[發明專利]一種變頻鉆機多模式自動送鉆系統及其控制方法

在審

• 申請號: 202011229162.4
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112502689A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 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
• 主分類號: E21B44/02
• 分類號: E21B44/02
• 代理公司: 北京科家知識產權代理事務所(普通合伙) 11427
• 代理人: 宮建華

本發明公開了一種變頻鉆機多模式自動送鉆系統及其控制方法，具體涉及石油鉆機電氣控制系統技術領域，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，本發明使得自動送鉆系統適應性更好，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。

技術領域

本發明涉及石油鉆機電氣控制系統技術領域，更具體地說，本發明涉及一種變頻鉆機多模式自動送鉆系統及其控制方法。

背景技術

目前，鉆井費用在石油勘探總投資中占56％～81％，在石油開發總投資中超過51％。降低石油開采成本和縮短開發周期勢在必行，于是研制新型石油鉆機及控制系統極其重要。傳統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鉆頭的自動給進，鉆壓和負荷變化小，送鉆十分平穩，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，國內外很早就開始研究，其工作原理都是送鉆裝置的輸出經中間機構與絞車滾筒連接，經調節控制的輸出給進量，通過游吊系統、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，該模式的優點是控制系統簡單、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，該模式的優點是適合絕大多數地層段，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要有兩個或兩個以上的送鉆模式供選擇。

在所述背景技術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有技術的信息。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺陷，本發明提供了一種變頻鉆機多模式自動送鉆系統及其控制方法，以解決現有技術中的上述不足之處。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種變頻鉆機多模式自動送鉆系統，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，根據從檢測變送單元獲取的檢測參數與給定值之差作為控制器輸入，經過仿人智能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；檢測變送單元完成系統所需的鉆速、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。