[發(fā)明專利]一種鉆井頂驅(qū)控制系統(tǒng)及方法

在審

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• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112360426A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張寶有
• 申請（專利權(quán)）人: 黑龍江景宏石油設(shè)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(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11473
• 代理人: 吳航

本發(fā)明提供了一種鉆井頂驅(qū)控制系統(tǒng)，包括控制器、變頻器和編碼器，所述變頻器與所述控制器電性連接，所述編碼器與所述變頻器電性連接，所述變頻器和所述編碼器分別適于與鉆具電機電性連接，其中，所述編碼器用于采集鉆具電機的轉(zhuǎn)速值，并傳輸至所述變頻器；所述變頻器用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)速值計算出鉆具電機的扭矩值，并將所述轉(zhuǎn)速值及所述扭矩值傳輸至所述控制器；所述控制器用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)速值和所述扭矩值確定轉(zhuǎn)速給定值和扭矩給定值；所述變頻器還用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)速給定值和所述扭矩給定值控制鉆具電機進行調(diào)校，以消除粘滑及卡鉆現(xiàn)象。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鉆井技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種鉆井頂驅(qū)控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

鉆井過程中，尤其在油田鉆井作業(yè)時，鉆井頂驅(qū)的鉆具會因摩阻變大而出現(xiàn)臨時性“憋停”，不能繼續(xù)旋轉(zhuǎn)鉆進，正常鉆井作業(yè)時，鉆具保持恒定轉(zhuǎn)速，隨著井底摩阻的增加，鉆具底部會“粘附”在井底，當鉆具扭矩超過鉆具本身的靜態(tài)扭矩時，鉆具會突然釋放開而快速旋轉(zhuǎn)起來，此時釋放掉的瞬時旋轉(zhuǎn)扭矩大于正常旋轉(zhuǎn)的扭矩很多，由于慣性作用，鉆具瞬時旋轉(zhuǎn)速度遠遠高于正常時的速度，隨后，鉆具速度會逐漸降低到正常速度，而這種現(xiàn)象在鉆井作業(yè)過程中會經(jīng)常發(fā)生，我們稱之為粘滑或卡鉆現(xiàn)象。而這種粘滑或卡鉆現(xiàn)象很容易造成鉆具的損壞、鉆具疲勞失效、鉆井質(zhì)量下降、鉆井時起下鉆次數(shù)增加、鉆桿脫扣等不良后果，嚴重影響了正常鉆井作業(yè)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問題是如何提供一種能夠有效避免粘滑及卡鉆現(xiàn)象的、提高鉆井質(zhì)量、提高作業(yè)效率及節(jié)省作業(yè)成本的鉆井頂驅(qū)控制系統(tǒng)及方法。

一方面，為解決上述問題，本發(fā)明提供一種鉆井頂驅(qū)控制系統(tǒng)，包括控制器、變頻器和編碼器，所述變頻器與所述控制器電性連接，所述編碼器與所述變頻器電性連接，所述變頻器和所述編碼器分別適于與鉆具電機電性連接，其中，所述編碼器用于采集鉆具的轉(zhuǎn)速值，并傳輸至所述變頻器；所述變頻器用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)速值計算出鉆具電機的扭矩值，并將所述轉(zhuǎn)速值及所述扭矩值傳輸至所述控制器；所述控制器用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)速值和所述扭矩值確定轉(zhuǎn)速給定值和扭矩給定值；所述變頻器還用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)速給定值和所述扭矩給定值控制鉆具電機進行調(diào)校，以消除粘滑及卡鉆現(xiàn)象。

可選地，所述控制器內(nèi)置有數(shù)據(jù)采集模塊及數(shù)據(jù)處理模塊，其中，所述數(shù)據(jù)采集模塊用于實時對所述變頻器進行刷新取樣，采集所述轉(zhuǎn)速值及所述扭矩值并傳輸至所述數(shù)據(jù)處理模塊；所述數(shù)據(jù)處理模塊用于建立所述轉(zhuǎn)速值及所述扭矩值的波動周期及變化幅值的數(shù)學模型，并根據(jù)所述控制器內(nèi)預(yù)設(shè)的鉆具參數(shù)數(shù)據(jù)庫計算出所述轉(zhuǎn)速給定值及所述扭矩給定值傳輸至所述變頻器。

可選地，還包括與所述控制器電性連接的控制顯示屏，所述控制顯示屏用于顯示系統(tǒng)的參數(shù)及作為手動控制輸入端。

可選地，還包括內(nèi)置于所述控制器的定位震蕩子系統(tǒng)，所述定位震蕩子系統(tǒng)的輸入端與所述控制顯示屏連接，所述定位震蕩子系統(tǒng)的輸出端與所述變頻器連接，所述定位震蕩子系統(tǒng)用于通過所述變頻器對鉆具進行定位控制調(diào)節(jié)和/或震蕩控制調(diào)節(jié)，以消除粘滑及卡鉆現(xiàn)象。

可選地，所述定位震蕩子系統(tǒng)包括定位控制模塊及震蕩控制模塊，所述定位控制模塊用于對鉆具主軸單向旋轉(zhuǎn)運動進行控制，所述震蕩控制模塊用于對鉆具主軸正反方向往復(fù)旋轉(zhuǎn)運動進行控制。

可選地，所述定位控制模塊具體用于：根據(jù)在所述控制顯示屏上輸入的鉆具主軸的旋轉(zhuǎn)方向、旋轉(zhuǎn)速度、旋轉(zhuǎn)角度，控制所述變頻器對鉆具主軸的單方向旋轉(zhuǎn)運動進行控制調(diào)節(jié)，以脫離粘滑及卡鉆區(qū)域。

可選地，所述震蕩控制模塊具體用于：根據(jù)在所述控制顯示屏上輸入的鉆具主軸的開始旋轉(zhuǎn)方向、旋轉(zhuǎn)速度、旋轉(zhuǎn)角度，控制所述變頻器對鉆具主軸的正反方向往復(fù)旋轉(zhuǎn)運動進行控制調(diào)節(jié)，以消除粘滑及卡鉆現(xiàn)象。

可選地，所述旋轉(zhuǎn)速度的取值范圍是大于0rpm且小于或等于30rpm，所述旋轉(zhuǎn)角度的取值范圍是大于或等于1度且小于或等于9999度。