[實(shí)用新型]電動鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤柔性扭矩控制系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200820222579.6
• 申請日: 2008-11-25
• 公開（公告）號: CN201301701Y
• 公開（公告）日: 2009-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 侯忠奎;朱奇先;馬雙富;張振中;張建成
• 申請（專利權(quán)）人: 天水電氣傳動研究所有限責(zé)任公司
• 主分類號: E21B44/04
• 分類號: E21B44/04
• 代理公司: 甘肅省知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)中心
• 代理人: 田玉蘭

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于(石油)鉆井技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及鉆井作業(yè)時鉆柱發(fā)生粘滑扭矩振動后所采用的鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤柔性扭矩控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前，在石油電動鉆機(jī)的轉(zhuǎn)盤控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)盤的速度依據(jù)鉆井工藝要求設(shè)定后，鉆柱的扭矩多依靠司鉆的經(jīng)驗，調(diào)節(jié)鉆頭的下放速度來控制鉆壓達(dá)到調(diào)節(jié)鉆柱扭矩的目的，這樣操作鉆柱的扭矩調(diào)節(jié)實(shí)時性差，容易引起跳鉆、卡鉆等現(xiàn)象，加劇了鉆柱的疲勞程度，甚至造成鉆柱或下部鉆具扭斷的后果。鉆井過程中，鉆柱的振動是不可避免的，輕微的橫向、軸向及扭矩振動不影響鉆井正常作業(yè)，而對于大位移井直井段或直井所產(chǎn)生的粘滑扭矩振動，不僅影響鉆井速度，還容易使鉆柱疲勞，加速鉆具破壞程度，甚至誘發(fā)鉆井事故。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提供一種當(dāng)發(fā)生粘滑振動時，利用實(shí)時檢測的轉(zhuǎn)盤扭矩，作為負(fù)反饋去擾動轉(zhuǎn)盤的速度給定，以達(dá)到減小、消除鉆柱粘滑振動的電動鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤柔性扭矩控制系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是：

一種實(shí)現(xiàn)上述電動鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤柔性扭矩控制方法的系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括：

一個觸摸屏或者一個帶顯示屏的操作面板，包括轉(zhuǎn)盤速度給定鍵、啟動/停止轉(zhuǎn)盤柔性控制按鈕和粘滑振動量輸出域，它與可編程控制器PLC電連接，用于設(shè)定轉(zhuǎn)盤速度給定值、啟動/停止轉(zhuǎn)盤柔性控制功能以及顯示粘滑振動量；

一個轉(zhuǎn)盤扭矩傳感器，它安裝在轉(zhuǎn)盤控制柜出線端或者轉(zhuǎn)盤電機(jī)進(jìn)線側(cè)，實(shí)時采集轉(zhuǎn)盤扭矩實(shí)際值；

一個可編程控制器PLC，與轉(zhuǎn)盤扭矩傳感器電連接，通過其模擬量輸入模板(AI)采集由轉(zhuǎn)盤扭矩傳感器傳遞來的轉(zhuǎn)盤扭矩實(shí)際值，計算出n次轉(zhuǎn)盤扭矩實(shí)際值的算術(shù)平均值，其中10≤n≤20；并比較轉(zhuǎn)盤扭矩實(shí)際值和平均值，將比較后的偏差作為轉(zhuǎn)盤速度給定的擾動信號，與轉(zhuǎn)盤速度給定信號疊加后，作為轉(zhuǎn)盤調(diào)速器的速度給定信號；

一個轉(zhuǎn)盤調(diào)速器，包括速度調(diào)節(jié)器、扭矩調(diào)節(jié)器和功率轉(zhuǎn)換器，它接收來自可編程控制器PLC發(fā)出的速度給定信號，去控制轉(zhuǎn)盤主電機(jī)的轉(zhuǎn)速；

一個轉(zhuǎn)盤主電機(jī)，在轉(zhuǎn)盤調(diào)速器的控制下升速或者降速，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤的扭矩；

一個速度反饋編碼器，安裝在轉(zhuǎn)盤主電機(jī)軸上，向可編程控制器PLC實(shí)時反饋轉(zhuǎn)盤主電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。

本實(shí)用新型提供的上述電動鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤柔性扭矩控制系統(tǒng)，當(dāng)鉆柱發(fā)生粘滑扭矩振動時，能夠使轉(zhuǎn)盤電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨粘滑扭矩的大小做實(shí)時的調(diào)整，有效地降低了轉(zhuǎn)盤扭矩的變化頻率和粘滑扭矩的振幅，減少了鉆柱的疲勞破壞程度，降低了因為鉆柱疲勞發(fā)生井下事故的概率。

附圖說明

圖1為電動鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤柔性扭矩控制系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意框圖

具體實(shí)施方式

如圖1所示，該電動鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤柔性扭矩控制系統(tǒng)主要由觸摸屏(或操作面板)、可編程控制器PLC?204、轉(zhuǎn)盤調(diào)速器、扭矩傳感器208、速度反饋編碼器209及轉(zhuǎn)盤主電機(jī)210組成。為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤柔性扭矩控制功能，觸摸屏上設(shè)置了速度給定鍵201、啟動/停止轉(zhuǎn)盤柔性控制按鈕202、粘滑振動量輸出域203；可編程控制器PLC?204，接收來自觸摸屏上的速度給定鍵201、啟動/停止轉(zhuǎn)盤柔性控制按鈕202的指令，計算并顯示粘滑振動量數(shù)值；安裝在轉(zhuǎn)盤控制柜出線端或者轉(zhuǎn)盤電機(jī)進(jìn)線側(cè)的扭矩傳感器208，實(shí)時采集轉(zhuǎn)盤扭矩的實(shí)際值；通過可編程控制器PLC計算出鉆柱粘滑振動量和轉(zhuǎn)盤調(diào)速器速度給定，分別輸出給觸摸屏和速度調(diào)節(jié)器205；安裝在轉(zhuǎn)盤主電機(jī)210軸上的速度編碼器209，實(shí)時反饋電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)盤調(diào)速器內(nèi)部有速度調(diào)節(jié)器205、扭矩調(diào)節(jié)器206以及功率轉(zhuǎn)換器207，轉(zhuǎn)盤調(diào)速器既可以是直流調(diào)速器，也可以是交流調(diào)速器。通過可編程控制器PLC運(yùn)算出的轉(zhuǎn)盤調(diào)速器速度給定和速度編碼器209組成速度外環(huán)；轉(zhuǎn)盤調(diào)速器中的速度調(diào)節(jié)器的輸出和扭矩傳感器208組成扭矩內(nèi)環(huán)，實(shí)時地調(diào)整調(diào)制波的頻率，結(jié)合載波特性，有序地向功率轉(zhuǎn)換器207中的功率器件發(fā)出“通”和“斷”的動作指令，使電機(jī)的電源的頻率和幅值實(shí)時調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤主電機(jī)210的調(diào)速，達(dá)到減少和消除鉆柱粘滑扭矩振動的目的。功率轉(zhuǎn)換器207是轉(zhuǎn)盤調(diào)速器(直流調(diào)速器或者交流調(diào)速器)的功率器件，且集成在轉(zhuǎn)盤調(diào)速柜中。