CN111677718B - 一种适用于旋转导向系统的液压缸单元异常检测处置方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于旋转导向系统的液压缸单元异常检测处置方法，涉及油井钻井随钻设备技术领域。本发明选用带状态反馈的阀门，并在管线上加装压力计，翼肋处加装位移传感器，液压系统中若阀门处于打开状态，则前后两端压力计读数应一致，同时位移传感器应检测翼肋移动到设定距离，若任一一处检测数据异常，系统则可自动报警故障部位。液压单元前端增加短路/断路检测，若出现异常，自动切断液压单元与旋转导向的电路连接，防止系统电压被拉低。本发明可以很好的检测和识别液压缸单元的异常状况，并针对液压缸单元异常情况进行处置，对液压缸单元进行保护，确保液压缸单元的稳定工作。

Description

一种适用于旋转导向系统的液压缸单元异常检测处置方法
技术领域
本发明涉及油井钻井随钻设备技术领域，更具体地说涉及一种适用于旋转导向系统的液压缸单元异常检测处置方法。
背景技术
旋转导向钻井技术是20世纪90年代发展起来的一项尖端自动化钻井新技术，代表了目前世界最先进的钻井新技术。旋转导向系统能够在高难度条件下完成钻井作业，它的出现将使钻井行业发生一次革命性的进步。国外的钻井实践证明，在高难度井、水平井、大位移井、大斜度井、三维多目标井中推广应用旋转导向钻井技术，既提高了钻井的速度，也减少了钻井事故，从而减低了钻井成本。
旋转导向系统中的液压单元包含三个组成部分，各自的电控模块缺少诊断和保护功能，在任一模块出现异常情况时，就会导致系统无法正常工作。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种适用于旋转导向系统的液压缸单元异常检测处置方法，本发明的发明目的在于解决现有技术中液压单元各自的电控模块缺陷诊断和保护功能的问题，本发明选用带状态反馈的阀门，并在管线上加装压力计，翼肋处加装位移传感器，液压系统中若阀门处于打开状态，则前后两端压力计读数应一致，同时位移传感器应检测翼肋移动到设定距离，若任一一处检测数据异常，系统则可自动报警故障部位。液压单元前端增加短路/断路检测，若出现异常，自动切断液压单元与旋转导向的电路连接，防止系统电压被拉低。本发明可以很好的检测和识别液压缸单元的异常状况，并针对液压缸单元异常情况进行处置，对液压缸单元进行保护，确保液压缸单元的稳定工作。
一种适用于旋转导向系统的液压缸单元异常检测处置方法，其特征在于：包括以下步骤：
异常状态检测步骤：当液压单元中油路的阀门处于打开状态时，液压单元监测模块采集阀门前后两端的压力值，同时采集翼肋的伸出位移值，判断阀门前后两端的压力值是否一致，翼肋的伸出位置是否达到设定位置；若阀门前后两端的压力值不一致或翼肋的伸出没有达到设定位置，则判定为系统异常，将异常部位反馈至旋转导向系统且进行故障报警；
故障处置步骤：液压单元出现异常时，液压单元监测模块切断液压单元上异常位置处的供电，并打开翼肋限位机构，将该翼肋的打开位置固定；根据该翼肋的伸出位移值，调整另外两个翼肋的伸出量和施加力，使得旋转导向的指向合力不变，旋转导向系统继续作业；旋转导向作业结束后，取消故障翼肋的限位，翼肋自动回位。
旋转导向系统导向力的合成与分解：
通过调节作用在三个翼肋上的力的大小，可以准确的调节旋转系统导向力的大小和方向，以改变其受力变形状态，从而影响到施加到钻头上的变井斜力和变方位力大小，进而达到影响轴向和径向的钻进速度，以改变井斜角和方位角。
为了方便分析，将导向力简化成集中力Q。导向力的合成及分解过程如下：
步骤(1)，以三个翼肋的中心为原点，建立一XYZ三维坐标轴，为简化计算，建立的坐标系可将三个翼肋的作用力分别映射在XOY,XOZ,YOZ三个平面，所需导向合力大小及方向Q是定值；
步骤(2)，得到导向力在XYZ三轴的分力大小及方向：
Qx＝Q×cosx；
Qy＝Q×cosy；
Qz＝Q×cosz；
步骤(3)，将各个翼肋的作用力参照上述步骤(2)中的等式，分解到坐标系轴线上，依据各轴线上的合力大小与方向与步骤(2)中导向力在各轴向上的分量相同的规则，完成三个翼肋作用力大小的计算。
步骤(4)根据计算出的各翼肋作用力大小，调节液压的输出位置，持续稳定提供需求的作用力；
步骤(5)若单个翼肋损坏时，损坏翼肋设定机械限位，将该翼肋的液压限位，使得作用力不可调，为F，调整另外2个翼肋的作用力大小，使得在各轴向的合力不变，以此保证导向合力的稳定。
所述切断液压单元异常位置处的供电，具体是指，在液压单元的供电模块中增加短路/断路保护电路，当液压单元出现异常时，短路/断路保护电路自动切断供电模块向异常处的供电。
阀门前后两端的压力值的采集，是通过在阀门前后两端的管线中安装的压力计进行采集的。
翼肋的伸出位移值是通过翼肋处安装的位移传感器采集得到的。
与现有技术相比，本发明所带来的有益的技术效果表现在：
本发明可以对液压单元的异常状态进行检测，在检测到异常状态时，可以对翼肋进行调整，使得旋转导向的指向合力不变，不影响旋转导向系统继续作业；液压单元前端增加短路/断路检测，若出现异常，自动切断液压单元与旋转导向的电路连接，防止系统电压被拉低。
附图说明
图1为本发明液压缸单元的结构示意图；
图2为本发明异常翼肋调节算法流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明的技术方案作出进一步详细地阐述。
实施例1
作为本发明一较佳实施例，参照说明书附图1，本实施例公开了：
一种适用于旋转导向系统的液压缸单元异常检测处置方法，包括以下步骤：
异常状态检测步骤：当液压单元中油路的阀门处于打开状态时，采集阀门前后两端的压力值，同时采集翼肋的伸出位移值，判断阀门前后两端的压力值是否一致，翼肋的伸出位置是否达到设定位置；若阀门前后两端的压力值不一致或翼肋的伸出没有达到设定位置，则判定为系统异常，将异常部位反馈至旋转导向系统且进行故障报警；
故障处置步骤：液压单元出现异常时，切断液压单元上异常位置处的供电，并打开翼肋限位机构，将该翼肋的打开位置固定；根据该翼肋的伸出位移值，调整另外两个翼肋的伸出量和施加力，使得旋转导向的指向合力不变，旋转导向系统继续作业；旋转导向作业结束后，取消故障翼肋的限位，翼肋自动回位。
旋转导向系统导向力的合成与分解：
通过调节作用在三个翼肋上的力的大小，可以准确的调节旋转系统导向力的大小和方向，以改变其受力变形状态，从而影响到施加到钻头上的变井斜力和变方位力大小，进而达到影响轴向和径向的钻进速度，以改变井斜角和方位角。
为了方便分析，将导向力简化成集中力Q。导向力的合成及分解过程如下：
步骤(1)，以三个翼肋的中心为原点，建立一XYZ三维坐标轴，为简化计算，建立的坐标系可将三个翼肋的作用力分别映射在XOY,XOZ,YOZ三个平面，所需导向合力大小及方向Q是定值；
步骤(2)，得到导向力在XYZ三轴的分力大小及方向：
Qx＝Q×cosx；
Qy＝Q×cosy；
Qz＝Q×cosz；
步骤(3)，将各个翼肋的作用力参照上述步骤(2)中的等式，分解到坐标系轴线上，依据各轴线上的合力大小与方向与步骤(2)中导向力在各轴向上的分量相同的规则，完成三个翼肋作用力大小的计算。
步骤(4)根据计算出的各翼肋作用力大小，调节液压的输出位置，持续稳定提供需求的作用力；
步骤(5)若单个翼肋损坏时，损坏翼肋设定机械限位，将该翼肋的液压限位，使得作用力不可调，为F，调整另外2个翼肋的作用力大小，使得在各轴向的合力不变，以此保证导向合力的稳定。
实施例2
作为本发明又一较佳实施例，参照说明书附图1，本实施例公开了：一种适用于旋转导向系统的液压缸单元异常检测处置方法，包括以下步骤：
异常状态检测步骤：当液压单元中油路的阀门处于打开状态时，采集阀门前后两端的压力值，同时采集翼肋的伸出位移值，判断阀门前后两端的压力值是否一致，翼肋的伸出位置是否达到设定位置；若阀门前后两端的压力值不一致或翼肋的伸出没有达到设定位置，则判定为系统异常，将异常部位反馈至旋转导向系统且进行故障报警；
故障处置步骤：液压单元出现异常时，切断液压单元上异常位置处的供电，并打开翼肋限位机构，将该翼肋的打开位置固定；根据该翼肋的伸出位移值，调整另外两个翼肋的伸出量和施加力，使得旋转导向的指向合力不变，旋转导向系统继续作业；旋转导向作业结束后，取消故障翼肋的限位，翼肋自动回位。所述切断液压单元异常位置处的供电，具体是指，在液压单元的供电模块中增加短路/断路保护电路，当液压单元出现异常时，短路/断路保护电路自动切断供电模块向异常处的供电。
旋转导向系统导向力的合成与分解：
通过调节作用在三个翼肋上的力的大小，可以准确的调节旋转系统导向力的大小和方向，以改变其受力变形状态，从而影响到施加到钻头上的变井斜力和变方位力大小，进而达到影响轴向和径向的钻进速度，以改变井斜角和方位角。
为了方便分析，将导向力简化成集中力Q。导向力的合成及分解过程如下：
步骤(1)，以三个翼肋的中心为原点，建立一XYZ三维坐标轴，为简化计算，建立的坐标系可将三个翼肋的作用力分别映射在XOY,XOZ,YOZ三个平面，所需导向合力大小及方向Q是定值；
步骤(2)，得到导向力在XYZ三轴的分力大小及方向：
Qx＝Q×cosx；
Qy＝Q×cosy；
Qz＝Q×cosz；
步骤(3)，将各个翼肋的作用力参照上述步骤(2)中的等式，分解到坐标系轴线上，依据各轴线上的合力大小与方向与步骤(2)中导向力在各轴向上的分量相同的规则，完成三个翼肋作用力大小的计算。
步骤(4)根据计算出的各翼肋作用力大小，调节液压的输出位置，持续稳定提供需求的作用力；
步骤(5)若单个翼肋损坏时，损坏翼肋设定机械限位，将该翼肋的液压限位，使得作用力不可调，为F，调整另外2个翼肋的作用力大小，使得在各轴向的合力不变，以此保证导向合力的稳定。
实施例3
作为本发明又一较佳实施例，参照说明书附图1，本实施例公开了：
翼肋由液压系统驱动，液压系统中的油路由阀门进行控制。因此，阀门选用带状态反馈的阀门，管线上加装压力计，翼肋处加装位移传感器，液压系统中若阀门处于打开状态，则前后两端压力计读数应一致，同时位移传感器应检测翼肋移动到设定距离，若任一一处检测数据异常，系统则可自动报警故障部位。液压单元前端增加短路/断路检测，若出现异常，自动切断液压单元与旋转导向的电路连接，防止系统电压被拉低。
液压单元电路制定保护措施的同时，对翼肋的调节方法做出来进一步优化。
①液压单元异常时，自动切断电路系统对此处的供电，并打开翼肋限位机构，将该翼肋的打开位置固定；
②进入异常翼肋调节算法，通过调整另外两个完整翼肋的伸出量和施加力，保证旋转导向的指向合力不变，进而实现翼肋异常时，旋转导向仍可继续工作。
③旋转导向作业结束后，异常翼肋的限位取消，翼肋失去能量，自动回位。
旋转导向系统导向力的合成与分解：
通过调节作用在三个翼肋上的力的大小，可以准确的调节旋转系统导向力的大小和方向，以改变其受力变形状态，从而影响到施加到钻头上的变井斜力和变方位力大小，进而达到影响轴向和径向的钻进速度，以改变井斜角和方位角。
为了方便分析，将导向力简化成集中力Q。导向力的合成及分解过程如下：如图2所示，
步骤(1)，以三个翼肋的中心为原点，建立一XYZ三维坐标轴，为简化计算，建立的坐标系可将三个翼肋的作用力分别映射在XOY,XOZ,YOZ三个平面，所需导向合力大小及方向Q是定值；
步骤(2)，得到导向力在XYZ三轴的分力大小及方向：
Qx＝Q×cosx；
Qy＝Q×cosy；
Qz＝Q×cosz；
步骤(3)，将各个翼肋的作用力参照上述步骤(2)中的等式，分解到坐标系轴线上，依据各轴线上的合力大小与方向与步骤(2)中导向力在各轴向上的分量相同的规则，完成三个翼肋作用力大小的计算。
步骤(4)根据计算出的各翼肋作用力大小，调节液压的输出位置，持续稳定提供需求的作用力；
步骤(5)若单个翼肋损坏时，损坏翼肋设定机械限位，将该翼肋的液压限位，使得作用力不可调，为F，调整另外2个翼肋的作用力大小，使得在各轴向的合力不变，以此保证导向合力的稳定。
即若翼肋异常，则启动机械限位，固定输出作用力F，计算各轴向上的力分量，计算与需求的导向合理在各轴向上分量的差值，以轴向力的差值合成2个正常翼肋作用力，调整2个正常翼肋的工作状态。

Claims (5)

1.一种适用于旋转导向系统的液压缸单元异常检测处置方法，其特征在于：包括以下步骤：
异常状态检测步骤：当液压单元中油路的阀门处于打开状态时，采集阀门前后两端的压力值，同时采集翼肋的伸出位移值，判断阀门前后两端的压力值是否一致，翼肋的伸出位置是否达到设定位置；若阀门前后两端的压力值不一致或翼肋的伸出没有达到设定位置，则判定为系统异常，将异常部位反馈至旋转导向系统且进行故障报警；
故障处置步骤：液压单元出现异常时，切断液压单元上异常位置处的供电，并打开翼肋限位机构，将该翼肋的打开位置固定；根据该翼肋的伸出位移值，调整另外两个翼肋的伸出量和施加力，使得旋转导向的指向合力不变，旋转导向系统继续作业；旋转导向作业结束后，取消故障翼肋的限位，翼肋自动回位。
2.如权利要求1所述的一种适用于旋转导向系统的液压缸单元异常检测处置方法，其特征在于：根据该翼肋的伸出位移值，调整另外两个翼肋的伸出量和施加力，具体是指，启动机械限位，固定异常翼肋的输出作用力F，计算各轴向上的力分量，计算与需求的导向合力 在各轴向上分量的差值，以轴向力的差值合成2个正常翼肋作用力，调整2个正常翼肋的工作状态。
3.如权利要求1所述的一种适用于旋转导向系统的液压缸单元异常检测处置方法，其特征在于：所述切断液压单元异常位置处的供电，具体是指，在液压单元的供电模块中增加短路/断路保护电路，当液压单元出现异常时，短路/断路保护电路自动切断供电模块向异常处的供电。
4.如权利要求1所述的一种适用于旋转导向系统的液压缸单元异常检测处置方法，其特征在于：阀门前后两端的压力值的采集，是通过在阀门前后两端的管线中安装的压力计进行采集的。
5.如权利要求1所述的一种适用于旋转导向系统的液压缸单元异常检测处置方法，其特征在于：翼肋的伸出位移值是通过翼肋处安装的位移传感器采集得到的。
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