CN101492996B - 一种控制石油钻机顶驱装置转速扭矩的方法 - Google Patents
一种控制石油钻机顶驱装置转速扭矩的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101492996B CN101492996B CN200810056832XA CN200810056832A CN101492996B CN 101492996 B CN101492996 B CN 101492996B CN 200810056832X A CN200810056832X A CN 200810056832XA CN 200810056832 A CN200810056832 A CN 200810056832A CN 101492996 B CN101492996 B CN 101492996B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- drilling
- constant
- increase
- drop handle
- reduce
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
本发明涉及一种控制石油钻机顶驱装置转速扭矩的方法,其特征在于采用带有载荷传感器的顶驱钻机提环装置,测量提环承载LT,该装置主要由提环、提环销和箱体组成,在提环的两端分别设有水平穿过的两个圆柱形提环销,提环销的一端与箱体固定,在两个提环销上分别固定有载荷传感器,载荷传感器连接信号输出电缆,信号输出电缆与控制系统连接;本方法可根据钻井工况的变化及时调整转速和扭矩设定值,增强了顶驱装置的自动化程度,减少了人为因素对钻井作业的影响,提高了生产效率和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用提环载荷传感的方式控制石油钻机顶驱装置转速扭矩的方法。
技术背景
目前,石油钻机顶驱装置的控制系统主要采用交流变频控制方式,可以根据需要设定主电机的限定转速和限定扭矩。
在此之前的控制系统,都是由操作人员通过调节手轮等方式设定顶驱装置的限定转速和限定扭矩,转速和扭矩的设定相互独立且不随钻井工况的变化而变化。当钻井工况发生变化时,需要对设定值进行相应调整,但现有技术本身无法判断工况,因此需要人工参与判断和加以调节。人工操作带有很大的不确定性,难以保证调整的及时和合理,从而影响了钻井作业的效率和安全程度。
在此之前,钻机大钩的载荷参数(悬重和钻压)仅用于仪表显示供司钻人员参考。要想将这些参数引入顶驱装置的控制系统,需要在顶驱装置以外的部件上加装传感器,或者由其他设备提供信号。由于顶驱装置为移动设备,不是固定与某套钻机配套,有时甚至频繁更换。拆装传感器会增加工作量,从其他设备取信号又涉及到设备改造和匹配的问题。
发明内容
本发明的目的是在原有控制方法的基础上,通过在顶驱装置提环系统中加入载荷传感器,将提升系统的载荷(悬重和钻压)参数引入顶驱控制系统,用于判断钻井工况,并根据载荷变化情况自动对顶驱装置的转速和扭矩设定值进行及时调整。
本发明的方案是采用带有载荷传感器的顶驱钻机提环装置,测量提环承载LT,该装置主要由提环、提环销和箱体组成,在提环的两端分别设有水平穿过的两个圆柱形提环销,提环销的一端与箱体固定,在两个提环销上分别固定有载荷传感器,载荷传感器连接信号输出电缆,载荷传感器采用的是应变式压力传感器。
顶驱装置提环系统载荷传感的基本原理是:在顶驱装置使用过程中,随着提环系统承载的不同,在提环销上会产生相应的形变,传感器将该形变转化为电信号,传给控制系统。
提环承载加大,相当于大钩悬重增加,或者钻压减小;反之,提环承载减小,相当于大钩悬重减小,或者钻压增加。在钻井作业中,一般要求钻压保持恒定。
本发明的控制方法如下:
(1)在顶驱运行之前,司钻人员通过人机界面或其他输入终端输入钻井扭矩限定值TH、转速限定值SH、转速安全值Smax;系统检测实际转速SA、实际输出扭矩TA、提环承载LT;根据其变化判断工况,自动调整转速设定值SS和扭矩设定值TS;一般情况下,TS≤TH,SS≤SH;特殊工况时允许SS≤SH≤Smax;SA随SS调节,系统稳定运行时SA=SS;TA在不超过扭矩设定值TS的范围内随负载扭矩TL变化,TA=TL≤TS。
(2)顶驱装置启动时,记录LT当前值作为钻具自重参考值WT;SS从0开始,按设定曲线增加至SH;TS从常数T0开始逐渐提高,根据实际加速度调整TS;TS应不小于TL+Ta,Ta为提供加速度的扭矩;最终达到理想钻井工况,即:SA=SS=SH,TS取TL*C1(C1≥1,为常数)和TH中较小的值。程序流程图如下图3所示:
(3)正常钻井时,若送钻速度变快或者进入了较硬的地层,或者送钻速度变快,会导致LT减小,即钻压增加,TL增大;当钻具没有变化的情况下,如果检测到LT减小,并且TA增大,则认为进入了此种工况;为避免TL过分增大导致主电机堵转,系统首先自动增大TS,保持TS=TL*C1,C1≥1,为常数使SA=SS;当增至TS=C2*TH,0<C2<1,为常数时,保持TS不变,按设定曲线增加SS至Smax*C3,0<C3<1,为常数,以增加切削量。如果SA可以跟随SS增大,则待LT和TL回到正常值,降低SS到SH,TS=TL*C1,C1≥1,为常数;如果SA不能跟随SS增大,则减小SS至C4*SH,0≤C4<1,为常数,直至SA降低到0,增加TS到TH;如果SA=SS,则SS=SH,如果SA=0,系统堵转。
(4)堵转之后,在上提钻具的过程中,LT增大;突然解卡时,LT迅速减少,SA增大;系统检测到LT减小到WT*C5,C5>1,为常数时,控制系统提高SS使SS=SMAX并且调节调速参数提高加速度,防止井下钻柱由于高速甩开脱扣而落井,当SA=SMAX时,降低SS使SS=SH,TS=TL*C1,C1≥1,为常数。
(5)在钻进过程中,若LT突然减小,然后稳定在小于WT*C6,C6<1,为常数的范围内,则认为钻杆甩开或断裂,SS=0,系统停车后TS=T0。
(6)正常钻井工况下,如果送钻速度变慢或者进入了较软地层,提环承载LT会增大,即钻压减小,负载扭矩TL会相应减小,此时,可以降低主电机转速使SS=C7*SH,0<C7<1,为常数,以减少切削量,减少设备和钻柱的损耗,司钻据此增加送钻速度。
上述(3)至(6)项工况程序流程图参阅下图4。
本发明专利显著特点是:根据钻井工况的变化及时调整转速和扭矩设定值,增强了顶驱装置的自动化程度,减少了人为因素对钻井作业的影响,提高了生产效率和安全性。
附图说明
图1本发明系统原理图。
图2带有载荷传感器的顶驱钻机提环装置。
图3工况程序流程图。
图4工况程序流程图。
具体实施方式:
(1)参阅图1,系统主要由输入设备、控制单元、动力源、执行机构三部分组成。输入设备采用人机交互界面(HMI)。控制单元可采用可编程逻辑控制器(PLC)、动力源采用交流变频器、执行机构采用交流变频电机带动顶驱主轴旋转。
(2)参阅图2,采用带有载荷传感器的顶驱钻机提环装置,测量LT。该装置主要由提环1、提环销3和箱体2组成,在提环1的两端分别有水平穿过的两个圆柱形提环销3,提环销3的一端与箱体2固定。在两个提环销3上分别固定有载荷传感器,载荷传感器连接有信号输出电缆。载荷传感器采用的是应变式压力传感器。
(3)正常钻进工况:参阅图3,例如在顶驱运行之前,司钻人员通过人机界面或其他输入终端输入钻井扭矩限定值TH=30kNm、转速限定值SH=120rpm、转速安全值Smax=160rpm。
系统检测实际转速SA、实际输出扭矩TA、提环承载LT;顶驱装置启动时,记录LT当前值作为钻具自重参考值WT;SS从0开始,按设定曲线增加至SH=120rpm;TS从常数T0开始逐渐提高,根据实际加速度调整TS;TS应不小于TL+Ta=18kNm,最终达到理想钻井工况,即:SA=SS=SH=120rpm,TS取TL*C1=22kNm和TH=30kNm中较小的值,所以系统将转速设定值SS=120rpm和扭矩设定值TS=22kNm送入变频器作为速度和扭矩的设定。
(4)特殊工况处理:参阅图4若送钻速度变快或者进入了较硬的地层,或者送钻速度变快,会导致LT减小,即钻压增加,TL增大;当钻具没有变化的情况下,如果检测到LT减小,并且TA增大,则认为进入了此种工况;为避免TL过分增大导致主电机堵转,系统首先自动增大TS,当增至TS=C2*TH=0.9*30=27kNm,,保持TS不变,按设定曲线增加SS至Smax*C3=0.85*160=136rpm,,以增加切削量。如果SA可以跟随SS增大,则待LT和TL回到正常值,降低SS到SH,TS=TL*C1=22kNm;如果SA不能跟随SS增大,则减小SS至C4*SH=0.7*120=84rpm,直至SA降低到0,增加TS到TH;如果SA=SS,则SS=SH=120rpm,如果SA=0,系统堵转。
堵转之后,在上提钻具的过程中,LT应该增大;突然解卡时,LT迅速减少,SA增大;系统检测到LT减小到WT*C5,C5=1.05时,控制系统提高SS使SS=SMAX=160rpm并且调节调速参数提高加速度,防止井下钻柱由于高速甩开脱扣而落井,当SA=SMAX=160rpm时,降低SS使SS=SH=120rpm,TS=TL*C1=22kNm,系统回到正常钻进状态。
Claims (1)
1.一种控制石油钻机顶驱装置转速扭矩的方法,其特征在于:采用带有载荷传感器的顶驱钻机提环装置,测量提环承载LT,该装置主要由提环、提环销和箱体组成,在提环的两端分别设有水平穿过的两个圆柱形提环销,提环销的一端与箱体固定,在两个提环销上分别固定有载荷传感器,载荷传感器连接信号输出电缆,信号输出电缆与控制系统连接;
控制系统的控制方法是:
(1)在顶驱运行之前,司钻人员通过人机界面或其他输入终端输入钻井扭矩限定值TH、转速限定值SH、转速安全值Smax;系统检测实际转速SA、实际输出扭矩TA、提环承载LT;根据其变化判断工况,自动调整转速设定值SS和扭矩设定值TS;一般情况下,TS≤TH,SS≤SH;特殊工况时允许SS≤SH≤Smax;SA随SS调节,系统稳定运行时SA=SS;TA在不超过扭矩设定值TS的范围内随负载扭矩TL变化,TA=TL≤TS;
(2)顶驱装置启动时,记录LT当前值作为钻具自重参考值WT;SS从0开始,按设定曲线增加至SH;TS从常数T0开始逐渐提高,根据实际加速度调整TS;TS应不小于TL+Ta,Ta为提供加速度的扭矩;最终达到理想钻井工况,即:SA=SS=SH,TS取TL*C1和TH中较小的值,C1≥1,为常数;
(3)正常钻井时,若送钻速度变快或者进入了较硬的地层,或者送钻速度变快,会导致LT减小,即钻压增加,TL增大;当钻具没有变化的情况下,如果检测到LT减小,并且TA增大,则认为进入了此种工况;为避免TL过分增大导致主电机堵转,系统首先自动增大TS,保持TS=TL*C1,C1≥1,为常数使SA=SS;当增至TS=C2*TH,0<C2<1,为常数时,保持TS不变,按设定曲线增加SS至Smax*C3,0<C3<1,为常数,以增加切削量;如果SA可以跟随SS增大,则待LT和TL回到正常值,降低SS到SH,TS=TL*C1,C1≥1,为常数;如果SA不能跟随SS增大,则减小SS至C4*SH,0≤C4<1,为常数,直至SA降低到0,增加TS到TH;如果SA=SS,SS=SH,如果SA=0,系统堵转;
(4)堵转之后,在上提钻具的过程中,LT增大;突然解卡时,LT迅速减少,SA增大;系统检测到LT减小到WT*C5,C5>1,为常数时,控制系统提高SS使SS=SMAX并且调节调速参数提高加速度,防止井下钻柱由于高速甩开脱扣而落井,当SA=SMAX时,降低SS使SS=SH,TS=TL*C1,C1≥1,为常数;
(5)在钻进过程中,若LT突然减小,然后稳定在小于WT*C6,C6<1,为常数的范围内,则认为钻杆甩开或断裂,SS=0,系统停车后TS=T0;
(6)正常钻井工况下,如果送钻速度变慢或者进入了较软地层,提环承载LT会增大,即钻压减小,负载扭矩TL会相应减小,此时,可以降低主电机转速使SS=C7*SH,0<C7<1,为常数,以减少切削量,减少设备和钻柱的损耗,司钻据此增加送钻速度。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN200810056832XA CN101492996B (zh) | 2008-01-25 | 2008-01-25 | 一种控制石油钻机顶驱装置转速扭矩的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN200810056832XA CN101492996B (zh) | 2008-01-25 | 2008-01-25 | 一种控制石油钻机顶驱装置转速扭矩的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101492996A CN101492996A (zh) | 2009-07-29 |
CN101492996B true CN101492996B (zh) | 2011-05-25 |
Family
ID=40923772
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN200810056832XA Active CN101492996B (zh) | 2008-01-25 | 2008-01-25 | 一种控制石油钻机顶驱装置转速扭矩的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN101492996B (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106837295B (zh) * | 2017-01-25 | 2020-04-07 | 河南理工大学 | 智能化安全高效钻进自动控制系统及控制方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA2118608C (en) * | 1993-07-20 | 1996-03-19 | Robert M. Tessari | Portable top drive assembly |
CN1601045A (zh) * | 2003-09-24 | 2005-03-30 | 包尔机械有限公司 | 用于将钻探件引入到土壤中的钻进设备和方法 |
KR100620340B1 (ko) * | 2003-12-23 | 2006-09-13 | 바우어 머쉬넨 게엠베하 | 땅속에 드릴 구조를 도입하기 위한 드릴 장치 및 방법 |
CN2923970Y (zh) * | 2005-12-06 | 2007-07-18 | 中国石油天然气集团公司 | 新型动力头 |
CN2937438Y (zh) * | 2006-08-25 | 2007-08-22 | 连云港黄海机械厂 | 一种岩芯钻机 |
-
2008
- 2008-01-25 CN CN200810056832XA patent/CN101492996B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA2118608C (en) * | 1993-07-20 | 1996-03-19 | Robert M. Tessari | Portable top drive assembly |
CN1601045A (zh) * | 2003-09-24 | 2005-03-30 | 包尔机械有限公司 | 用于将钻探件引入到土壤中的钻进设备和方法 |
KR100620340B1 (ko) * | 2003-12-23 | 2006-09-13 | 바우어 머쉬넨 게엠베하 | 땅속에 드릴 구조를 도입하기 위한 드릴 장치 및 방법 |
CN2923970Y (zh) * | 2005-12-06 | 2007-07-18 | 中国石油天然气集团公司 | 新型动力头 |
CN2937438Y (zh) * | 2006-08-25 | 2007-08-22 | 连云港黄海机械厂 | 一种岩芯钻机 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101492996A (zh) | 2009-07-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107651521B (zh) | 一种基于主轴测点应变的矿井提升系统健康状态监测方法 | |
CN101566059B (zh) | 广适应的新型自动送钻装置 | |
CN104879114A (zh) | 钻井安全监控与防护装置及其智能防护系统 | |
CN104373120A (zh) | 一种测井钻进式井壁取心器的控制系统及控制方法 | |
CN104131806A (zh) | 交流变频恒功率自动送钻系统 | |
CN101492996B (zh) | 一种控制石油钻机顶驱装置转速扭矩的方法 | |
CN111456666A (zh) | 一种软泵压智能划眼自控方法及系统 | |
CN114308416A (zh) | 卧螺式离心机智能控制装置及方法 | |
CN107902577A (zh) | 一种保护石油钻机提升系统钢丝绳的控制系统及方法 | |
CN101625543B (zh) | 工程机械的控制系统、工程机械和工程机械的控制方法 | |
CN109179239A (zh) | 一种液压测井绞车系统 | |
CN202968487U (zh) | 延迟焦化装置水力除焦的钢丝绳张力检测系统 | |
CN110821431A (zh) | 一种测井绞车自动控制运行的方法 | |
CN117049374B (zh) | 一种工程机械用智能遥控器 | |
CN104525352B (zh) | 一种矿用破碎机抗共振的方法 | |
CN203756485U (zh) | 泥浆泵憋泵自动停泵装置 | |
CN102267673B (zh) | 一种测井绞车电传动控制系统及方法 | |
CN115163032B (zh) | 一种深钻孔侧壁取芯智能钻机控制系统及方法 | |
CN205387916U (zh) | 一种动力钳监控系统 | |
CN112502689A (zh) | 一种变频钻机多模式自动送钻系统及其控制方法 | |
CN204371154U (zh) | 一种石油钻机上用的井口上卸扣装置 | |
CN103410498A (zh) | 智能岩芯钻机 | |
CN104386584B (zh) | 一种起重设备的动力控制方法、动力控制系统 | |
CN115800627B (zh) | 一种电机动力传动装置 | |
RU2013531C1 (ru) | Регулятор подачи бурового инструмента |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |