第一冲扣钳2之前，且朝向第一冲扣钳2，而外侧摄像头8则设置在铁钻工的正前方，第一次上扣过程和第二次上扣过程中，顶部摄像头6主要用在第二次细致上扣过程，而外侧摄像头8则在整个上扣过程中拍摄铁钻工的实时正面照片并上传到识别模块。
31.在本发明的实施例中，顶部摄像头6和外侧摄像头8可以同时存在，也可以仅存在外侧摄像头8。如果仅存在外侧摄像头8，则需要确保识别模块能够从其拍摄的图像确定第一冲扣钳2的转动角度，因此仅存在外侧摄像头8时对相应的处理软件有较高要求。
32.进一步地，第一冲扣钳2上还设置有识别条7。顶部摄像头6悬挂在旋扣钳和第一冲扣钳2中间的位置，且保持固定不动，识别条7贴合固定于第一冲扣钳2的上表面，识别条7为长方体，且颜与第一冲扣钳2具有较大差异。第一冲扣钳2上扣过程中，识别条7随第一冲扣钳2旋转而旋转，顶部摄像头6拍摄识别条7的实时位置照片并上传至识别模块。顶部摄像头6优选设置在识别条7初始位置的正上方，但本发明实施例并不局限其位置，只要其位置保证可以拍摄到识别条7的运动过程即可。
33.外侧摄像头8可以采用高清晰度数码相机，其优选安装在铁钻工正前方且保持固定不动。外侧摄像头8需要与整个铁钻工保持清晰的视线，并且不干扰工作人员的正常工作。外侧摄像头8在完成安装后需要进行标定才能投入使用，标定的目的是得到图像与3d现
实坐标之间存在的关系。标定完成后，就可以使用外侧摄像头8判断钻杆状态，即钻杆是否倾斜。进一步地，外侧摄像头8的位置可以处在铁钻工前方一定范围内任意位置，而不局限设置在铁钻工的正前方，只需保证其可以拍摄到完整的钻杆图像即可。
34.在一种可能的实施例中，作业数据包括冲扣钳转动角度、转动角加速度、加扭矩是否旋转、钻杆是否倾斜和钻杆肩接是否密封。
35.示例性地，在视觉模块获取图像后，识别模块需要首先对图像进行a/d转换，然后对数字形式的图像进行二值化处理，最后再分析确定作业数据。
36.对于转动角度，摄像头获取的状态图像中包含识别条7的信息，识别模块对状态图像中的识别条7进行轮廓检测后获得识别条7的多个位置，对识别条7的多个位置进行角度识别后确定第一冲扣钳2的转动角度。
37.由于图像可以由顶部摄像头6或外侧摄像头8获取，而针对图像的不同，本发明采用的识别转动角度的方法也不同。如果由顶部摄像头6获取图像，则识别模块对图像中的识别条7进行轮廓检测，根据前后两个状态的轮廓重合度进行角度计算。由于识别条7的长方体设计，其俯视图可以更好地进行轮廓检测和转角计算。如图5所示的识别条7的俯视状态，左侧为识别条7的初始状态，右侧为识别条7反转30
°
的状态。
38.而如果由外侧摄像头8获取图像，则识别模块对图像中的识别条7主视图进行轮廓检测，当第一冲扣钳2顺时针旋转时，设定最右侧边为参考位置，当第一冲扣钳2逆时针旋转时，设定最左侧边为参考位置。设第一冲扣钳2工作一次后参考位置平移的距离为l，第一冲扣钳2的旋转半径为r，第一冲扣钳2的旋转角度为α，根据公式可以计算得到第一冲扣钳2的转动角度。
39.对于加扭矩是否旋转，识别模块获取铁钻工的加扭矩信号后，根据确定的第一冲扣钳2的转动角度确定第一冲扣钳(2)加扭矩是否旋转。
40.当第一冲扣钳2旋转为正转/反转时，信息综合分析模块会响应上扣/卸扣状态。当铁钻工的气缸输入扭矩，但第一冲扣钳2并未转动，信息综合分析模块会产生扭矩不足警告。
41.对于钻杆是否倾斜，图像中包含上部钻杆4和下部钻杆5的信息，识别模块对图像中的上部钻杆4和下部钻杆5进行轮廓检测，以下部钻杆5的轮廓为参照，确定上部钻杆4和下部钻杆5之间的夹角，以确定上部钻杆4是否倾斜。当上部钻杆4和下部钻杆5存在倾斜时，信息综合分析模块会产生钻杆倾斜警告。如图6所示的钻杆状态图，左侧为钻杆正常状态，右侧为钻杆有倾斜状态。
42.对于钻杆肩接是否密封，图像中包含上部钻杆4和下部钻杆5的信息，识别模块获取图像中上部钻杆4和下部钻杆5肩接部分的区域图像，根据区域图像确定上部钻杆4和下部钻杆5的肩接部分是否处在肩接密封范围内，如果处在肩接密封范围内，识别模块再根据确定的第一冲扣钳2的转动角度确定上部钻杆4和下部钻杆5的肩接是否密封。当上部钻杆4和下部钻杆5存在肩接不密封时，信息综合分析模块会产生肩接不密封警告。
43.在一种可能的实施例中，图像中包含设置在钻杆上的标识码的信息，识别模块识别标识码后获得相应的识别信息，并将识别信息传输至管理系统。
44.示例性地，标识码可以为图形码或文字码，图形码可以采用条形码或二维码，而文
字码可以采用汉字或数字。标识码可以采用激光雕刻的方式设置在钻杆上，而且识别码包括了钻杆的尺寸信息、钻杆连接序列等信息。外侧摄像头8可以实时追踪标识码，并由识别模块识别标识码中的信息，将识别出的钻杆信息上传至管理系统。
45.在一种可能的实施例中，信息综合分析模块在确定铁钻工的上卸扣质量后，还生成相应的质量报告。
46.示例性地，信息综合分析模块接收识别模块得出的作业数据后，可以在铁钻工智能控制过程中，采用这些数据辅助铁钻工智能化控制系统判断下一步工作情况。
47.进一步地，信息综合分析模块可以根据冲扣钳转动角度计算得出转动速度，并导出转角图和转速图，以供后续系统进行处理。例如图7所示的转角图和转速图所示，可以直观看出转角和转速状况。
48.而且，作业质量报告除了包括冲扣钳转动角度、加扭矩是否旋转、钻杆是否倾斜、钻杆肩接是否密封以外，还可以包括铁钻工工作时间统计表、上卸扣状态、转速是否超出以及钻杆是否损坏。
49.顶部摄像头6和外侧摄像头8采集图像并传输至pc端系统，识别模块和信息综合分析模块均处在pc端系统中，pc端系统处理得出铁钻工的上卸扣质量。pc端系统将得出的信息发送至显示单元，显示单元可显示上卸扣质量以及系统警告。pc端系统将得出的信息发送至存储单元，存储单元可存储铁钻工当前获取的作业数据、历史的作业数据和作业质量报告。pc端系统还将得出的信息发送至智能化铁钻工系统，利用工作质量分析报告辅助智能化铁钻工系统完成智能化控制。
50.如图8所示，本发明中监测系统的使用流程如下：
51.打开系统用户管理界面，用户可以在信息录入界面自行录入钻井平台所在的省、市、县位置信息、钻井平台名称、操作人员编号等信息；铁钻工开始工作，摄像头拍摄实时图像并上传至识别模块，识别模块对图像进行分析，获得冲扣钳转动角度和钻杆是否倾斜；铁钻工工作过程中，显示单元实时显示铁钻工的实时冲扣钳转动角度以及钻杆是否倾斜，并且以可视化数字曲线的形式实时显示铁钻工工作全过程的作业数据；系统记录并分析铁钻工工作过程产生的大量数据，并以时间顺序生成作业质量报告。
52.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
53.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：

1.一种铁钻工上卸扣质量监测装置，其特征在于，包括：视觉模块，用于获取铁钻工上卸扣作业过程中的图像；识别模块，用于对所述图像进行处理，获得铁钻工的作业数据；信息综合分析模块，用于根据所述作业数据确定铁钻工的上卸扣质量。2.根据权利要求1所述的一种铁钻工上卸扣质量监测装置，其特征在于，所述作业数据包括冲扣钳转动角度、转动角加速度、加扭矩是否旋转、钻杆是否倾斜和钻杆肩接是否密封。3.根据权利要求2所述的一种铁钻工上卸扣质量监测装置，其特征在于，所述视觉模块包括摄像头，所述摄像头用于获取铁钻工中第一冲扣钳(2)的状态图像，所述识别模块对多张所述状态图像进行分析，以确定第一冲扣钳(2)的转动角度。4.根据权利要求3所述的一种铁钻工上卸扣质量监测装置，其特征在于，所示视觉模块还包括识别条(7)，所述识别条(7)设置在第一冲扣钳(2)上，所述状态图像中包含所述识别条(7)的信息，所述识别模块对所述状态图像中的识别条(7)进行轮廓检测后获得所述识别条(7)的多个位置，对所述识别条(7)的多个位置进行角度识别后确定第一冲扣钳(2)的转动角度。5.根据权利要求2所述的一种铁钻工上卸扣质量监测装置，其特征在于，所述识别模块获取铁钻工的加扭矩信号后，根据确定的第一冲扣钳(2)的转动角度确定第一冲扣钳(2)加扭矩是否旋转。6.根据权利要求2所述的一种铁钻工上卸扣质量监测装置，其特征在于，所述图像中包含上部钻杆(4)和下部钻杆(5)的信息，所述识别模块对所述图像中的上部钻杆(4)和下部钻杆(5)进行轮廓检测，以下部钻杆(5)的轮廓为参照，确定上部钻杆(4)和下部钻杆(5)之间的夹角，以确定上部钻杆(4)是否倾斜。7.根据权利要求2所述的一种铁钻工上卸扣质量监测装置，其特征在于，所述图像中包含上部钻杆(4)和下部钻杆(5)的信息，所述识别模块获取所述图像中上部钻杆(4)和下部钻杆(5)肩接部分的区域图像，根据所述区域图像确定上部钻杆(4)和下部钻杆(5)的肩接部分是否处在肩接密封范围内，如果处在肩接密封范围内，所述识别模块再根据确定的第一冲扣钳(2)的转动角度确定上部钻杆(4)和下部钻杆(5)的肩接是否密封。8.根据权利要求1所述的一种铁钻工上卸扣质量监测装置，其特征在于，所述图像中包含设置在钻杆上的标识码的信息，所述识别模块识别标识码后获得相应的识别信息，并将所述识别信息传输至管理系统。9.根据权利要求1所述的一种铁钻工上卸扣质量监测装置，其特征在于，所述信息综合分析模块在确定铁钻工的上卸扣质量后，还生成相应的质量报告，所述质量报告包括所述铁钻工工作时间统计表、冲扣钳转动角度、上卸扣状态、加扭矩是否旋转、钻杆是否倾斜、钻杆肩接是否密封。10.根据权利要求1所述的一种铁钻工上卸扣质量监测装置，其特征在于，还包括：存储单元和显示单元，分别用于存储所述作业数据和以数字化曲线的形式显示所述作业数据。

技术总结

本发明公开了一种铁钻工上卸扣质量监测装置，包括：视觉模块，用于获取铁钻工上卸扣作业过程中的图像；识别模块，用于对图像进行处理，获得铁钻工的冲扣钳旋转的实际角度、角加速度、工作状态等作业数据；信息综合分析模块，用于根据作业数据确定铁钻工的上卸扣质量。本发明可以自动识别并实时监测铁钻工冲扣钳作业的质量，极大地提高了铁钻工自动化程度。极大地提高了铁钻工自动化程度。极大地提高了铁钻工自动化程度。