石油鉆機多模式自動送鉆控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于石油鉆機電控系統(tǒng)技術領域，具體涉及石油鉆機多模式自動送鉆控制 方法。
【背景技術】
[0002] 進入21世紀以來，石油鉆機自動化、數(shù)字化、智能化、信息化水平快速發(fā)展。
[0003] 石油鉆機自動送鉆極大地減輕了操作者的勞動強度，提高了送鉆的精確度。傳統(tǒng) 的送鉆模式一般只有一種或兩種模式，兩種模式同時使用時，兩種參數(shù)的地位是相同的，因 此在使用中很大的局限性，并且可能會使其它某個參數(shù)嚴重偏離工況所要求的數(shù)值，造成 不必要的損害且效率較低。
[0004] 石油鉆機多模式自動送鉆控制方法具有恒速度、恒鉆壓、恒立管壓力送鉆三種送 鉆模式，可以單模式使用，也可以多模式同時使用。在多模式使用時，系統(tǒng)可以根據(jù)工況自 動分配一種主從關系，使用著也可以根據(jù)習慣或特殊要求隨時更改主從關系，主模式在送 鉆過程中是主導地位，而從模式是輔助和保護的地位。這種多模式主從控制系統(tǒng)在達到主 要參數(shù)自動送鉆的同時，綜合應用了其它輔助的參數(shù)，使得自動送鉆功能使用更加廣泛、更 加精準、更加安全可靠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是要提供一種在現(xiàn)有硬件配置的基礎上，實現(xiàn)單模式工況使用或 者是多模式工況控制系統(tǒng)及其自動送鉆控制方法，在綜合應用了其它輔助的參數(shù)后，使得 自動送鉆功能使用更加廣泛、更加精準、更加安全可靠。
[0006] 本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn)的： 石油鉆機多模式自動送鉆控制方法的送鉆模式包括恒速度、恒鉆壓、恒立管壓力三種 送鉆模式，在該方法中使用的工況模式為單模式使用或者是擇其一為主模式、擇其它為從 模式的主從模式使用，其中單模式為恒速度、恒鉆壓、恒立管壓力三種送鉆模式中的一種工 況模式，其中主從模式為恒速度、恒鉆壓、恒立管壓力三種送鉆模式中擇其一為主模式、擇 其它為從模式的工況模式，在主從模式工況下系統(tǒng)根據(jù)工況自動分配一種主從關系或根據(jù) 習慣、特殊要求隨時更改主從關系，主模式工況在送鉆過程中為主導地位，而從模式工況為 輔助和保護的地位。
[0007] 該方法步驟如下： (1) 啟動自動送鉆功能：用戶通過人機交互設備1來啟動自動送鉆功能。該功能的啟 動只能在此人機交互設備1手動啟動，但停止該功能的方式除本地人機交互設備1手動停 止外，傳感器故障、絞車手柄不在零位等情況下可編程控制器2自動停止自動送鉆功能； (2) 判斷自動送鉆時所需傳感器有無故障：可編程控制器2根據(jù)傳感器的故障位狀態(tài) 來判斷傳感器有無故障，可編程控制器2會從啟動到整個運行過程中隨時判斷傳感器的工 作狀態(tài)，若送鉆所需傳感器有故障，可編程控制器2則跳轉(zhuǎn)至復位自動送鉆模式，若傳感器 沒有故障，則可編程控制器2進入偏差清零步驟。
[0008] (3)偏差清零：一旦自動送鉆功能成功啟動，可編程控制器2會自動將偏差清零， 用戶也可以在人機交互設備1進行手動偏差清零； (4) 判斷自動送鉆組合模式：可編程控制器2判斷人機交互設備1上所選擇的組合模 式，若是只選擇了恒速度或恒鉆壓或恒立管壓力單送鉆模式，則計算偏差給定值，若是選擇 了恒速度、恒鉆壓、恒立管壓力中的至少兩種以上的多送鉆模式組合，可編程控制器2則進 一步判斷確定主、從送鉆模式； (5) 判斷自動送鉆組合模式中的主從關系：可編程控制器2根據(jù)人機交互設備1主從 模式的任意選擇，判斷確定一種送鉆模式為主模式，其余則為從模式； (6) 分別計算主、從模式的偏差值：可編程控制器2根據(jù)步驟5的判斷結(jié)果來分別計算 主、從模式的實際值和給定值之間的偏差值，作為后續(xù)控制的依據(jù)； (7) 判斷主模式偏差的值：可編程控制器2若判斷主模式偏差的值已經(jīng)大于等于零，則 將偏差給定值直接清零，若判斷主模式偏差的值小于零，則進一步判斷從模式變差的值； (8) 判斷從模式偏差的值：可編程控制器2若從模式偏差值已經(jīng)大于等于零，則將偏差 給定值直接清零，若判斷從模式偏差的值小于零，則將主偏差作為綜合判斷后的偏差給定 值； (9) 將綜合判斷后的偏差作為給定值：可編程控制器2將主偏差作為給定值，輸入到 PID調(diào)節(jié)器的給定通道； (10) PID計算：可編程控制器2根據(jù)控制系統(tǒng)的給定值、反饋值和數(shù)學模型，進行PID 計算，將計算結(jié)果直接作為變頻器3的給定； (11) 給變頻器給定通道：可編程控制器2將PID輸出送給變頻器3給定通道，變頻器 3進行內(nèi)部計算后，輸出功率到電機4去驅(qū)動機械組合5,然后返回到傳感器故障判斷，進行 循環(huán)操作； (12) 循環(huán)判斷：可編程控制器2循環(huán)判斷，判斷單模式送鉆是的偏差，若偏差大于等于 零，則直接將〇給PID調(diào)節(jié)器，若小于零，則將計算偏差給定值輸入到PID調(diào)節(jié)器，單送鉆模 式時的偏差、多模式送鉆時主或從偏差大于等于零，偏差給定值都會清零； (13) 隨時判斷手柄零位信號：可編程控制器2的此步驟伴隨整個自動送鉆過程，作為 自動解除自動送鉆功能的條件，一旦絞車手柄不在零位，則復位自動送鉆模式。
[0009] 與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明的有益效果在于： 本發(fā)明石油鉆機多模式自動送鉆控制方法的送鉆模式包括恒速度、恒鉆壓、恒立管壓 力三種送鉆模式可以單模式使用，也可以多模式同時使用。在多模式使用時，系統(tǒng)可以根據(jù) 工況自動分配一種主從關系，使用者也可以根據(jù)習慣或特殊要求隨時更改主從關系，主模 式在送鉆過程中是主導地位，而從模式是輔助和保護的地位。這種多模式主從控制系統(tǒng)在 達到主要參數(shù)自動送鉆的同時，綜合應用了其它輔助的參數(shù)，使得自動送鉆功能使用更加 廣泛、更加精準、更加安全可靠、更加高效。
[0010] 對比詳見下表：
【主權項】
1. 石油鉆機多模式自動送鉆控制方法，其特征在于：所述的該方法的送鉆模式包括恒 速度、恒鉆壓、恒立管壓力三種送鉆模式，在該方法中使用的工況模式為單模式使用或者是 擇其一為主模式、擇其它為從模式的主從模式使用。
2. 如權利要求1所述的石油鉆機多模式自動送鉆控制方法，其特征在于：所述的單模 式為恒速度、恒鉆壓、恒立管壓力三種送鉆模式中的一種工況模式。
3. 如權利要求1所述的石油鉆機多模式自動送鉆控制方法，其特征在于：所述的主從 模式為恒速度、恒鉆壓、恒立管壓力三種送鉆模式中擇其一為主模式、擇其它從模式的工況 模式，所述的主從模式工況下系統(tǒng)根據(jù)工況自動分配一種主從關系或根據(jù)習慣、特殊要求 隨時更改主從關系，主模式工況在送鉆過程中為主導地位，而從模式工況為輔助和保護的 地位。
4. 如權利要求1-3中任意一項所述的石油鉆機多模式自動送鉆控制方法，其特征在 于：所述的該方法步驟如下： 1) 啟動自動送鉆功能：用戶通過人機交互設備來啟動自動送鉆功能，該功能的啟動只 能在此人機交互設備手動啟動，但停止該功能的方式除本地人機交互設備手動停止外，傳 感器故障、絞車手柄不在零位等情況下可編程控制器自動停止自動送鉆功能； 2) 判斷自動送鉆時所需傳感器有無故障：可編程控制器根據(jù)傳感器的故障位狀態(tài)來 判斷傳感器有無故障，可編程控制器會從啟動到整個運行過程中隨時判斷傳感器的工作狀 態(tài)，若送鉆所需傳感器有故障，可編程控制器則跳轉(zhuǎn)至復位自動送鉆模式，若傳感器沒有故 障，則可編程控制器進入偏差清零步驟； 3) 偏差清零：若自動送鉆功能成功啟動，可編程控制器自動將偏差清零，用戶在人機交 互設備進行手動偏差清零； 4) 判斷自動送鉆組合模式：可編程控制器判斷人機交互設備上所選擇的組合模式，若 是只選擇了恒速度或恒鉆壓或恒立管壓力單送鉆模式，則計算偏差給定值，若是選擇了恒 速度、恒鉆壓、恒立管壓力中的至少兩種以上的多送鉆模式組合，可編程控制器則進一步判 斷確定主、從送鉆模式； 5) 判斷自動送鉆組合模式中的主從關系：可編程控制器根據(jù)人機交互設備主從模式的 任意選擇，判斷確定一種送鉆模式為主模式，其余則為從模式； 6) 分別計算主、從模式的偏差值：可編程控制器根據(jù)步驟5的判斷結(jié)果來分別計算主、 從模式的實際值和給定值之間的偏差值，作為后續(xù)控制的依據(jù)； 7) 判斷主模式偏差的值：可編程控制器若判斷主模式偏差的值已經(jīng)大于等于零，則將 偏差給定值直接清零，若判斷主模式偏差的值小于零，則進一步判斷從模式變差的值； 8) 判斷從模式偏差的值：可編程控制器若從模式偏差值已經(jīng)大于等于零，則將偏差 給定值直接清零，若判斷從模式偏差的值小于零，則將主偏差作為綜合判斷后的偏差給定 值； 9) 將綜合判斷后的偏差作為給定值：可編程控制器將主偏差作為給定值，輸入到PID 調(diào)節(jié)器的給定通道； 10. PID計算：可編程控制器根據(jù)控制系統(tǒng)的給定值、反饋值和數(shù)學模型，進行PID計 算，將計算結(jié)果直接作為變頻器的給定； 11) 給變頻器給定通道：可編程控制器將PID輸出送給變頻器給定通道，變頻器進行內(nèi) 部計算后，輸出功率到電機去驅(qū)動機械組合，然后返回到傳感器故障判斷，進行循環(huán)操作； 12) 循環(huán)判斷：可編程控制器循環(huán)判斷，判斷單模式送鉆是的偏差，若偏差大于等于零， 則直接將〇給PID調(diào)節(jié)器，若小于零，則將計算偏差給定值輸入到PID調(diào)節(jié)器，單送鉆模式 時的偏差、多模式送鉆時主或從偏差大于等于零，偏差給定值都會清零； 13) 隨時判斷手柄零位信號：可編程控制器的此步驟伴隨整個自動送鉆過程，作為自動 解除自動送鉆功能的條件，一旦絞車手柄不在零位，則復位自動送鉆模式。
【專利摘要】本發(fā)明屬于石油鉆機電控系統(tǒng)技術領域，具體涉及石油鉆機多模式自動送鉆控制方法及其控制方法，該控制方法的工況模式為單模式使用或者是擇其一為主模式、擇其它為從模式的主從模式使用；單模式為恒速度、恒鉆壓、恒立管壓力三種送鉆模式中的一種工況模式；主從模式為恒速度、恒鉆壓、恒立管壓力三種送鉆模式中擇其一為aa主模式、擇其它為從模式的工況模式，主從模式工況下系統(tǒng)根據(jù)工況自動分配一種主從關系或根據(jù)習慣、特殊要求隨時更改主從關系，主模式工況在送鉆過程中為主導地位，而從模式工況為輔助和保護的地位。本發(fā)明使得自動送鉆功能使用更加廣泛、更加精準、更加安全可靠、更加高效。
【IPC分類】E21B44-02
【公開號】CN104653168
【申請?zhí)枴緾N201410751034
【發(fā)明人】劉小寶, 馬向平, 丁軍懷, 劉志臻, 王俊林, 趙宏
【申請人】天水電氣傳動研究所有限責任公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2014年12月10日