[发明专利]一种消除钻柱粘滑振动的控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种消除钻柱粘滑振动的控制系统及方法，其方法的步骤如下：S1、在参数初始化后对钻柱参设进行设置；S2、当参数粘滑振动指示SSI达到一定值时，启动抗粘滑振动系统；S3、根据参数粘滑振动指示SSI的大小，设置相应的预防系统；S4、产生粘滑振动后根据变频器VFD反馈回的实际速度与电机的给定速度进行比较，经过PI调节控制器调节，附加一个扭矩到变频器VFD速度调节器输出后，通过变频器来控制电机的转速，从而使钻头脱离粘滑区域。能够有效地降低粘滑振动的振幅或者消除粘滑振动，减轻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；具有可使钻头快速远离粘滑振动区域、提高钻速、降低钻井成本和提高钻井效率等优点。

技术领域

本发明涉及石油钻井的钻柱抗粘滑技术领域，尤其涉及一种消除钻柱粘滑振动的控制系统及方法。

背景技术

钻井过程中钻具经常会因扭矩过大而“憋停”，当扭矩达到某一值后钻具会突然快速释放，这种现象称为钻具粘滑。钻具的粘滑经常伴随井下震动，容易造成钻头的崩齿，缩短钻头寿命，严重时会造成钻柱或下部钻具扭断。

钻具粘滑振动的产生，是由强烈的扭转振动和井下摩阻导致。这种振动表现为：在一段时间内钻头静止不动，当加在钻柱上的扭矩足够大时，钻头突然高速转动，转速可以在瞬间达到很大值。这样很容易造成钻柱疲劳，降低钻柱的工作效率和寿命，使钻井工作很难继续下去，甚至对钻井设备造成破坏性的伤害。针对钻柱粘滑振动，目前还没有 一种有效的解决办法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种消除钻柱粘滑振动的控制系统及方法，解决了钻柱在钻井过程中由于钻柱粘滑振动而导致钻柱疲劳，降低钻柱的工作效率和寿命的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种消除钻柱粘滑振动的控制系统，包括触摸屏、一个可编程控制器PLC和一个带编码器的电机；所述的触摸屏与可编程控制器PLC相互连接，用于显示电机速度的给定值和实际值、电机扭矩实际值和限制值、电机转速、扭矩、操作状态信息及钻柱设置参数；所述的可编程控制器PLC用于通过控制电机的速度来消除钻柱粘滑现象；所述的电机用于取得钻柱系统运动，所述的电机转速、扭矩由可编程控制器PLC进行实时控制；

还包括一个变频器VFD；所述的从电机编码器采集脉冲数据，实时计算电机的实际速度，再通过可编程控制器PLC从变频器VFD读取电机的实际速度。

所述的变频器VFD包括有PI调节控制器，所述的PI调节控制器用于计算电机扭矩给定值和电机速度给定值。

所述的可编程控制器PLC通过以下两种方式来控制电机速度：

方式一：可编程控制器PLC从变频器VFD采集电机速度实际值，与给定的电机速度值进行比较，经过PI调节控制器得到电机扭矩给定值，再附加到变频器VFD的速度PI输出值上，从而实现控制电机速度；

方式二：可编程控制器PLC从变频器VFD采集电机扭矩实际值，经PI调节控制器的反运算计算出一个速度值，附加到变频器VFD速度PI输入值上，从而实现控制电机速度。

一种消除钻柱粘滑针的控制方法，所述方法的步骤如下：

S1、在参数初始化后对钻柱参数进行设置；

S2、当参数粘滑振动指示SSI达到一定值时，启动抗粘滑振动系统；

S3、根据参数粘滑振动指示SSI的大小，设置相应的预防系统；

S4、产生粘滑振动后根据变频器VFD反馈回的实际速度与电机的给定速度进行比较，经过PI调节控制器调节，附加一个扭矩到变频器VFD速度调节器输出后，通过变频器VFD来控制电机的转速；或者根据变频器VFD反馈回的实际扭矩，经过PI调节控制器反运算，附加一个速度到变频器VFD速度调节器输入前，通过变频器VFD来控制电机的转速；从而使钻头脱离粘滑区域。