CN117759222B - 石油钻机自动送钻控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油钻杆控制技术领域，提供了一种石油钻机自动送钻控制系统，包括：信息接收部；处理部，连接信息接收部，处理部被配置成以预先构建的钻杆对钻头的过盈偏转模型来对信息接收部接收到实时数据集进行过盈偏转预测；判断部，连接处理部，将预测结果与设定基准阈值进行比较，以判断钻杆是否发生过盈偏转，若发生过盈偏转，则以预测结果与设定基准阈值之间的差值来对应地获取过盈偏转角度，根据过盈偏转角度生成用于控制钻头驱动部的控制信号；控制部，连接判断部，控制部基于控制信号来调控钻头驱动部的驱动功率。本申请根据预测的结果判断是否对钻头的驱动功率来进行调控，从而达到调控钻头转动速率以降低过盈偏转。

Description

石油钻机自动送钻控制系统

技术领域

本发明涉及石油钻杆技术领域，特别是涉及一种石油钻机自动送钻控制系统。

背景技术

石油探测和开发过程需要进行钻探工作，传统的钻探基本上采用的都是钻井机械，在长期的钻探作业研究中发现，对于不同的地质，钻头设定的转动速率也是不相同的，一般的，当岩土的硬度较高时，往往需要增大钻头的转动速率，当增大转动速率时，往往也会导致钻杆发生过盈偏转。

除上述的工况以外，当随钻井深度不断地增加时，过大的钻头转动速率也会导致钻杆发生过盈偏转。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种石油钻机自动送钻控制系统。

发明采用的技术方案如下：

石油钻机自动送钻控制系统，包括：

信息接收部，按照设定的接收周期接收钻头随钻井深度和钻头转动速率其中一个或者两个改变时对应得到的实时数据集；

处理部，连接所述信息接收部，所述处理部被配置成以预先构建的钻杆对钻头的过盈偏转模型来对信息接收部接收到实时数据集进行过盈偏转预测，得到预测结果；

判断部，连接所述处理部，将所述预测结果与设定基准阈值进行比较，以判断钻杆是否发生过盈偏转，若发生过盈偏转，则以所述预测结果与设定基准阈值之间的差值来对应地获取过盈偏转角度，根据所述过盈偏转角度生成用于控制钻头驱动部的控制信号；

控制部，连接所述判断部，所述控制部基于所述控制信号来调控钻头驱动部的驱动功率。

进一步地，在每一接收周期内所述实时数据集按照设定信息记录规则来记录钻头随钻井深度和钻头转动速率其中一个或者两个改变时对应的偏转测量装置得到的钻杆相对于转轴轴线的偏转角度。

进一步地，所述设定信息记录规则是在不同的实际工况下所设定的以时间作为标定轴来记录所设定单位量的时间内，所述钻头随钻井深度和钻头转动速率其中一个或者两个改变时对应的偏转测量装置得到的钻杆相对于转轴轴线的偏转角度。

进一步地，所述过盈偏转模型按照如下的方式取得：

获取钻头随钻井深度和钻头转动速率其中一个或者两个改变时对应得到的历史数据集，且所述历史数据集还包括在每一历史数据集下钻杆相对于转轴轴线的偏转角度；

将所述历史数据集和每一历史数据集下钻杆相对于转轴轴线的偏转角度进行人工标注，标注完成后利用神经网络模型进行训练，得到过盈偏转模型。

进一步地，所述历史数据集按照实际工况包括：

在第一工况下，当钻井深度保持在设定范围时，按照设定的单位量逐步改变钻头转动速率时得到的钻杆相对于转轴轴线的第一偏转角度，记为第一数据集合；

和/或，在第二工况下，当钻头转动速率保持恒定时，随钻井深度逐渐发生变化时得到的钻杆相对于转轴轴线的第二偏转角度，记为第二数据集合；

和/或，在第三工况下，当钻头随钻井深度和钻头转动速率都发生改变时，得到的钻杆相对于转轴轴线的第三偏转角度，记为第三数据集合。

进一步地，在进行人工标注时，以历史数据集对应的实际工况进行分类后再进行标注，然后按照分类结果输入至对应的神经网络模型进行训练，得到多个过盈偏转预测模块，多个过盈偏转预测模块组合构成过盈偏转模型。

进一步地，所述处理部具有：

识别模块，用于将实时数据集进行分解，获取实时数据集的变化规律，按照实时数据集的变化规律来对应地得到实时数据集对应的实际工况；

过盈偏转模型，基于实时数据集对应的实际工况以加载对应的过盈偏转预测模块进行预测，得到预测结果。

进一步地，所述识别模块具有：

分解单元，用于将实时数据集按照设定信息记录规则进行分解，得到多个以时间作为标记轴的分解数据单元；

分析单元，用于以时间作为标记轴将多个分解数据单元进行规律分析，得到多个分解数据单元之间的变化规律；

识别单元，根据所述变化规律与多个不同设定工况标注规律进行比较，得到对应的实际工况。

进一步地，所述识别单元下设置有多个设定工况，每一设定工况匹配设置有标注规律。

进一步地，将所述预测结果与设定基准阈值进行比较，以判断钻杆是否发生过盈偏转，若没有发生偏转，则将所述预测结果进行记录，并存储在存储部。

本申请通过以时间作为标定轴来记录随设定单位量的时间变化钻头随钻井深度和钻头转动速率其中一个或者两个改变时对应的偏转测量装置得到的钻杆相对于转轴轴线的偏转角度，根据所述偏转角度利用过盈偏转模型进行过盈偏转预测，得到预测结果；根据预测的结果判断是否对钻头的驱动功率来进行调控，从而达到调控钻头转动速率以降低过盈偏转。

附图说明

以下附图仅对本发明作示意性的说明和解释，并不用于限定本发明的范围，其中：

图1为本发明的系统框架原理图；

图2为本发明中对过盈偏转进行说明的示例图；

图3为本发明中偏转测量装置的安装后的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案、设计方法及优点更加清楚明了，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图2，图2是对本发明中所涉及的过盈偏转进行说明的示例图。在钻井过程中，理想状态下，钻杆1无论是在何种工况下，其对应的转动偏转始终维持在基准线A和基准线B之间，也就是说， 随钻头2钻入深度和钻头2的转动速率任意一个或者两个改变时，钻杆能够始终维持在基准线A和基准线B之间，这样钻井的孔径才会均匀，且不易发生钻探事故。

但是，实际工况条件下，当增大转动速率时， 和/或当随钻井深度不断地增加时，过大的钻头转动速率也会导致钻杆发生过盈偏转；也就钻杆的偏摆超出设定的基准线A和基准线B所圈定的范围，当达到如图2所示的标记线C和标记线D所标定的范围时，此时就形成了过盈偏转，此时钻杆2的偏转幅度就会增大，当钻杆2的偏转幅度过大时，会导致钻井孔径不均匀，且也会导致钻井效率下降，甚至会导致钻井平台由于过盈偏转导致事故发生。

需要说明的是，基准线A和基准线B沿钻杆1的中轴线Z对称设置，标记线C和标记线D也是沿钻杆1的中轴线Z对称设置。

还需要说明的是，本申请中的转轴轴线就是钻杆1的中轴线Z。

参照图3，图3给出了偏转测量装置3的结构示意图，具体的是剖面图，其中，偏转测量装置3包括：圆形框体300，设置在圆形框体300底部的支撑架31，设置在支撑架31下部的底座30，以及设置在圆形框体300内部的至少两个对称的气缸39，在所述气缸39的气缸推杆37上设置有测量机构，所述测量机构包括设置在气缸推杆37上的固定块38，在所述固定块38上设置有限位槽35，在限位槽35内设置有导杆36，导杆36的前半部分安装在伸缩筒34内，且在导杆36的前部固定有弹簧32，所述弹簧32在自然状态下，弹簧32与设置在伸缩筒34筒壁的压力传感器33相抵接；此时压力传感器33得到的压力信号设置为基准信号。且在圆形框体300上设置有采集装置，所述采集装置与所述压力传感器33连接。其中，采集装置利用多通道采集装置，以达到消除信号干扰的目的。

在本申请中，圆形框体300由两个半圆框体组成，两个半圆框体可以通过螺丝进行固定，这样的方式有利于偏转测量装置在钻井平台上的安装。

除此之外，本申请中的支撑架31和底座30可以利用高度可调节的方式（类似于调节支架，本申请对具体的结构不再赘述）。

将上述的测量装置布设在井口，通过支撑架31调平之后，通过所述气缸39将测量机构的伸缩筒34移动到钻杆1的基准线位置，如图2所示的基准线A和基准线B。

在进行工作时，当钻杆1发生过盈偏转时，会碰到伸缩筒34，使得伸缩筒34压缩弹簧32，此时压缩弹簧32会导致与弹簧32相抵接的压力传感器33接收到压力信号（大于基准信号），通过采集装置来采集压力信号得到过盈偏转角度。

在上述中，过盈偏转角度是在匹配库中预先设定的，具体的，通过在外界压力下使得伸缩筒按照设定单位量进行压缩，测得对应的压力传感器的压力信号，将得到的压力信号和对应的伸缩筒的压缩量存储到匹配库，并在匹配库中，根据所述压缩量和钻头的高度计算出过盈偏转角度。

参照图1，本申请提供了一种石油钻机自动送钻控制系统，包括：信息接收部，按照设定的接收周期接收钻头2随钻井深度和转动速率其中一个或者两个改变时对应得到的实时数据集；

处理部，连接所述信息接收部，所述处理部被配置成以预先构建的钻杆1对钻头2的过盈偏转模型来对信息接收部接收到实时数据集进行过盈偏转预测，得到预测结果；

判断部，连接所述处理部，将所述预测结果与设定基准阈值进行比较，以判断钻杆1是否发生过盈偏转，若发生过盈偏转，则以所述预测结果与设定基准阈值之间的差值来对应地获取过盈偏转角度，根据所述过盈偏转角度生成用于控制钻头驱动部的控制信号；

控制部，连接所述判断部，所述控制部基于所述控制信号来调控钻头驱动部的驱动功率。

在一些实施例中，在每一接收周期内所述实时数据集按照设定信息记录规则来记录钻头2随钻井深度和转动速率其中一个或者两个改变时对应的偏转测量装置3得到的钻杆1相对于转轴轴线的偏转角度。其中所述接收周期可以设定为5秒，10秒等等。进一步地，所述设定信息记录规则是在不同的实际工况下所设定的以时间作为标定轴来记录所设定单位量的时间内，所述钻头2随钻井深度和钻头转动速率其中一个或者两个改变时对应的偏转测量装置3得到的钻杆2相对于转轴轴线的偏转角度。

在一些实施例中，实际工况分为三种较为典型的工况条件，分别是：在第一工况下，当钻井深度保持在设定范围时，按照设定的单位量逐步改变钻头转动速率时得到的钻杆1相对于转轴轴线的偏转角度；在第二工况下，当钻头转动速率保持恒定时，随钻井深度逐渐发生变化时得到的钻杆1相对于转轴轴线的偏转角度；在第三工况下，当钻头2随钻井深度和钻头转动速率都发生改变时，得到的钻杆1相对于转轴轴线的偏转角度。

在一些实施例中，所述过盈偏转模型按照如下的方式取得：获取钻头2随钻井深度和钻头转动速率其中一个或者两个改变时对应得到的历史数据集，且所述历史数据集还包括在每一历史数据集下钻杆1相对于转轴轴线的偏转角度；将所述历史数据集和每一历史数据集下钻杆相对于转轴轴线的偏转角度进行人工标注，标注完成后利用神经网络模型进行训练，得到过盈偏转模型。

在一些实施例中，所述历史数据集按照实际工况包括：在第一工况下，当钻井深度保持在设定范围时，按照设定的单位量逐步改变钻头转动速率时得到的钻杆1相对于转轴轴线的第一偏转角度，记为第一数据集合；和/或，在第二工况下，当钻头转动速率保持恒定时，随钻井深度逐渐发生变化时得到的钻杆1相对于转轴轴线的第二偏转角度，记为第二数据集合；和/或，在第三工况下，当钻头2随钻井深度和钻头转动速率都发生改变时，得到的钻杆1相对于转轴轴线的第三偏转角度，记为第三数据集合。

在一些实施例中，在进行人工标注时，以历史数据集对应的实际工况进行分类后再进行标注，然后按照分类结果输入至对应的神经网络模型进行训练，得到多个过盈偏转预测模块，多个过盈偏转预测模块组合构成过盈偏转模型。

在一些实施例中，所述处理部具有：识别模块，用于将实时数据集进行分解，获取实时数据集的变化规律，按照实时数据集的变化规律来对应地得到实时数据集对应的实际工况；过盈偏转模型，基于实时数据集对应的实际工况以加载对应的过盈偏转预测模块进行预测，得到预测结果。

在一些实施例中，所述识别模块具有：分解单元，用于将实时数据集按照设定信息记录规则进行分解，得到多个以时间作为标记轴的分解数据单元；分析单元，用于以时间作为标记轴将多个分解数据单元进行规律分析，得到多个分解数据单元之间的变化规律；识别单元，根据所述变化规律与多个不同设定工况标注规律进行比较，得到对应的实际工况。

在一些实施例中，所述识别单元下设置有多个设定工况，每一设定工况匹配设置有标注规律。具体的包括以下情况，在第一工况下，所述标注规律是钻井深度不变，钻头转动速率随记录时间按照设定的单位量逐步改变，对应的钻杆1相对于转轴轴线的偏转角度也随之变化。在第二工况下，钻头转动速率保持恒定，钻井深度逐渐发生变化，对应的钻杆1相对于转轴轴线的偏转角度也随之变化。在第三工况下，钻头转动速率随记录时间按照设定的单位量逐步改变，钻井深度逐渐发生变化，对应的钻杆1相对于转轴轴线的偏转角度也随之变化。

在一些实施例中，将所述预测结果与设定基准阈值进行比较，以判断钻杆1是否发生过盈偏转，若没有发生偏转，则将所述预测结果进行记录，并存储在存储部，其中，设定基准阈值为根据实际工况设定的钻杆偏转角度阈值。本申请还可以利用记录的多个预测结果进行二次分析，具体地通过判断多个连续周期的预测结果的变化趋势来判断钻杆是否趋于发生过盈偏转的问题。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其他普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (5)

1.石油钻机自动送钻控制系统，其特征在于，包括：

信息接收部，按照设定的接收周期接收钻头随钻井深度和钻头转动速率其中一个或者两个改变时对应得到的实时数据集；

处理部，连接所述信息接收部，所述处理部被配置成以预先构建的钻杆对钻头的过盈偏转模型来对信息接收部接收到实时数据集进行过盈偏转预测，得到预测结果；

判断部，连接所述处理部，将所述预测结果与设定基准阈值进行比较，以判断钻杆是否发生过盈偏转，若发生过盈偏转，则以所述预测结果与设定基准阈值之间的差值来对应地获取过盈偏转角度，根据所述过盈偏转角度生成用于控制钻头驱动部的控制信号；

控制部，连接所述判断部，所述控制部基于所述控制信号来调控钻头驱动部的驱动功率；

在每一接收周期内所述实时数据集按照设定信息记录规则来记录钻头随钻井深度和钻头转动速率其中一个或者两个改变时对应的偏转测量装置得到的钻杆相对于转轴轴线的偏转角度；

所述设定信息记录规则为：

在不同的实际工况下所设定的以时间作为标定轴来记录所设定单位量的时间内，所述钻头随钻井深度和钻头转动速率其中一个或者两个改变时对应的偏转测量装置得到的钻杆相对于转轴轴线的偏转角度；

所述过盈偏转模型按照如下的方式取得：

获取钻头随钻井深度和钻头转动速率其中一个或者两个改变时对应得到的历史数据集，且所述历史数据集还包括在每一历史数据集下钻杆相对于转轴轴线的偏转角度；

将所述历史数据集和每一历史数据集下钻杆相对于转轴轴线的偏转角度进行人工标注，标注完成后利用神经网络模型进行训练，得到过盈偏转模型；

所述历史数据集按照实际工况包括：

在第一工况下，当钻井深度保持在设定范围时，按照设定的单位量逐步改变钻头转动速率时得到的钻杆相对于转轴轴线的第一偏转角度，记为第一数据集合；

和/或，在第二工况下，当钻头转动速率保持恒定时，随钻井深度逐渐发生变化时得到的钻杆相对于转轴轴线的第二偏转角度，记为第二数据集合；

和/或，在第三工况下，当钻头随钻井深度和钻头转动速率都发生改变时，得到的钻杆相对于转轴轴线的第三偏转角度，记为第三数据集合；

在进行人工标注时，以历史数据集对应的实际工况进行分类后再进行标注，然后按照分类结果输入至对应的神经网络模型进行训练，得到多个过盈偏转预测模块，多个过盈偏转预测模块组合构成过盈偏转模型。

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，所述处理部具有：

识别模块，用于将实时数据集进行分解，获取实时数据集的变化规律，按照实时数据集的变化规律来对应地得到实时数据集对应的实际工况；

过盈偏转模型，基于实时数据集对应的实际工况以加载对应的过盈偏转预测模块进行预测，得到预测结果。

3.根据权利要求2所述的石油钻机自动送钻控制系统，其特征在于，所述识别模块具有：

分解单元，用于将实时数据集按照设定信息记录规则进行分解，得到多个以时间作为标记轴的分解数据单元；

分析单元，用于以时间作为标记轴将多个分解数据单元进行规律分析，得到多个分解数据单元之间的变化规律；

识别单元，根据所述变化规律与多个不同设定工况标注规律进行比较，得到对应的实际工况。

4.根据权利要求3所述的石油钻机自动送钻控制系统，其特征在于，所述识别单元下设置有多个设定工况，每一设定工况匹配设置有标注规律。

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，将所述预测结果与设定基准阈值进行比较，以判断钻杆是否发生过盈偏转，若没有发生偏转，则将所述预测结果进行记录，并存储在存储部。