[实用新型]电动钻机转盘柔性扭矩控制系统

说明书

技术领域

本实用新型属于(石油)钻井技术领域，具体涉及钻井作业时钻柱发生粘滑扭矩振动后所采用的钻机转盘柔性扭矩控制系统。

背景技术

目前，在石油电动钻机的转盘控制系统中，转盘的速度依据钻井工艺要求设定后，钻柱的扭矩多依靠司钻的经验，调节钻头的下放速度来控制钻压达到调节钻柱扭矩的目的，这样操作钻柱的扭矩调节实时性差，容易引起跳钻、卡钻等现象，加剧了钻柱的疲劳程度，甚至造成钻柱或下部钻具扭断的后果。钻井过程中，钻柱的振动是不可避免的，轻微的横向、轴向及扭矩振动不影响钻井正常作业，而对于大位移井直井段或直井所产生的粘滑扭矩振动，不仅影响钻井速度，还容易使钻柱疲劳，加速钻具破坏程度，甚至诱发钻井事故。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种当发生粘滑振动时，利用实时检测的转盘扭矩，作为负反馈去扰动转盘的速度给定，以达到减小、消除钻柱粘滑振动的电动钻机转盘柔性扭矩控制系统。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种实现上述电动钻机转盘柔性扭矩控制方法的系统，其特征在于该系统包括：

一个触摸屏或者一个带显示屏的操作面板，包括转盘速度给定键、启动/停止转盘柔性控制按钮和粘滑振动量输出域，它与可编程控制器PLC电连接，用于设定转盘速度给定值、启动/停止转盘柔性控制功能以及显示粘滑振动量；

一个转盘扭矩传感器，它安装在转盘控制柜出线端或者转盘电机进线侧，实时采集转盘扭矩实际值；

一个可编程控制器PLC，与转盘扭矩传感器电连接，通过其模拟量输入模板(AI)采集由转盘扭矩传感器传递来的转盘扭矩实际值，计算出n次转盘扭矩实际值的算术平均值，其中10≤n≤20；并比较转盘扭矩实际值和平均值，将比较后的偏差作为转盘速度给定的扰动信号，与转盘速度给定信号叠加后，作为转盘调速器的速度给定信号；

一个转盘调速器，包括速度调节器、扭矩调节器和功率转换器，它接收来自可编程控制器PLC发出的速度给定信号，去控制转盘主电机的转速；

一个转盘主电机，在转盘调速器的控制下升速或者降速，从而调节转盘的扭矩；

一个速度反馈编码器，安装在转盘主电机轴上，向可编程控制器PLC实时反馈转盘主电机的实际转速。

本实用新型提供的上述电动钻机转盘柔性扭矩控制系统，当钻柱发生粘滑扭矩振动时，能够使转盘电机的转速随粘滑扭矩的大小做实时的调整，有效地降低了转盘扭矩的变化频率和粘滑扭矩的振幅，减少了钻柱的疲劳破坏程度，降低了因为钻柱疲劳发生井下事故的概率。

附图说明

图1为电动钻机转盘柔性扭矩控制系统实施例的结构示意框图

具体实施方式

如图1所示，该电动钻机转盘柔性扭矩控制系统主要由触摸屏(或操作面板)、可编程控制器PLC 204、转盘调速器、扭矩传感器208、速度反馈编码器209及转盘主电机210组成。为实现转盘柔性扭矩控制功能，触摸屏上设置了速度给定键201、启动/停止转盘柔性控制按钮202、粘滑振动量输出域203；可编程控制器PLC 204，接收来自触摸屏上的速度给定键201、启动/停止转盘柔性控制按钮202的指令，计算并显示粘滑振动量数值；安装在转盘控制柜出线端或者转盘电机进线侧的扭矩传感器208，实时采集转盘扭矩的实际值；通过可编程控制器PLC计算出钻柱粘滑振动量和转盘调速器速度给定，分别输出给触摸屏和速度调节器205；安装在转盘主电机210轴上的速度编码器209，实时反馈电机的实际转速；转盘调速器内部有速度调节器205、扭矩调节器206以及功率转换器207，转盘调速器既可以是直流调速器，也可以是交流调速器。通过可编程控制器PLC运算出的转盘调速器速度给定和速度编码器209组成速度外环；转盘调速器中的速度调节器的输出和扭矩传感器208组成扭矩内环，实时地调整调制波的频率，结合载波特性，有序地向功率转换器207中的功率器件发出“通”和“断”的动作指令，使电机的电源的频率和幅值实时调整，以实现转盘主电机210的调速，达到减少和消除钻柱粘滑扭矩振动的目的。功率转换器207是转盘调速器(直流调速器或者交流调速器)的功率器件，且集成在转盘调速柜中。