[發明專利]交流變頻恒功率自動送鉆系統

在審

• 申請號: 201410173667.1
• 申請日: 2014-04-28
• 公開（公告）號: CN104131806A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 劉曙光;武學星
• 申請（專利權）人: 安徽多杰電氣有限公司
• 主分類號: E21B44/02
• 分類號: E21B44/02
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及一種石油鉆機電控系統，尤其涉及一種交流變頻恒功率自動送鉆系統。?

背景技術

在鉆井過程中，為保證送鉆安全達到目的地，提高送鉆性能，就要對送鉆速度加以控制，使鉆頭對井底的鉆壓盡量平穩。人工送鉆是由司鉆工手動控制機械制動器的制動力進行鉆進，隨著自動化技術的發展，基于電驅動絞車的交流變頻主電機自動送鉆系統和輔助電機的推廣，使鉆井現場逐步采用自動送鉆系統。自動送鉆克服了司鉆工操作機械盤剎控制鉆進造成機械盤剎易于磨損的缺點，采用電動機反拖、四象限運行精確來直接控制出力以達到恒壓送鉆，即鉆井時使用自動送鉆，給定所需鉆壓，從而使送鉆速度得以控制、保證送鉆的平穩性，提高送鉆的質量。?

人工送鉆存在以下主要缺點：?

1）由于司鉆需不斷地看各種儀表、鋼絲繩和剎把等設備的運行情況，導致其腦力和體力的負荷特別大，很容易困乏，所以發生溜鉆或卡鉆等事故是很難避免的。

2）由于司鉆通過手剎控制送鉆等的個人技能各不相同，導致鉆井質量也因人而異經實踐證明：人工手動送鉆所鉆的井，井壁質量和取芯率相當低、稍不留神就會出現頓鉆和井斜等事故。?

3）司鉆基本上都是憑經驗送鉆，軸承和鉆頭所承受的壓力不斷變化，而且有時幅度變化很大，導致軸承和鉆頭磨損很快，大大減少了鉆頭的工作時間。?

現有自動送鉆系統缺點：?

1）自動送鉆系統采用傳統PID控制策略。這種傳統的PID控制系統受地質構成、巖石性質、泥漿特性、井壁阻力等因素影響，井下存在許多已知或未知因素，同時，鉆機工作自身也有一定非線性，所以自動送鉆系統屬于一個時滯、時變的非線性系統。因此，在控制過程中，存在鉆速的控制精確度比較低、安全可靠性較差等問題。

2）自動送鉆系統多為恒鉆速控制，無法通過不同鉆進參數的調整來實現恒鉆壓恒功率控制。?

發明內容

本發明是為避免上述已有技術中存在的不足之處，提供一種交流變頻恒功率自動送鉆系統，將鉆壓控制與模糊控制結合，以提高鉆井工作的鉆速控制精確度和安全可靠性。?

本發明為解決技術問題采用以下技術方案：?

交流變頻恒功率自動送鉆系統，其結構特點是，包括上位機監控單元、PLC控制單元、檢測變送單元、變頻傳動單元以及能耗制動單元。

所述上位機監控單元，設置在現場控制室內，與PLC控制單元之間通過通信網絡相連接，用于放在現場控制室面向現場操作人員，經現場總線和PLC進行通信，或者采用高性能工控機通過工業以太網和PLC進行通信，為控制室監控人員提供組態監控，可以實現參數的設置和實時顯示、信息查詢、數據記錄和打印，而且能通過網絡實現信息高速共享。?

所述PLC控制單元，用于接收上位機監控單元發送的控制信息，以對鉆井現場的受控工作設備進行控制。?

所述檢測變送單元，用于檢測到的鉆具鉆速、鉆井泵泵壓、鉆具扭矩傳輸給PLC控制單元。?

所述變頻傳動單元，用于接收檢測變送單元發送的控制參數，并對送鉆主電機和送鉆小電機進行轉速控制，從而控制自動送鉆系統的鉆速。?

所述能耗制動單元，用于在斷開電動機三相AC電源后，加一個直流電壓于定子繞組上，利用靜止磁場和轉子感應電流的作用來實現制動。?

所述PLC控制單元包括PLC，所述PLC內部Fuzzy?PID控制器。?

所述Fuzzy?PID控制器采用三環控制系統，從外到內依次為鉆壓調節環、速度調節環和氣壓調節環；?

三環控制系統的外環為鉆壓調節環，給定鉆壓W_l和輸出鉆壓W₂的差值經鉆壓調節器后輸出速度給定值V₁；中環為速度調節環，速度給定值V₁送入中環，速度給定值V₁與實際速度V₂的偏差經速調節器后輸出氣壓系統的壓力給定值P₁，中環保證輸出速度V₂跟隨速度給定值V₁；

內環為氣壓調節環，壓力給定值P₁送入內環，內環保證氣壓機構輸出的實際壓力P₂跟隨氣壓系統的壓力給定值P₁。

與已有技術相比，本發明有益效果體現在：?