CN103132983A

CN103132983A - 石油钻机自动送钻控制系统

Info

Publication number: CN103132983A
Application number: CN 201110445302
Authority: CN
Inventors: 杨亚军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2013-06-05

Abstract

本发明公开了一种石油钻机自动送钻控制系统，主要由设置在绞车和钻具之间的拉力传感器、以及设置在滚筒与绞车之间的速度传感器构成，所述拉力传感器连接有钻压调节器，速度传感器连接有速度调节器，所述钻压调节器和速度调节器与送钻电机相连，且送钻电机通过链传动与滚筒相连。本发明通过速度反馈和压力反馈的双闭环控制，实现了自动化控制、操作简单、方便、迅速省力、可以在远距离进行准确的控制，速度反馈的引入提高了系统的钻速的稳定性。

Description

石油钻机自动送钻控制系统

技术领域

本发明涉及一种石油钻机自动送钻控制系统。

背景技术

石油钻机随着钻井方法、钻井工艺的出现而产生，又随着钻井技术的发展而发生相应变化。进入21世纪以来，石油钻机自动化、数字化、智能化、信息化水平快速发展。钻机整体向着交流变频调速电驱动石油钻机(AC-GTO-AC)方向发展。随着交流变频技术的迅速发展，交流变频电驱动钻机会取代可控硅直流电驱动钻机，该型钻机具有现代机械驱动钻机和直流电驱动钻机无可比拟的优越性能，将成为陆地和石油钻机的换代产品。

石油钻机是指用来进行石油与天然气勘探、开发的成套钻井设备。一般说来，整套钻机由下述八大系统设备组成：

1.旋转系统设备

为了转动井中钻具，带动钻头破碎岩石，钻机配备了旋转系统。它主要由转盘、水龙头、钻杆柱及钻头组成。另外，水龙头、钻杆柱和钻头也起着循环高压钻井液的作用。转盘是旋转系统的核心，是钻机的三大工作机组之一。顶部驱动钻机配备了顶部驱动钻井装置，代替转盘驱动钻杆柱和钻头旋转。

2.循环系统设备

为了及时清洗井底、携带岩屑、保护井壁，钻机配备了钻井液循环系统。主要有钻井泵、地面高压管汇、钻井液净化设备和钻井液调配装置(固控设备)等。当采用井下动力钻具钻进时，循环系统还担负着提供高压钻井液，驱动井下涡轮钻具或螺杆钻具带动钻头破碎岩石的任务。钻井泵是循环系统的核心，是钻机的三大工作机组之一。

3.起升系统设备

为了起下钻具、下套管、控制钻压及钻头送进等，钻机配备了起升系统，以辅助完成钻井作业。这套设备主要由钻井绞车、辅助刹车、游动系统(如钢丝绳、天车、游动滑车)、大钩和井架组成。另外，还有用于起下操作的井口工具及机械化设备(如吊环、吊卡、卡瓦、动力大钳、立根移运机构等)。绞车是起升系统的核心，是钻机的三大工作机之一。

上述三大系统设备是直接服务于钻井生产的，是钻机的三大工作系统。绞车、转盘、钻井泵称为钻机的三大工作机组。

4.动力驱动系统设备

动力驱动系统设备是指为整套机组(三大工作机组及其他辅助机组)提供能量的设备，可以是柴油机及其供油设备，或是交流、直流电动机及其供电、保护、控制设备等。

5.传动系统设备

传动系统设备是指连接动力机与工作机，实现从驱动设备到工作机组的能量传递、分配及运动方式转换的设备。它包括减速、并车、倒车及变速机构等。钻机中常用的机械传动副主要是链条、三角胶带、齿轮和万向轴。此外，不少钻机还采用了液力传动、液压传动、电传动等传动形式。

6.控制系统和监测显示仪表

为了指挥、控制各机组协调地进行工作，整套钻机配备有各种控制装置，常用的有机械控制、气控制、电控制、液控制和电、气、液混合控制。机械驱动钻机，普遍采用集中统一气控制。现代钻机还配备各种钻井仪表及随钻测量系统，监测显示地面有关系统设备的工作状况，测量井下参数，实现井眼轨迹控制。

7.钻机底座

底座包括钻台底座和机房底座，用于安装钻井设备，方便钻井设备的移运。钻台底座用于安装井架、转盘，放置立根盒及必要的井口工具和司钻控制台，多数还要安装绞车。钻台底座应能容纳必要的井口装置，因此，必须有足够的高度、面积和刚性。机房底座主要用于安装动力机组及传动系统设备，因此，也要有足够的面积和刚性，以保证机房设备能够迅速安装找正、平稳工作且移运方便。

8.辅助设备

成套钻机还必须具有供气设备、辅助发电设备、井口防喷设备、钻鼠洞设备及辅助起重设备，在寒冷地带钻井时还必须配备保温设备。

石油钻机的型式多样，可分为：驱动型式、传动型式、移运方式。

按驱动型式分为：柴油机驱动、电驱动、液压驱动。其中电驱动又分为：交流电驱动、直流电驱动、交流变频电驱动。

按传动型式分为：链条传动、V带传动、齿轮传动。

按移运方式分为：块装式、自行式、拖挂式。

40多年来，我国石油钻机经历了仿制、引进消化、吸收的过程，现已进入以自主开发为主的阶段。近10年来，我国石油钻机技术得到最为快速的发展，制造能力得到极大提高。我国钻机制造厂制造的各种钻机已基本满足我国石油勘探开发工作自身的需要，先后开发了适于陆地、沙漠及海洋作业的石油钻机，传动技术已发展到机械传动、直流电传动、交流变频电传动及机、电复合传动并举。我国已形成年制造钻机200台的能力，已成为全球最大钻机制造国。我国石油钻机技术及制造能力的发展为我国石油工业实施低成本战略，参与国际市场竞争及保证我国石油安全奠定了良好的基础。

现代石油钻机是由多工作机组成的完整的系统。在工作过程中，根据钻井工艺的需要，各工作机按一定的顺序和规律运动，为此，必须由控制系统来保证。一个灵敏、准确、可靠安全的控制系统可使钻机处于最佳运动状态，并获得较好的经济效益。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种石油钻机自动送钻控制系统，该石油钻机自动送钻控制系统通过速度反馈和压力反馈的双闭环控制，实现了自动化控制、操作简单、方便、迅速省力、可以在远距离进行准确的控制，速度反馈的引入提高了系统的钻速的稳定性。

本发明的目的通过下述技术方案实现：石油钻机自动送钻控制系统，主要由设置在绞车和钻具之间的拉力传感器、以及设置在滚筒与绞车之间的速度传感器构成，所述拉力传感器连接有钻压调节器，速度传感器连接有速度调节器，所述钻压调节器和速度调节器与送钻电机相连，且送钻电机通过链传动与滚筒相连。

所述拉力传感器通过A/D变换器与钻压调节器相连。

所述速度传感器通过标度变化变送器与速度调节器相连。

所述钻压调节器和速度调节器与送钻电机之间通过变频器相连。

所述拉力传感器连接有快绳，且该快绳的另一端设置在绞车和钻具之间。

综上所述，本发明的有益效果是：通过速度反馈和压力反馈的双闭环控制，实现了自动化控制、操作简单、方便、迅速省力、可以在远距离进行准确的控制，速度反馈的引入提高了系统的钻速的稳定性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。

实施例：

本发明涉及的石油钻机自动送钻控制系统如图1所示，主要由设置在绞车和钻具之间的拉力传感器、以及设置在滚筒与绞车之间的速度传感器构成，所述拉力传感器连接有钻压调节器，速度传感器连接有速度调节器，所述钻压调节器和速度调节器与送钻电机相连，且送钻电机通过链传动与滚筒相连。

所述拉力传感器通过A/D变换器与钻压调节器相连。

所述速度传感器通过标度变化变送器与速度调节器相连。

本发明的控制过程为：压力传感器将死绳张力传感器送来的液压力变为电信号，并与PLC模拟输入口相连。PLC对其进行A/D采样，并将其进行标度变换后与给定钻压比较，比较后的偏差进入钻压调节器，调节器输出的转速信号与实际钻速比较形成新的偏差，给钻速调节器提供输入信号。转速调节器直接与变频器相连，驱动电机转动，带动绞车与钻具移动，而钻具的移动作用于负载油缸，引起了钻压的变化，从而改变了快绳拉力。也就是说快绳拉力直接反映了钻压的大小。

为了模拟钻进过程，系统设计有加载油缸。加载油缸可以对钻压施加扰动，观察系统的反应能力，研究钻进控制规律。实际钻进过程中，钻压一定时钻速也是一定的。为此在实验钻机进行模拟时，为了保证在钻进时恒钻压，加载油缸应以与钻进速度成某种关系的特定流量运行。打破这种关系就完成了扰动的添加，当流量大于这一特定流量时钻压增加，反之钻压减小。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.石油钻机自动送钻控制系统，其特征在于，主要由设置在绞车和钻具之间的拉力传感器、以及设置在滚筒与绞车之间的速度传感器构成，所述拉力传感器连接有钻压调节器，速度传感器连接有速度调节器，所述钻压调节器和速度调节器与送钻电机相连，且送钻电机通过链传动与滚筒相连。

2.根据权利要求1所述的石油钻机自动送钻控制系统，其特征在于，所述拉力传感器通过A/D变换器与钻压调节器相连。

3.根据权利要求1所述的石油钻机自动送钻控制系统，其特征在于，所述速度传感器通过标度变化变送器与速度调节器相连。

4.根据权利要求1所述的石油钻机自动送钻控制系统，其特征在于，所述钻压调节器和速度调节器与送钻电机之间通过变频器相连。

5.根据权利要求1所述的石油钻机自动送钻控制系统，其特征在于，所述拉力传感器连接有快绳，且该快绳的另一端设置在绞车和钻具之间。