鉆井泵同心度數(shù)字化調(diào)整系統(tǒng)及調(diào)整方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于石油及天然氣鉆井控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的鉆井 栗同心度數(shù)字化調(diào)整系統(tǒng)，本發(fā)明還涉及該種基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的鉆井栗同心度數(shù)字化調(diào) 整方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在鉆井栗的裝配過程中，通過改變下導(dǎo)板墊片厚度來調(diào)整十字頭與機架前墻板中 心孔間的同心度。鉆井栗同心度調(diào)整結(jié)果直接影響十字頭與導(dǎo)板間的接觸力及運動軌跡。 當(dāng)同心度跳動量過大時，會造成鉆井栗運轉(zhuǎn)不暢，導(dǎo)板、十字頭磨損、缸套偏磨，直接影響產(chǎn) 品質(zhì)量及使用壽命。
[0003] 現(xiàn)有的同心度調(diào)整方法為：1)將工裝桿安裝在十字頭上；2)將十字頭安放在上、 下導(dǎo)板間，加配重塊，確保十字頭下部圓弧面緊貼下導(dǎo)板；3)當(dāng)十字頭位于前、后兩死點位 置時，測量工裝桿與前墻板中心孔水平、豎直方向的間距；4)裝配人員根據(jù)測量數(shù)據(jù)及個 人經(jīng)驗調(diào)整下導(dǎo)板墊片厚度；5)重復(fù)3)、4)工步，直至工裝桿與前墻板中心孔的同心度調(diào) 整結(jié)果符合工藝要求。
[0004] 現(xiàn)有的鉆井栗同心度調(diào)整方法存在的不足是：調(diào)整時間長；調(diào)整后同心度跳動 大；同心度調(diào)整結(jié)果不穩(wěn)定；對員工操作經(jīng)驗及操作水平依賴程度高。這一系列的缺點制 約了鉆井栗的裝配精度，延長了裝配周期，增加了裝配成本?，F(xiàn)今鉆井栗市場競爭日益激 烈，如何提高鉆井栗質(zhì)量，縮短產(chǎn)品周期，降低產(chǎn)品成本已成為關(guān)鍵的、急待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的鉆井栗同心度數(shù)字化調(diào)整系統(tǒng)，解 決現(xiàn)有鉆井栗同心度調(diào)整方法對員工操作經(jīng)驗及操作水平的過度依賴，不能實現(xiàn)鉆井栗同 心度裝配參數(shù)實時通信、實時處理的難題。
[0006] 本發(fā)明的另一目的是提供一種基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的鉆井栗同心度數(shù)字化調(diào)整方 法，解決現(xiàn)有技術(shù)中鉆井栗同心度調(diào)整周期長；同心度調(diào)整結(jié)果波動大；同心度調(diào)整精度 低的問題。
[0007] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的鉆井栗同心度數(shù)字化調(diào)整系 統(tǒng)，包括現(xiàn)場操控終端、數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)終端和數(shù)據(jù)處理計算機，現(xiàn)場操控終端通過ZigBee無線 網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)終端互聯(lián)，數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)終端通過串口通信與數(shù)據(jù)處理計算機互聯(lián)。
[0008] 本發(fā)明采用的另一技術(shù)方案是，一種基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的鉆井栗同心度數(shù)字化調(diào) 整方法，依賴于上述的基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的鉆井栗同心度數(shù)字化調(diào)整系統(tǒng)，按照以下步驟實 施：
[0009] 步驟1 :現(xiàn)場測量并輸入鉆井栗同心度數(shù)據(jù)
[0010] 操作人員現(xiàn)場將十字頭依次置于前點及后點位置，分別測量工裝桿與前墻板中心 孔豎直、水平方向的間隙數(shù)值，測量數(shù)據(jù)均以mm為單位；然后使用現(xiàn)場操控終端的矩陣鍵 盤分別輸入前點上下豎直間隙ζ"，Ζε2，前點左右水平間隙Υ"、Υε2，后點上下豎直間隙ZC3，ZC4，后點左右水平間隙YC3、YC4;
[0011] 步驟2 :發(fā)送現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)
[0012] 完成現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)的輸入后，操作人員在現(xiàn)場按下現(xiàn)場操控終端上的發(fā)送鍵，現(xiàn) 場操控終端自動將所輸入的實測數(shù)據(jù)打包，通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)終端；
[0013] 步驟3 :數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)終端接收現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)
[0014] 數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)終端通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)接收現(xiàn)場操控終端發(fā)送來的鉆井栗同心度實 測數(shù)據(jù)；
[0015] 步驟4 :數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)終端向數(shù)據(jù)處理計算機轉(zhuǎn)發(fā)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)
[0016] 數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)終端使用串口通信技術(shù)，自動將接收到的實測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)據(jù)處理計算 機，并等待數(shù)據(jù)處理計算機的數(shù)據(jù)反饋；
[0017] 步驟5 :數(shù)據(jù)處理計算機求解最優(yōu)墊片調(diào)整數(shù)據(jù)
[0018] 數(shù)據(jù)處理計算機接收到數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)終端發(fā)送來的實測數(shù)據(jù)后，調(diào)用預(yù)置的鉆井栗同 心度調(diào)整數(shù)學(xué)模型，求解墊片的最優(yōu)調(diào)整厚度；
[0019] 步驟6 :數(shù)據(jù)處理計算機將墊片的調(diào)整數(shù)據(jù)反饋給數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)終端；
[0020] 步驟7 :數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)終端向現(xiàn)場操控終端發(fā)送墊片的調(diào)整數(shù)據(jù)；
[0021] 步驟8 :現(xiàn)場操控終端接收并顯示墊片的調(diào)整數(shù)據(jù)；
[0022] 步驟9 :操作人員現(xiàn)場調(diào)整各個墊片的厚度
[0023] 現(xiàn)場操作人員根據(jù)現(xiàn)場操控終端顯示的墊片的調(diào)整數(shù)據(jù)，依次調(diào)整下導(dǎo)板四個支 撐點處的墊片厚度，最后擰緊下導(dǎo)板各處固定螺栓，完成鉆井栗同心度調(diào)整。
[0024] 本發(fā)明的有益效果是，包括以下方面：
[0025] 1)鉆井栗同心度數(shù)字化調(diào)整系統(tǒng)利用ZigBee技術(shù)自動組網(wǎng)，具有復(fù)雜度低，體積 小，功耗低，便于攜帶，可實時、實地的完成現(xiàn)場同心度裝配參數(shù)的輸入、處理，及反饋，彌補 了現(xiàn)有鉆井栗裝配技術(shù)的不足。
[0026] 2)在使用鉆井栗同心度數(shù)字化調(diào)整系統(tǒng)的基礎(chǔ)上結(jié)合同心度調(diào)整方法，可有效縮 短同心度調(diào)整周期，提高同心度調(diào)整精度，穩(wěn)定同心度調(diào)整結(jié)果，進而全面提高鉆井栗同心 度調(diào)整質(zhì)量，延長產(chǎn)品使用壽命。
【附圖說明】
[0027] 圖1是本發(fā)明的鉆井栗同心度數(shù)字化調(diào)整系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖2是十字頭位于導(dǎo)板前點時的鉆井栗結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖3是本發(fā)明中的十字頭位于導(dǎo)板前點時，工裝桿與前墻板中心孔的空間坐標(biāo) 圖；
[0030] 圖4是十字頭位于導(dǎo)板后點時的鉆井栗結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖5是本發(fā)明中的十字頭位于導(dǎo)板后點時，工裝桿與前墻板中心孔的空間坐標(biāo) 圖；
[0032] 圖6是本發(fā)明的同心度調(diào)整方法中關(guān)鍵點的空間坐標(biāo)圖。
[0033] 圖中，1.現(xiàn)場操控終端，2.數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)終端，3.數(shù)據(jù)處理計算機，4.數(shù)據(jù)輸入及顯示 模塊，5.數(shù)據(jù)處理模塊，6.數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，7.工裝桿，8.前墻板，9.鉆井栗機架，10.上導(dǎo) 板，11.下導(dǎo)板，12.十字頭，13.配重塊，14.墊片。
【具體實施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。
[0035] 如圖1，本發(fā)明基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的鉆井栗同心度數(shù)字化調(diào)整系統(tǒng)，包括現(xiàn)場操控 終端1、數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)終端2和數(shù)據(jù)處理計算機3,現(xiàn)場操控終端1通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù) 協(xié)調(diào)終端2互聯(lián)，數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)終端2通過串口通信與數(shù)據(jù)處理計算機3互聯(lián)，各部分功能如 下：
[0036] 現(xiàn)場操控終端1為便攜式設(shè)備，由現(xiàn)場操作人員隨身攜帶，用于實時、實地完成現(xiàn) 場測量數(shù)據(jù)的輸入、顯示及無線收發(fā)功能。該終端具體包括數(shù)據(jù)輸入及顯示模塊4、數(shù)據(jù) 處理模塊5、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊6依次連接而成。數(shù)據(jù)輸入及顯示模塊4包括4*4矩陣鍵盤及 0LED顯示屏組成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入及顯示。數(shù)據(jù)處理模塊5主要包括芯片A(CC2530F256) 及相關(guān)外圍電路構(gòu)成，該模塊主要完成以下三個功能：接收矩陣鍵盤輸入的現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)； 向0LED顯示屏發(fā)送數(shù)據(jù)；與數(shù)據(jù)收發(fā)模塊6實時通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互。數(shù)據(jù)收發(fā)模塊6 包括芯片B(CC2530F256)、功放芯片（RFX2410C)及相關(guān)外圍電路構(gòu)成，該模塊通過ZigBee 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線收發(fā)。
[0037] 數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)終端2是ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)的核心，負(fù)責(zé)建立ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)平臺。 此外，該終端也可使用串口通信技術(shù)實現(xiàn)與數(shù)據(jù)處理計算機3間的數(shù)據(jù)交互。該終端包括 芯片C(CC2530F256)、功放芯片（RFX2410C)、接口轉(zhuǎn)換芯片（PL2303HX)及相關(guān)外圍電路構(gòu) 成。
[0038] 數(shù)據(jù)處理計算機3用于接收數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)終端2發(fā)送來的現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)后，調(diào)用內(nèi)部 預(yù)置的同心度調(diào)整數(shù)學(xué)模型，計算出墊片14的最優(yōu)調(diào)整數(shù)據(jù)，再將墊片14的調(diào)整數(shù)據(jù)反饋 給現(xiàn)場操控終端1。
[0039] 參照圖2、圖4,鉆井栗機架9的前墻板8開有中心孔，在鉆井栗機架9內(nèi)腔的上導(dǎo) 板10與下導(dǎo)板11之間滑動設(shè)置有十字頭12,十字頭12的工裝桿7向前穿過前墻板8的中 心孔，十字頭12中設(shè)置有配重塊13,下導(dǎo)板11下表面與鉆井栗機架9內(nèi)腔的各個支撐點接 觸面分別設(shè)置有墊片14。
[0040] 本發(fā)明鉆井栗同心度數(shù)字化調(diào)整系統(tǒng)及同心度調(diào)整方法，依賴于上述的系統(tǒng)，具 體按照以下步驟實施：
[0041] 步驟1 :現(xiàn)場測量并輸入鉆井栗同心度數(shù)據(jù)
[0042] 如圖2、圖3、圖4、圖5所示，操作人員現(xiàn)場將十字頭12依次置于前點及后點位置， 分別測量工裝桿7與前墻板8中心孔豎直、水平方向的間隙數(shù)值，測量數(shù)據(jù)均以mm為單位； 然后使用現(xiàn)場操控終端1的矩陣鍵盤分別輸入前點上下豎直間隙Ζ"，Ζε2，前點左右水平間 隙Υ"、ΥΩ，后點上下豎直間隙ZC3,ΖΜ，后點左右水平間隙YC3、YC4。
[0043] 步驟2 :發(fā)送現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)
[0044] 完成現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)的輸入后，操作人員在現(xiàn)場按下現(xiàn)場操控終端1上的發(fā)送鍵， 現(xiàn)場操控終端1自動將所輸入的實測數(shù)據(jù)打包，通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)終端 2〇
[0045] 步驟3 :數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)終端2接收現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)
[0046] 數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)終端2通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)接收現(xiàn)場操控終端1發(fā)送來的鉆井栗同心 度實測數(shù)據(jù)。
[0047] 步驟4:數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)終端2向數(shù)據(jù)處理計算機3轉(zhuǎn)發(fā)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)
[0048] 數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)終端2使用串口通信技術(shù)，自動將接收到的實測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)據(jù)處理計 算機3,并等待數(shù)據(jù)處理計算機3的數(shù)據(jù)反饋。
[0049] 步驟5 :數(shù)據(jù)處理計算機3求解最優(yōu)墊片調(diào)整數(shù)據(jù)
[0050] 數(shù)據(jù)處理計算機3接收到數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)終端2發(fā)送來的實測數(shù)據(jù)后，調(diào)用預(yù)置的鉆井 栗同心度調(diào)整數(shù)學(xué)模型，求解墊片14的最優(yōu)調(diào)整厚度。如圖6所示，在數(shù)據(jù)處理計算機3 內(nèi)預(yù)設(shè)的鉆井栗同心度調(diào)整數(shù)學(xué)模型，以前墻板8中心孔的中心點為原點0,中心孔軸線為 X軸，豎直方向為Z軸建立空間直角坐標(biāo)系，A為十字頭12位于前點時十字頭12與工裝桿 7的配合點；QiS十字頭12位于前點時工裝桿7軸線與前墻板8中間面的交點；B為十字頭 12位于后點時十字頭12與工裝桿7的配合點；〇2為十字頭12位于后點時工裝桿7軸線與 前墻板8中間面的交點；E和F分別為下導(dǎo)板11的前支撐點、Η和G為下導(dǎo)板11的后支撐 點；C、D、I、J為計算輔助點。
[0051] 根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，以寶雞石油機械有限責(zé)任公司生產(chǎn)的F-1600型號鉆井栗為 例，得到仏點的空間坐標(biāo)為（228.6,（Y"-YC2)/2,（Z"-ZC2)/2)，Q々的空間坐標(biāo)為（0，（￥"_ YC4)/2,（ΖΩ-ΖΜ)/2)，設(shè)工裝桿7的軸線方程為：
[0053] 將兌、〇2兩點的空間坐標(biāo)帶入式（1)，得到墊片14在調(diào)整前，工裝桿7初始軸線方 程的各參數(shù)值為：
[0055]方程組（1)、⑵聯(lián)立后，將Α點坐標(biāo)（1362. 85,ΥΑ，ΖΑ)帶入，計算得到Α點坐 標(biāo)值。圖6中，點C為前支撐點E、F連線的中點，令;^的單位向量為g,則單位向量 g= (/?!(/< +丨)-'0，-(< + 1廣），A點與C點間的距離為LAC，則C點坐標(biāo)（XDYc,Zc)為：
[0057] 支撐點E、F連線的單位方向向量g= (Ρχ