[發明專利]一種小型智能鉆機的控制方法

有效

• 申請號: 202110800830.2
• 申請日: 2021-07-15
• 公開（公告）號: CN113338894B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 吳澤兵;王杰;席凱凱;郭禹倫;蔣夢潔;楊晨娟;谷亞冰;翟喜萍
• 申請（專利權）人: 西安石油大學
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00;G06N3/0499;G06N3/084
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 王晶

1.一種小型智能鉆機的控制方法，其特征在于，包括以下步驟；

步驟一：根據鉆井工藝要求確定小型智能鉆機的組成，通過分析自動送鉆控制系統的整個過程，詳細設置小型智能鉆機控制系統，根據鉆井參數得出傳遞函數并在Simulink中設計出自動送鉆系統控制框圖；

步驟二：采用BP神經網絡算法，建立神經網絡識別巖性模型，采用三層BP神經網絡結構，輸入層包含4個神經元，分別對應輸入的平均鉆壓、鉆頭平均轉速、平均扭矩及平均機械鉆速，輸出層包含2個神經元，分別對應所需識別的2類巖性，構造鉆進參數樣本并在軟件MATLAB中采用神經網絡模式識別工具箱，輸入為鉆井參數數據集，輸出為巖性數據矩陣，隱含層節點數為10，進行數據訓練、驗證和測試，實現巖性識別；

步驟三：結合步驟一和步驟二，結合模擬巖樣鉆進試驗，獲得的包括鉆速、轉速和鉆壓敏感鉆進參數，作為訓練樣本進行巖性識別，并單獨分析自動送鉆部分每個控制環節的數學物理模型，設計每個環節的傳遞函數，通過結合實際的自動送鉆控制系統的鉆井關系將三個控制環節通過接口連接；

所述步驟一中控制系統是三環控制系統，包括液壓環節、絞車調節鉆速環節及對鉆具的上提下放進行控制的鉆壓環節，液壓系統采用閥控電液伺服控制,輸入量是電液伺服閥端的電流信號,輸出量是液壓缸的輸出壓力,電液伺服閥傳遞函數確定為速度環是通過液壓盤式剎車的制動力來實現，通過分析壓力P與鉆具下放速度V之間的關系建立速度環的控制框圖；根據鉆速與鉆壓之間的關系設計出鉆壓調節器；

所述液壓環節、絞車調節鉆速環節及對鉆具的上提下放進行控制的鉆壓環節通過接口連接，采用BP-PID控制，控制器包括兩部分：經典增量式PID控制器和BP神經網絡，其中經典的PID控制器直接對被控對象進行閉環控制，并且控制器的三個參數kp,ki，kd為在線調整方式，而神經網絡則根據系統的運行狀態，調整PID控制器的參數，以期達到某種性能指標的最優化。

2.根據權利要求1所述的一種小型智能鉆機的控制方法，其特征在于，所述BP神經網絡具有任意非線性表達能力，利用BP神經網絡可以建立比例環節參數Kp、積分環節Ki、微分環節Kd自整定的PID控制器，PID控制器的輸出u(k)＝u(k-1)+Δu(k),其中Δu(k)＝kp(e(k)-e(k-1))+kie(k)+kd(e(k)-2e(k-1)+e(k-2))，e(k)為時刻誤差；系統進行神經網絡學習，在線調整加權系數和PID控制器參數的自適應調整，實時實現鉆機恒鉆壓鉆進。

3.根據權利要求1所述的一種小型智能鉆機的控制方法，其特征在于，所述控制系統自動檢測鉆壓,然后與鉆壓給定值比較,如果有偏差就通過控制算法進行運算,然后輸出一個剎車力的給定信號(O一20mA的電流信號)給液壓盤剎機構,于是盤剎產生一定的剎車力,在該剎車力下鉆具開始改變速度,最終速度穩定,在該速度下鉆頭壓力就會達到給定值，實現鉆機正常鉆進過程中能夠自動識別巖性和控制鉆進參數的功能。