CN113187461B - 钻井牵引机器人速度测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钻井机器人速度测量方法，方法为：S1：在地面组装钻进牵引机器人，电脑将传感器A和传感器B采集的数据校零；S2：在电脑中输入钻压FP；S3：将钻进牵引机器人放入井下，开始进行钻进，当压力检测装置D检测到接触井底；S4：电脑开始记录位移传感器A、位移传感器B的数据；S5：电脑对位移传感器A、位移传感器B的数据进行滤波；S6：电脑对位移传感器A、位移传感器B的数据滤波后的数据进行处理并求导，得到速度；S7：起钻，从电脑中提取速度及位移数据。本发明方式简单，误差小，成本低。基于钻井机器人速度测量方法，可实现钻井机器人的速度的即时测量、即时反馈，可为钻井机器人自动钻进提供数据参考。
Description
技术领域
本发明涉及井下机器人领域，尤其涉及钻井牵引机器人速度测试方法。
背景技术
为了提高页岩气等非常规油气开采的综合经济效益，大位移水平井越来越受到国内外的青睐。因此，开展长水平段钻井高效安全快速建井技术研究，对缓解我国能源供需矛盾、促进经济社会科学发展具有重大战略意义。然而，随着水平井水平段位移的增加，钻柱摩阻增大，钻柱极易“托压”，导致钻压加载异常困难，显著增加了建井周期，降低了油气开发的综合经济效益，阻碍了页岩气等非常规油气的长效开发。利用井下机器人对钻柱进行牵引，可有效解决摩阻过大的问题，同时能为钻头提供破岩的钻压，可实现智能闭环钻进。
目前发明了CN201380006327.3、CN201780047640.X；
专利CN201380006327.3采用基于钻台钻井数据和顶驱钻井数据完成对钻井速度的计算，虽然对传感器密封条件要求低，数据易获取，装置简单，但只能间接推算，无法直接获取准确数据；
专利CN201780047640.X采用通过旋转顶端驱动速度和顶端驱动速度，并根据井眼钻井设备的阻尼特性，计算井下速度和井下转矩，虽然易于实现，但仍基于理论与公式，存在较大的误差，且具有延时性。
这2项专利仅通过地面旋转系统的数据间接测量井下钻井速率，无法获得直接、即时的钻进位移及速度数据，无法即时完成对井下钻进机器人进行即时的数据传输和反馈。
目前，钻井机器人依然停留在理论研究方面，尚未见现场试验或应用的报道。其中，钻井机器人的自动化和智能化尚未得到有效突破。而机器人对钻进信息的获取是钻井机器人实现自动化、智能化最重要、最直接的方法。在钻井机器人钻进速度测量方面：尚未存在实现在井下随钻进行的可靠、即时的测量方法。在钻井机器人速度自动控制中，速度的获取、调整、反馈直接决定钻井机器人的自动化、智能化的重要条件。现有钻井机器人无法为钻进机器人的速度自动控制提供实验数据支撑，这是导致目前钻井机器人无法实现速度的自动控制的重要原因。因此，有必要发明可开展钻井机器人速度测量的方法，为钻进机器人实现自动化提供数据参考，进而促进钻井机器人应用，推动页岩气等非常规油气开采。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供钻井牵引机器人速度测试方法。
钻井牵引机器人速度测试方法，包括以下步骤：
S1：将钻井牵引机器人(18)在地面组装完毕并完成测试，电脑 (17)将传感器A(5)和传感器B(11)采集的数据校零；
S2：在电脑(17)中输入钻压FP；
S3：将钻井牵引机器人(18)放入井下，开始进行钻井，当压力检测装置D检测到接触井底；
S4：电脑(17)开始记录位移传感器A(5)的数据(LA1、LA2、 LA3)、位移传感器B(11)的数据(LB1、LB2、LB3)；
S5：电脑(17)对位移传感器A(5)的数据(LA1、LA2、LA3)、位移传感器B(11)的数据(LB1、LB2、LB3)进行滤波；
S6：电脑(17)对位移传感器A(5)的数据(LA1、LA2、LA3)、位移传感器B(11)的数据(LB1、LB2、LB3)滤波后的数据进行处理并求导，得到速度VtA、VtB；
S7：钻井完成后，起钻，从电脑(17)中提取速度及位移数据。
S31：压力检测装置D安装在钻头(21)后部，与钻头(21)固连的部分；
S32：当压力检测装置D采集的压力数据持续高于某一设定值时，则认为钻头(21)到达井底、开始进行钻井，即向电脑(17)传输信号；
S41：位移传感器A(5)、位移传感器B(11)各有三个安装在以通孔(404)轴向对称位置；
S42：当液压A(3)开始运动，液压A(3)与磁环A(9)连接方式为固连，带动磁环A(9)沿波导管A(7)运动，使得位移传感器A(5)测得钻井机器人A部分的活塞(4)运动位移数据(LA1、 LA2、LA3)；
S43：当液压B(16)开始运动，液压B(16)与磁环B(15)连接方式为固连，带动磁环B(15)沿波导管B(13)运动，使得位移传感器B(11)测得钻井机器人B部分的活塞(10)液压缸位移数据(B1、B2、B3)；
S61：电脑(17)对从位移传感器A(5)输入的三个数据(LA1、 LA2、LA3)进行排序，将排序结果输入公式Lt＝(L1+4L2+L3)/6得到位移数据LtA，传感器B的数据处理方法与位移传感器A(5)相同；
S62：电脑(17)对处理后的位移数据LtA，LtB用插值法进行补插连续函数处理；
S63：电脑(17)对处理后的位移位移传感器A(5)数据LtA，进行求导
得到钻钻井机器人A部分活塞(4)运动速度VtA；
S64：电脑(17)对处理后的位移位移传感器B(11)数据LtB，进行求导
得到钻井机器人B部分活塞(10)液压缸位移速度VtB。
本发明具有以下优点：本发明属于钻井机器人速度测量方法，测量方式简单，误差小，成本低。基于钻井机器人速度测量方法，可实现钻井机器人的速度的即时测量、即时反馈，可为钻井机器人自动钻进提供数据参考，进而促进钻井机器人应用，推动页岩气等非常规油气开采。
附图说明
图1为钻井机器人速度测量系统结构示意图；
图2为抓具平移液压缸结构图，为图1A部分详细结构图；
图3为机器人行进液压缸结构图，为图1B部分详细结构图；
图4为图1和图2中液压缸缸壁安装结构示意图；
图5为钻井机器人速度测量系统原理示意图；
图6为钻井机器人速度测量流程图；
图7为图6中的活塞(4)运动速度VtA与活塞(10)速度VtB计算详细流程图；
图8为计算机(17)排序程序详细流程图。
图中：1-支撑杆，2-限位器，3-液压A，4-液压A活塞，5-位移传感器A，6-密封挡板A，7-波导管A，8-磁环支板A，9-磁环A，10- 液压B活塞，11-位移传感器B，12-密封挡板B，13-波导管B，14-磁环支板B，15-磁环B，16-液压B，101-通孔，102-螺纹孔，103-通孔， 301-安装槽，401-安装圆槽，402-安装孔，403-螺纹孔，404-通孔，601- 通孔，602-安装孔，801-通孔，802-安装孔，803-安装圆槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：
本发明的目的是提供一种钻井机器人速度测量方法，以弥补现有技术的空白。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1～6所示：
步骤1：将钻进牵引机器人在地面组装完毕并完成测试，电脑将传感器A(5)和传感器B(11)采集的数据校零；
步骤2：在电脑(17)中输入钻压FP；
步骤3：将钻进牵引机器人放入井下，开始进行钻进；
步骤4：钻井完成后，起钻，从电脑(17)中提取速度及位移数据。
所述：压力检测装置D应安装在钻头或与钻头固连的位置，确保压力检测装置能检测到钻头到达井底：当压力检测装置D采集的数据持续高于某一设定值时，则认为钻头到达井底、开始进行钻进，即向电脑(17)传输信号；
具体原理为：当液压A(3)开始运动，液压A(3)与磁环A(9) 连接方式为固连，使得磁环A(9)随液压A(3)移动沿波导管A(7) 运动，位移传感器A(5)测得磁环A(9)位移，从而得到钻井机器人A部分的活塞(4)与液压A(3)相对运动位移数据；
与钻井机器人A部分的活塞(4)与液压A(3)相对运动位移数据方法相同，钻井机器人B部分的活塞(10)与液压B(16)相对运动位移数据测取方式为：当液压B(16)开始运动，液压B(16)与磁环B(15)连接方式为固连，使得磁环B(15)随液压B(16)移动沿波导管B(13)运动，位移传感器B(11)测得磁环B(15)位移，从而得到钻井机器人B部分的活塞(10)与液压B(16)相对运动位移数据；
如图7，8所示：为电脑(17)处理位移传感器A(5)、位移传感器B(11)的数据具体流程。
Claims (3)
1.钻井牵引机器人速度测试方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1：将钻井牵引机器人(18)在地面组装完毕并完成测试，电脑(17)将传感器A(5)和传感器B(11)采集的数据校零；
S2：在电脑(17)中输入钻压FP；
S3：将钻井牵引机器人(18)放入井下，开始进行钻井，当压力检测装置D检测到接触井底；
S4：电脑(17)开始记录位移传感器A(5)的数据(LA1、LA2、LA3)、位移传感器B(11)的数据(LB1、LB2、LB3)；
位移传感器A(5)、位移传感器B(11)包括以下特征：
S41：位移传感器A(5)、位移传感器B(11)各有三个安装在以通孔(404)轴向对称位置；
S42：当液压A(3)开始运动，液压A(3)与磁环A(9)连接方式为固连，带动磁环A(9)沿波导管A(7)运动，使得位移传感器A(5)测得钻井机器人A部分的活塞(4)运动位移数据(LA1、LA2、LA3)；
S43：当液压B(16)开始运动，液压B(16)与磁环B(15)连接方式为固连，带动磁环B(15)沿波导管B(13)运动，使得位移传感器B(11)测得钻井机器人B部分的活塞(10)运动位移数据(B1、B2、B3)；
S5：电脑(17)对位移传感器A(5)的数据(LA1、LA2、LA3)、位移传感器B(11)的数据(LB1、LB2、LB3)进行滤波；
S6：电脑(17)对位移传感器A(5)的数据(LA1、LA2、LA3)、位移传感器B(11)的数据(LB1、LB2、LB3)滤波后的数据进行处理并求导，得到速度VtA、VtB；
S7：钻井完成后，起钻，从电脑(17)中提取速度及位移数据。
2.根据权利要求1所述的钻井牵引机器人速度测试方法，其特征在于：压力检测装置D采集过程包括以下步骤：
S31：压力检测装置D安装在钻头(21)后部，与钻头(21)固连的部分；
S32：当压力检测装置D采集的压力数据持续高于某一设定值时，则认为钻头(21)到达井底、开始进行钻井，即向电脑(17)传输信号。
3.根据权利要求1所述的钻井牵引机器人速度测试方法，其特征在于：
S61：电脑(17)对从位移传感器A(5)输入的三个数据(LA1、LA2、LA3)进行排序，将排序结果输入公式Lt＝(L1+4L2+L3)/6得到位移数据LtA，传感器B的数据处理方法与位移传感器A(5)相同；
S62：电脑(17)对处理后的位移数据LtA，LtB用插值法进行补插连续函数处理；
S63：电脑(17)对处理后的位移传感器A(5)数据LtA，进行求导，得到钻井机器人A部分活塞(4)运动速度VtA；
S64：电脑(17)对处理后的位移传感器B(11)数据LtB，进行求导，得到钻井机器人B部分活塞(10)运动速度VtB。
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