一種變頻鉆機多模式自動送鉆系統(tǒng)及其控制方法技術方案

本發(fā)明專利技術公開了一種變頻鉆機多模式自動送鉆系統(tǒng)及其控制方法，具體涉及石油鉆機電氣控制系統(tǒng)技術領域，由人機交互單元、多模式控制單元、變頻傳動單元、拖動電機、傳動機構以及檢測變送單元組成，所述多模式控制單元包括恒鉆速模式自動送鉆單元、恒鉆壓模式自動送鉆單元、恒泵壓模式自動送鉆單元、恒功率模式自動送鉆單元、恒轉矩模式自動送鉆單元，所述檢測變送單元包括鉆速傳感器、懸重傳感器、泵壓傳感器、功率傳感器和扭矩傳感器，變頻鉆機多模式自動送鉆可以滿足石油鉆機針對不同目標、不同鉆井階段對自動送鉆的要求，本發(fā)明專利技術使得自動送鉆系統(tǒng)適應性更好，可靠性更高，冗余性更大，安全性更好，處理異常事故的能力更強，控制效果更佳。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種變頻鉆機多模式自動送鉆系統(tǒng)及其控制方法
本專利技術涉及石油鉆機電氣控制系統(tǒng)
，更具體地說，本專利技術涉及一種變頻鉆機多模式自動送鉆系統(tǒng)及其控制方法。
技術介紹
目前，鉆井費用在石油勘探總投資中占56％～81％，在石油開發(fā)總投資中超過51％。降低石油開采成本和縮短開發(fā)周期勢在必行，于是研制新型石油鉆機及控制系統(tǒng)極其重要。傳統(tǒng)手工送鉆存在著準確性差、安全性低、工作效率低等缺點，自動送鉆技術是大勢所趨。自動送鉆指鉆進過程中在無人參與的條件下通過送鉆裝置實現(xiàn)鉆頭的自動給進，鉆壓和負荷變化小，送鉆十分平穩(wěn)，取芯率高，井眼軌跡的偏斜度、軸承和鉆頭磨損大大減少，軸承和鉆頭的工作時間加長，事故和鉆井成本都大幅降低。關于鉆機給進機構的自動化問題，國內(nèi)外很早就開始研究，其工作原理都是送鉆裝置的輸出經(jīng)中間機構與絞車滾筒連接，經(jīng)調(diào)節(jié)控制的輸出給進量，通過游吊系統(tǒng)、大鉤、鉆桿、鉆井工具等，最終反應在井底的鉆頭上。自動送鉆的控制模式主要有恒鉆速、恒鉆壓、恒壓差等模式。恒鉆速要求滾筒或鉆頭在下行方向以恒定的速度運行，該模式的優(yōu)點是控制系統(tǒng)簡單、操作方便，缺點是只能在特殊的地層段使用；恒鉆壓要求井底鉆頭上的鉆壓保持恒定，該模式的優(yōu)點是適合絕大多數(shù)地層段，缺點是鉆壓較低時，控制精度較差；恒壓差送鉆要求鉆壓保持為恒定壓力差，該模式的優(yōu)點是鉆進速度快，缺點是設定最高壓力不易確定。近年來，除了這幾種送鉆模式，還出現(xiàn)了恒扭矩模式、恒功率模式等。然而，單模式下自動送鉆滿足不了不同目標、不同鉆井階段對自動送鉆的要求，這就要求電氣控制系統(tǒng)要有兩個或兩個以上的送鉆模式供選擇。在所述
技術介紹
部分公開的上述信息僅用于加強對本公開的背景的理解，因此它可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現(xiàn)有技術的信息。
技術實現(xiàn)思路
為了克服現(xiàn)有技術的上述缺陷，本專利技術提供了一種變頻鉆機多模式自動送鉆系統(tǒng)及其控制方法，以解決現(xiàn)有技術中的上述不足之處。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種變頻鉆機多模式自動送鉆系統(tǒng)，由人機交互單元、多模式控制單元、變頻傳動單元、拖動電機、傳動機構以及檢測變送單元組成；人機交互單元將自動送鉆參數(shù)設置信息傳輸至多模式控制單元，同時完成鉆井過程中重要參數(shù)的顯示；多模式控制單元有多種自動送鉆控制模式供選擇，根據(jù)從檢測變送單元獲取的檢測參數(shù)與給定值之差作為控制器輸入，經(jīng)過仿人智能PID運算，輸出控制量，完成相應模式下的自動送鉆功能；自動送鉆最終通過變頻器驅動拖動電機及傳動機構來實現(xiàn)；檢測變送單元完成系統(tǒng)所需的鉆速、懸重、泵壓、功率、扭矩等檢測信號的采集。所述多模式控制單元包括恒鉆速模式自動送鉆單元、恒鉆壓模式自動送鉆單元、恒泵壓模式自動送鉆單元、恒功率模式自動送鉆單元、恒轉矩模式自動送鉆單元。所述檢測變送單元包括鉆速傳感器、懸重傳感器、泵壓傳感器、功率傳感器和扭矩傳感器。一種變頻鉆機多模式自動送鉆系統(tǒng)的控制方法，包括恒鉆速模式自動送鉆、恒鉆壓模式自動送鉆、恒泵壓模式自動送鉆、恒功率模式自動送鉆、恒扭矩模式自動送鉆。所述恒鉆速模式自動送鉆是以鉆頭下鉆速度為控制目標，包括1個雙閉環(huán)控制單元和1個滾筒傳動機構。內(nèi)環(huán)為轉矩控制環(huán)，控制器采用PI控制器；外環(huán)為轉速控制環(huán)，控制器采用仿人智能PID控制器。由于下鉆速度與拖動電機之間有固定的比例關系，電機速度按一定的比例變換后即可作為下鉆的實際速度，因此控制結構為恒轉矩變速系統(tǒng)。所述恒鉆壓模式自動送鉆是以鉆頭鉆進時的鉆壓為控制目標，包括1個恒鉆壓控制單元、1個恒轉矩變速控制單元和1個滾筒傳動機構。恒鉆壓控制單元中的控制器采用仿人智能PID控制器。由于無法直接檢測井下鉆頭的實際鉆壓，因此反饋鉆壓一般通過死繩固定系統(tǒng)的懸重傳感器間接獲取。所述恒泵壓模式自動送鉆是以循環(huán)系統(tǒng)的泥漿壓力(泵壓)為控制目標，包括1個恒泵壓控制單元、1個恒轉矩變速控制單元和1個滾筒傳動機構。恒泵壓控制單元中的控制器采用仿人智能PID控制器。恒泵壓模式自動送鉆解決了水平井鉆井過程中鉆壓檢測不到，無法實現(xiàn)自動送鉆的問題。所述恒功率模式自動送鉆是以轉盤輸出功率恒定為控制目標，包括1個恒功率控制單元、1個恒轉矩變速控制單元和1個滾筒傳動機構。恒功率控制單元中的控制器采用仿人智能PID控制器。實際功率檢測一般通過為其供電的電控裝置通過其I/O接口間接獲得。所述恒扭矩模式自動送鉆是以轉盤輸出扭矩恒定為控制目標，包括1個恒扭矩控制單元、1個恒轉矩變速控制單元和1個滾筒傳動機構。恒扭矩控制單元中的控制器采用仿人智能PID控制器。實際扭矩檢測一般通過為其供電的電控裝置通過其I/O接口間接獲得。與現(xiàn)有技術相比較，本專利技術的有益效果在于：本專利技術的變頻鉆機多模式自動送鉆系統(tǒng)及其控制方法包括恒鉆速模式自動送鉆、恒鉆壓模式自動送鉆、恒泵壓模式自動送鉆、恒功率模式自動送鉆、恒扭矩模式自動送鉆，可以滿足石油鉆機針對不同目標、不同鉆井階段對自動送鉆的要求，自動送鉆既可以在單模式下使用，也可以在不同模式下切換使用。本專利技術使得自動送鉆系統(tǒng)的適應性更好，可靠性更高，冗余性更大，安全性更好，處理異常事故的能力更強，控制效果更佳。附圖說明為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術的變頻鉆機多模式自動送鉆系統(tǒng)組成圖；圖2為本專利技術的恒鉆速模式自動送鉆控制框圖；圖3為本專利技術的恒鉆壓模式自動送鉆控制框圖；圖4為本專利技術的恒泵壓模式自動送鉆控制框圖；圖5為本專利技術的恒功率模式自動送鉆控制框圖；圖6為本專利技術的恒轉矩模式自動送鉆控制框圖。附圖標記為：1人機交互單元、2多模式控制單元、201恒轉矩變速控制單元、202恒鉆壓控制單元、203恒泵壓控制單元、204恒功率控制單元、205恒扭矩控制單元、3變頻傳動單元、4拖動電機、5傳動機構、6檢測變送單元、601鉆速傳感器、602懸重傳感器、603泵壓傳感器、604功率傳感器、605扭矩傳感器。具體實施方式現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例實施方式。然而，示例實施方式能夠以多種形式實施，且不應被理解為限于在此闡述的范例；相反，提供這些示例實施方式使得本公開的描述將更加全面和完整，并將示例實施方式的構思全面地傳達給本領域的技術人員。附圖僅為本公開的示意性圖解，并非一定是按比例繪制。圖中相同的附圖標記表示相同或類似的部分，因而將省略對它們的重復描述。此外，所描述的特征、結構或特性可以以任何合適的方式結合在一個或更多示例實施方式中。在下面的描述中，提供許多具體細節(jié)從而給出對本公開的示例實施方式的充分理解。然而，本領域技術人員將意識到，可以實踐本公開的技術方案而省略所述特定細節(jié)中的一個或更多，或者可以采用其它的方法、組元、步驟等。在其它情況下，不詳細示出或描述公知結構、方法、實現(xiàn)或本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
1.一種變頻鉆機多模式自動送鉆系統(tǒng)，其特征在于：由人機交互單元、多模式控制單元、變頻傳動單元、拖動電機、傳動機構以及檢測變送單元組成；人機交互單元將自動送鉆參數(shù)設置信息傳輸至多模式控制單元，同時完成鉆井過程中重要參數(shù)的顯示；多模式控制單元有多種自動送鉆控制模式供選擇，根據(jù)從檢測變送單元獲取的檢測參數(shù)與給定值之差作為控制器輸入，經(jīng)過仿人智能PID運算，輸出控制量，完成相應模式下的自動送鉆功能；自動送鉆最終通過變頻器驅動拖動電機及傳動機構來實現(xiàn)；檢測變送單元完成系統(tǒng)所需的鉆速、懸重、泵壓、功率、扭矩等檢測信號的采集。/n

【技術特征摘要】
1.一種變頻鉆機多模式自動送鉆系統(tǒng)，其特征在于：由人機交互單元、多模式控制單元、變頻傳動單元、拖動電機、傳動機構以及檢測變送單元組成；人機交互單元將自動送鉆參數(shù)設置信息傳輸至多模式控制單元，同時完成鉆井過程中重要參數(shù)的顯示；多模式控制單元有多種自動送鉆控制模式供選擇，根據(jù)從檢測變送單元獲取的檢測參數(shù)與給定值之差作為控制器輸入，經(jīng)過仿人智能PID運算，輸出控制量，完成相應模式下的自動送鉆功能；自動送鉆最終通過變頻器驅動拖動電機及傳動機構來實現(xiàn)；檢測變送單元完成系統(tǒng)所需的鉆速、懸重、泵壓、功率、扭矩等檢測信號的采集。


2.根據(jù)權利要求1所述的一種變頻鉆機多模式自動送鉆系統(tǒng)，其特征在于：所述多模式控制單元包括恒鉆速模式自動送鉆單元、恒鉆壓模式自動送鉆單元、恒泵壓模式自動送鉆單元、恒功率模式自動送鉆單元、恒轉矩模式自動送鉆單元。


3.根據(jù)權利要求1所述的一種變頻鉆機多模式自動送鉆系統(tǒng)，其特征在于：所述檢測變送單元包括鉆速傳感器、懸重傳感器、泵壓傳感器、功率傳感器和扭矩傳感器。


4.根據(jù)權利要求1～3任一項所述的一種變頻鉆機多模式自動送鉆系統(tǒng)的控制方法，其...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：劉曙光，陳小龍，陳午陽，李忠誠，琚子輝，
申請(專利權)人：黃山學院，
類型：發(fā)明
國別省市：安徽;34