[发明专利]一种钻柱双向扭转控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种钻柱双向扭转控制系统及方法。控制系统主要由数据采集及操作显示仪、主控仪、通讯切换单元和传感器单元组成；数据采集及操作显示仪包括断路器、开关电源、远程ET200模块、数字量输入模块、模拟量输入模块、高速脉冲输入模块、导轨和触摸屏组成。当滑动导向托压严重时，钻柱双向扭转控制系统与变频器建立通讯，通过变频器控制转盘电机正反转，驱动井筒内钻柱双向扭转，具有按角度扭转和扭矩扭转两种控制方式。当滑动导向结束时，切断扭转控制系统与变频器之间通讯，钻机转盘恢复常规控制。钻柱双向扭转控制系统可完全独立于钻机原PLC电控系统使用，且两系统切换方便；扭转参数可根据实时工况自动调整，自动化程度高。

技术领域

本发明涉及石油工程技术领域，具体是涉及一种钻柱双向扭转控制系统及方法。

背景技术

滑动导向仍然是目前最常用的导向技术，成本低、技术成熟，但是滑动导向时，钻柱不旋转，钻柱与井壁之间为静摩擦，摩阻高，易托压，对定向产生诸多不利影响。

为解决这一工程技术难题，近年来国内仅针对顶驱开展了钻柱双向扭转（或称扭摆）技术研究，通过顶驱控制钻柱正反双向扭转，变钻柱与井壁之间静摩擦为动摩擦，减轻定向摩阻，提高定向钻井速度。公开号为CN106050216A，公开日为2016年10年26日的中国专利文献公开了《一种提高滑动钻进效率的顶驱扭摆减阻方法及装置》，该专利详细阐述了顶驱控制钻柱扭摆的方法及控制软件，并说明了具体使用方法，但没有提及控制系统硬件，只适用于顶驱厂家在自家顶驱上开发扭转程序，实现双向扭转功能，具有较大的局限性，且所述扭摆控制方法理论性较强，缺乏实用性。

经检索，相关专利均为针对顶驱的钻柱扭转控制系统或控制方法，但大部分石油钻机，特别是30、40钻机并没有配备顶驱，仍然使用电动转盘驱动钻柱及钻头钻井。这类电动转盘钻机在定向井、水平井滑动导向作业中，也普遍存在摩阻高，严重托压的现象。

发明内容

针对上述技术缺陷和不足，本发明提供了基于电动转盘的钻柱双向扭转控制系统和基于电动转盘的钻柱双向扭转控制方法，本发明的扭转控制系统兼容性好，适用于在各种型号钻机转盘上应用，且扭转参数可根据现场采集的传感器数据自动实时调整，自动化程度高，操作方便。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种钻柱双向扭转控制系统，由数据采集及操作显示仪、主控仪、通讯切换单元和传感器单元组成；数据采集及操作显示仪由断路器、开关电源、远程ET200模块、数字量输入模块、模拟量输入模块、高速脉冲输入模块、导轨和触摸屏一组成；主控仪由CPU电源、CPU、串口通讯模块、DP通讯模块、导轨和触摸屏二组成；通讯切换单元包括485中继器、断路器和导轨；传感器单元包括转盘刹车气压传感器、泵压传感器和电机编码器。

优选地，数据采集及操作显示仪中的断路器、开关电源、远程ET200模块、数字量输入模块、模拟量输入模块、高速脉冲输入模块依次并排安装于导轨上，导轨固定于数据采集及操作显示仪内部底板上，触摸屏一安装于数据采集及操作显示仪顶盖上；数字量输入模块、模拟量输入模块和高速脉冲输入模块用于采集传感器单元的数据。

优选地，主控仪中的CPU电源，CPU、串口通讯模块和DP通讯模块依次并排安装于导轨上，导轨固定于主控仪内部底板上，触摸屏二安装于主控仪顶盖上。

优选地，通讯切换单元中的485中继器和断路器并排安装于导轨上，导轨安装于钻井队VFD房的内墙上，485中继器上有通讯切换开关，用于“通讯A”和“通讯B”两路通讯线路的切换。

优选地，传感器单元中的转盘刹车气压传感器安装于气源与转盘气态离合器之间的气路上，泵压传感器安装于钻机立管上，电机编码器安装于转盘电机上。

数字量输入模块与转盘刹车气压传感器用信号线连接，采集转盘刹车信号；模拟量输入模块与泵压传感器用信号线连接，采集立管压力；高速脉冲输入模块与电机编码器用信号线连接，采集电机编码器的高频脉冲信号。