[發(fā)明專利]智能司鉆鉆機控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611127242.2
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106545327B
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 緱柏弘;來建強;張輝峰;宋倩
• 申請（專利權(quán)）人: 北京四利通控制技術(shù)股份有限公司
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務(wù)所11337
• 代理人: 席小東

1.一種智能司鉆鉆機控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：

鉆井參數(shù)獲取模塊，用于在鉆井過程中，實時獲得當前鉆壓值、當前鉆柱頂部轉(zhuǎn)速w₁、鉆具屬性信息以及地層參數(shù)；

鉆井轉(zhuǎn)速最優(yōu)化控制系統(tǒng)，所述鉆井轉(zhuǎn)速最優(yōu)化控制系統(tǒng)用于預(yù)建立鉆柱運動模型；然后，運行所述鉆柱運動模型，向所述鉆柱運動模型中輸入所述鉆井參數(shù)獲取模塊所獲取到的當前鉆柱頂部轉(zhuǎn)速w₁、鉆具屬性信息以及地層參數(shù)，所述鉆柱運動模型根據(jù)鉆井工藝要求和地層變化自動對鉆頭轉(zhuǎn)速進行最優(yōu)化調(diào)整，得到最優(yōu)鉆頭轉(zhuǎn)速值；

鉆井鉆壓最優(yōu)化控制系統(tǒng)，所述鉆井鉆壓最優(yōu)化控制系統(tǒng)用于預(yù)建立鉆壓優(yōu)化動態(tài)模型，所述鉆壓優(yōu)化動態(tài)模型是以成本為目標，涵蓋鉆頭磨損和機械鉆速的目標函數(shù)，以所述鉆井參數(shù)獲取模塊所獲取到當前鉆壓值、當前鉆柱頂部轉(zhuǎn)速w₁、鉆具屬性信息以及地層參數(shù)為輸入，使用優(yōu)化算法進行優(yōu)化，使實際鉆井中鉆壓根據(jù)鉆井工藝要求和地層變化自動作出最優(yōu)化調(diào)整，得到最優(yōu)鉆井鉆壓值；

鉆井頂驅(qū)/轉(zhuǎn)盤電驅(qū)動控制系統(tǒng)，所述鉆井頂驅(qū)/轉(zhuǎn)盤電驅(qū)動控制系統(tǒng)以所述鉆井轉(zhuǎn)速最優(yōu)化控制系統(tǒng)得到的所述最優(yōu)鉆頭轉(zhuǎn)速值作為負反饋補償給定，比較實際鉆頭轉(zhuǎn)速值與最優(yōu)鉆頭轉(zhuǎn)速值的偏移度，當實際鉆頭轉(zhuǎn)速值與最優(yōu)鉆頭轉(zhuǎn)速值的偏移度達到設(shè)定閾值時，根據(jù)偏移度產(chǎn)生頂驅(qū)/轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)量控制指令，并將所述調(diào)節(jié)量控制指令作用于頂驅(qū)變頻器，頂驅(qū)變頻器調(diào)節(jié)頂驅(qū)轉(zhuǎn)盤電機的轉(zhuǎn)速，使其輸出優(yōu)化頂驅(qū)/轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速值；

自動送鉆交流變頻控制系統(tǒng)，所述自動送鉆交流變頻控制系統(tǒng)以所述鉆井鉆壓最優(yōu)化控制系統(tǒng)得到的所述最優(yōu)鉆井鉆壓值作為負反饋補償給定，比較實際鉆井鉆壓值與最優(yōu)鉆井鉆壓值的偏移度，當實際鉆井鉆壓值與最優(yōu)鉆井鉆壓值的偏移度達到設(shè)定閾值時，根據(jù)偏移度產(chǎn)生送鉆變頻器狀態(tài)調(diào)節(jié)量控制指令，并將所述狀態(tài)調(diào)節(jié)量控制指令作用于送鉆變頻器，送鉆變頻器調(diào)節(jié)交流變頻送鉆電機的工作狀態(tài)，使其輸出優(yōu)化鉆井鉆壓值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能司鉆鉆機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述鉆柱運動模型包括：

地面驅(qū)動系統(tǒng)運動方程：

J_mw₁+w₁D_m+K_s∫(w₂-w₁)dt＝T_m

其中：w₁表示鉆柱頂部轉(zhuǎn)速，w₂表示鉆頭轉(zhuǎn)速，J_m表示驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動慣量，D_m為轉(zhuǎn)盤阻尼系數(shù)，K_s為系統(tǒng)剛度系數(shù)，T_m為電機驅(qū)動扭矩；

井底系統(tǒng)運動方程：

J_Lw₂+w₂D_L-K_s∫(w₂-w₁)dt＝-T_L

其中：J_L表示負載有效轉(zhuǎn)動慣量，D_L為下部鉆具組合阻尼系數(shù)，K_s為系統(tǒng)剛度系數(shù)，T_L為摩擦扭矩；

鉆柱摩擦力矩：

TL(w2)=[M0+(Ma-M0)e-|w2/ws|δ]sgn(w2)]]>

其中：M₀表示庫倫摩擦轉(zhuǎn)矩，M_a表示最大靜摩擦力矩，δ為Stribeck摩擦系數(shù)，w_s表示Stribeck速度，即摩擦轉(zhuǎn)矩初始斜率與庫倫摩擦轉(zhuǎn)矩的交點值。