[發明專利]一種鉆井頂驅控制系統及方法

在審

• 申請號: 202011269692.1
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112360426A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 張寶有
• 申請（專利權）人: 黑龍江景宏石油設備制造有限公司
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00
• 代理公司: 北京隆源天恒知識產權代理事務所(普通合伙) 11473
• 代理人: 吳航

1.一種鉆井頂驅控制系統，其特征在于，包括控制器(2)、變頻器(3)和編碼器(4)，所述變頻器(3)與所述控制器(2)電性連接，所述編碼器(4)與所述變頻器(3)電性連接，所述變頻器(3)和所述編碼器(4)分別適于與鉆具電機電性連接，其中，

所述編碼器(4)用于采集鉆具電機的轉速值，并傳輸至所述變頻器(3)；

所述變頻器(3)用于根據所述轉速值計算出鉆具電機的扭矩值，并將所述轉速值及所述扭矩值傳輸至所述控制器(2)；

所述控制器(2)用于根據所述轉速值和所述扭矩值確定轉速給定值和扭矩給定值；

所述變頻器(3)還用于根據所述轉速給定值和所述扭矩給定值控制鉆具電機進行調校，以消除粘滑及卡鉆現象。

2.根據權利要求1所述的鉆井頂驅控制系統，其特征在于，所述控制器(2)內置有數據采集模塊(21)及數據處理模塊(22)，其中，

所述數據采集模塊(21)用于實時對所述變頻器(3)進行刷新取樣，采集所述轉速值及所述扭矩值并傳輸至所述數據處理模塊(22)；

所述數據處理模塊(22)用于建立所述轉速值及所述扭矩值的波動周期及變化幅值的數學模型，并根據所述控制器(2)內預設的鉆具參數數據庫計算出所述轉速給定值及所述扭矩給定值傳輸至所述變頻器(3)。

3.根據權利要求1所述的鉆井頂驅控制系統，其特征在于，還包括與所述控制器(2)電性連接的控制顯示屏(1)，所述控制顯示屏(1)用于顯示系統的參數及作為手動控制輸入端。

4.根據權利要求3所述的鉆井頂驅控制系統，其特征在于，還包括內置于所述控制器(2)的定位震蕩子系統，所述定位震蕩子系統的輸入端與所述控制顯示屏(1)連接，所述定位震蕩子系統的輸出端與所述變頻器(3)連接，所述定位震蕩子系統用于通過所述變頻器(3)對鉆具進行定位控制調節和/或震蕩控制調節，以消除粘滑及卡鉆現象。

5.根據權利要求4所述的鉆井頂驅控制系統，其特征在于，所述定位震蕩子系統包括定位控制模塊(23)及震蕩控制模塊(24)，所述定位控制模塊(23)用于對鉆具主軸單向旋轉運動進行控制，所述震蕩控制模塊(24)用于對鉆具主軸正反方向往復旋轉運動進行控制。

6.根據權利要求5所述的鉆井頂驅控制系統，其特征在于，所述定位控制模塊(23)具體用于：

根據在所述控制顯示屏(1)上輸入的鉆具主軸的旋轉方向、旋轉速度、旋轉角度，控制所述變頻器(3)對鉆具主軸的單方向旋轉運動進行控制調節，以脫離粘滑及卡鉆區域。

7.根據權利要求5所述的鉆井頂驅控制系統，其特征在于，所述震蕩控制模塊(24)具體用于：

根據在所述控制顯示屏(1)上輸入的鉆具主軸的開始旋轉方向、旋轉速度、旋轉角度，控制所述變頻器(3)對鉆具主軸的正反方向往復旋轉運動進行控制調節，以消除粘滑及卡鉆現象。

8.根據權利要求6或7所述的鉆井頂驅控制系統，其特征在于，所述旋轉速度的取值范圍是大于0rpm且小于或等于30rpm，所述旋轉角度的取值范圍是大于或等于1度且小于或等于9999度。

9.一種鉆井頂驅控制方法，基于權利要求1-8任一項所述的鉆井頂驅控制系統，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，通過編碼器(4)獲取鉆具電機的轉速值，并通過變頻器(3)獲取鉆具電機的扭矩值；

步驟二，建立鉆具電機的轉速值及扭矩值的波動周期及變化幅值的數學模型，并根據預設的鉆具參數數據庫確定鉆具電機的轉速給定值及扭矩給定值；

步驟三，通過變頻器(3)根據給定值控制鉆具電機進行實時調校，將鉆具電機的轉速及扭矩逐步調校至預先設定值，以消除粘滑及卡鉆現象。

10.根據權利要求9所述的鉆井頂驅控制方法，其特征在于，還包括：

步驟四，通過控制顯示屏(1)啟用定位震蕩子系統，以對鉆具主軸的旋轉速度及旋轉角度進行定向調節；

所述步驟四具體包括：

步驟A，定位控制

接收通過所述控制顯示屏(1)輸入的鉆具主軸的旋轉方向、旋轉速度、旋轉角度，通過控制所述變頻器(3)對鉆具主軸的單方向旋轉運動進行控制調節，以脫離粘滑及卡鉆區域；

和/或，

步驟B，震蕩控制

接收通過所述控制顯示屏(1)輸入的鉆具主軸的開始旋轉方向、旋轉速度、旋轉角度，通過控制所述變頻器(3)對鉆具主軸的正反方向往復旋轉運動進行控制調節，以消除粘滑及卡鉆現象。