專利名稱：電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)鉆井泵軟泵控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于石油鉆井技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)鉆井泵軟泵控制裝置。
背景技術(shù)：
在鉆井過(guò)程中，鉆井泵是鉆井液循環(huán)系統(tǒng)的核心。當(dāng)多臺(tái)鉆井泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)，由于 泵速是各自獨(dú)立調(diào)節(jié)的，各泵的活塞運(yùn)動(dòng)互不協(xié)調(diào)，這就會(huì)造成泵壓疊加，使高壓管道中的 鉆井液壓力波動(dòng)很大。鉆井液泥漿壓力的劇烈波動(dòng)，會(huì)造成以下問(wèn)題1)伴隨劇烈沖擊脈沖 的泵壓，鉆井液回路中壓力管線、閥件、空氣包及機(jī)泵本身的壓力沖擊應(yīng)力大大增加，加速 泵組件及液壓管線的疲勞和老化。2)鉆井液壓力的強(qiáng)烈沖擊脈沖導(dǎo)致高壓傳輸管線跳動(dòng)， 從而增加高壓鉆井液泄漏的危險(xiǎn)性。3)在隨鉆技術(shù)(MWD/LWD)的應(yīng)用中，鉆井液的強(qiáng)烈沖 擊脈沖不利于信號(hào)的傳輸，會(huì)使隨鉆的控制裝置誤操作，產(chǎn)生控制誤差，降低定向精度，甚 至接受不到信號(hào)而不工作。4)鉆井液壓力的沖擊會(huì)使松軟的地層產(chǎn)生掉塊甚至塌方，從而 造成井下事故。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)鉆井泵軟泵控制裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù) 中多臺(tái)鉆井泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)，存在泵壓疊加，使高壓管道中的鉆井液壓力波動(dòng)較大，導(dǎo)致安全 隱患多的問(wèn)題。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，一種電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)鉆井泵軟泵控制裝置，包括軟 泵控制單元，軟泵控制單元分別與轉(zhuǎn)速給定單元、鉆井泵驅(qū)動(dòng)單元和操作顯示單元連接，鉆 井泵驅(qū)動(dòng)單元分別通過(guò)活塞位置傳感器、電機(jī)速度傳感器接回到軟泵控制單元。本實(shí)用新型的有益效果是，通過(guò)對(duì)每臺(tái)鉆井泵的活塞安裝位置傳感器，精確的測(cè) 量出每臺(tái)鉆井泵活塞運(yùn)動(dòng)的情況，通過(guò)電控系統(tǒng)(PLC控制器)分析計(jì)算，并輸出信號(hào)精確控 制每臺(tái)鉆井泵的運(yùn)動(dòng)，使各泵的活塞運(yùn)動(dòng)相互協(xié)調(diào)，鉆井液壓力輸出平穩(wěn)，減小因液壓劇烈 波動(dòng)所造成背景技術(shù)中所存在的各種問(wèn)題。

圖1是本實(shí)用新型裝置的控制裝置框圖；圖2是目前現(xiàn)有鉆井泵三臺(tái)泵獨(dú)立運(yùn)行活塞同相壓力波動(dòng)疊加示意圖；圖3是本實(shí)用新型裝置調(diào)整后的三臺(tái)泵壓力波動(dòng)疊加示意圖。圖中，1.轉(zhuǎn)速給定單元，2.軟泵控制單元，3.鉆井泵驅(qū)動(dòng)單元，4.活塞位置傳感 器，5.電機(jī)速度傳感器，6.操作顯示單元。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖1，本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)是，包括軟泵控制單元2，軟泵控制單元2分別與轉(zhuǎn)速給定單元1、鉆井泵驅(qū)動(dòng)單元3和操作顯示單元6連接，鉆井泵驅(qū)動(dòng)單元3分別通過(guò)活塞 位置傳感器4、電機(jī)速度傳感器5接回軟泵控制單元2?；钊恢脗鞲衅?用于對(duì)各個(gè)鉆井 泵活塞位置進(jìn)行監(jiān)控，將位置信號(hào)傳輸?shù)杰洷每刂茊卧?進(jìn)行計(jì)算和協(xié)調(diào)控制。軟泵控制單元2根據(jù)電機(jī)速度傳感器5和活塞位置傳感器4測(cè)得實(shí)際電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 和活塞相位，通過(guò)控制單元(含速度控制模塊和相位控制模塊等)與鉆井泵轉(zhuǎn)速給定信號(hào)進(jìn) 行比較運(yùn)算，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的轉(zhuǎn)速與相位，最后傳輸?shù)杰洷抿?qū)動(dòng)單元3，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一協(xié)調(diào)， 從而達(dá)到控制鉆井泵的轉(zhuǎn)速和相位的目的。同時(shí)系統(tǒng)可事先按照司鉆對(duì)鉆井泵運(yùn)行工藝的 邏輯控制關(guān)系預(yù)先輸入到操作顯示單元6中，實(shí)現(xiàn)鉆井泵的自動(dòng)控制功能。參照?qǐng)D2、圖3，圖2是三臺(tái)泵獨(dú)立運(yùn)行活塞同相運(yùn)行時(shí)的壓力波動(dòng)疊加示意圖；圖 3是三臺(tái)泵調(diào)相運(yùn)行時(shí)的壓力波動(dòng)疊加示意圖。當(dāng)多臺(tái)鉆井泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)，由于泵速是各自 獨(dú)立調(diào)節(jié)的，各泵的活塞運(yùn)動(dòng)互不協(xié)調(diào)，這就會(huì)造成泵壓疊加，使高壓管道中的鉆井液壓力 波動(dòng)很大。要解決多臺(tái)鉆井泵同時(shí)工作時(shí)產(chǎn)生的大幅度壓力波動(dòng)問(wèn)題，就需對(duì)鉆井泵驅(qū)動(dòng) 電機(jī)的轉(zhuǎn)速和各泵活塞的相位進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。當(dāng)1號(hào)、2號(hào)兩臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)，2號(hào)泵A活 塞的相位滯后1號(hào)泵A活塞相位60度；當(dāng)1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)，3臺(tái)泵A活塞的 相位依次相差40度。這樣，鉆井泵輸出管線的壓力平穩(wěn)，有利于保護(hù)設(shè)備并降低危險(xiǎn)性。要實(shí)現(xiàn)鉆井泵軟泵控制裝置需分兩步進(jìn)行第一步是保證各泵的轉(zhuǎn)速相同，也就 是每分鐘的沖次相同，這是實(shí)現(xiàn)軟泵運(yùn)行的基礎(chǔ)，此功能可采用主從控制方式得以實(shí)現(xiàn)；第 二步是保證各泵活塞的相位角保持一定的差值，此功能可以采用相位調(diào)節(jié)方式得以實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型裝置增設(shè)了速度編碼器構(gòu)成的局部反饋回路，將反映鉆井泵電機(jī)轉(zhuǎn)速 的脈沖信號(hào)反饋到軟泵控制單元的輸入端。由于軟泵控制單元的信號(hào)與速度反饋信號(hào)極性 相反，故此回路為負(fù)反饋回路；速度反饋回路有助于增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)的非線性， 提高鉆井泵電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制精度。主從控制方式的作用是保證運(yùn)行的各泵有相同的轉(zhuǎn)速，這是實(shí)現(xiàn)定值相位差運(yùn) 行的基礎(chǔ)。如果多臺(tái)鉆井泵驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有相同的給定，速度反饋電平也相同，就可以保證每臺(tái) 鉆井泵有相同的轉(zhuǎn)速。鉆井泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是由軟泵控制單元自動(dòng)進(jìn)行的，軟泵控制單元接收司鉆臺(tái)的轉(zhuǎn) 速給定信號(hào)和速度反饋信號(hào)組成閉環(huán)控制裝置，在各鉆井泵轉(zhuǎn)速給定和轉(zhuǎn)速控制模塊之間 設(shè)置主從控制關(guān)系，從而達(dá)到運(yùn)行的鉆井泵轉(zhuǎn)速給定為同一信號(hào)的目的。主從控制方式設(shè)置原則是在軟泵控制裝置的各臺(tái)鉆井泵中，確定序號(hào)為最小的 泵為主動(dòng)泵，其余泵均為從動(dòng)泵。例如，當(dāng)一號(hào)泵運(yùn)行時(shí)，就以一號(hào)泵為主動(dòng)泵，其余運(yùn)行各 泵均為從動(dòng)泵。若一號(hào)泵不運(yùn)行，而二號(hào)泵運(yùn)行時(shí)，就以二號(hào)泵為主動(dòng)泵，其余運(yùn)行各泵(三 號(hào)泵等)均為從動(dòng)泵，也就是以序號(hào)為最小泵運(yùn)行時(shí)為主動(dòng)泵。在設(shè)計(jì)上總是以主動(dòng)泵的轉(zhuǎn) 速調(diào)節(jié)給定作為運(yùn)行中全部鉆井泵的轉(zhuǎn)速給定信號(hào)。相位控制(調(diào)相)方式是以系統(tǒng)控制3臺(tái)三缸鉆井泵為例，以A、B、C分別表示泵 的三個(gè)缸，2B表示2號(hào)泵的B缸。為了檢測(cè)各活塞運(yùn)動(dòng)的相位，分別在1A、1B、2A、2B、3A、3B 缸活塞上止點(diǎn)位置各安裝1只無(wú)接觸式位置傳感器，活塞運(yùn)行至上止點(diǎn)位置時(shí)發(fā)出1個(gè)脈 沖，1A、IB兩路脈沖的時(shí)間間隔就是1個(gè)沖程周期的1/3。如3臺(tái)泵調(diào)相運(yùn)行時(shí)，2A脈沖在 1A、IB脈沖間隔時(shí)間的前1/3處，3A脈沖在1A、IB脈沖間隔時(shí)間的后1/3處，即各路A脈沖 間隔相差40度相位角。當(dāng)2臺(tái)泵調(diào)相運(yùn)行時(shí)，A脈沖相位角的差值為60度。[0020]本實(shí)用新型的裝置，通過(guò)控制鉆井泵的轉(zhuǎn)速和活塞相位，使多臺(tái)鉆井泵實(shí)現(xiàn)同步 運(yùn)行；能夠減少由泥漿壓力波動(dòng)所造成的對(duì)泵的損壞，保持持續(xù)穩(wěn)定的泥漿壓力和泥漿排 量的優(yōu)化；并且減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善MWD/LWD的信號(hào)傳輸環(huán)境，平穩(wěn)的鉆井液壓力 有利于保護(hù)鉆頭延長(zhǎng)使用壽命，對(duì)提高鉆井質(zhì)量及定向精度等具有十分重要的作用，鉆井 泵軟泵控制裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)1)鉆井泵運(yùn)行中可以保證鉆井液輸出壓力持續(xù)穩(wěn)定，通過(guò)控制多臺(tái)鉆井泵的同 步運(yùn)行來(lái)最大程度地降低泥漿壓力波動(dòng)所造成的危害，使鉆井液流最佳化；2)穩(wěn)定無(wú)脈沖 的泵壓大大降低鉆井液回路中壓力管線、閥、空氣包及泵的壓力沖擊應(yīng)力，減緩泵組件的疲 勞，減緩高壓傳輸管線的跳動(dòng)，并降低其危險(xiǎn)性；3)鉆井泵軟泵控制裝置把司鉆從頻繁調(diào)節(jié) 鉆井泵的煩瑣工作中解脫出來(lái)?，F(xiàn)在司鉆的工作只是選定鉆井泵并通過(guò)控制面板設(shè)定排 量，軟泵控制裝置就可按照司鉆預(yù)先設(shè)定參數(shù)實(shí)現(xiàn)鉆井泵的邏輯控制，鉆井泵的工作將由 系統(tǒng)自動(dòng)控制；4)減少有害的鉆井液壓力脈沖，改善MWD/LWD的信號(hào)傳輸環(huán)境；5)系統(tǒng)可與 現(xiàn)有的電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)控制裝置輕易對(duì)接，所需做的工作只是在每臺(tái)鉆井泵上安裝兩個(gè)測(cè)量活 塞位置的傳感器，在通過(guò)電控系統(tǒng)本身的控制(PLC)系統(tǒng)、顯示器和操作面板完成鉆井泵的 軟泵控制；6)平穩(wěn)的鉆井液壓力有利于保護(hù)鉆頭，延長(zhǎng)其使用壽命；并且穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速能提 高鉆井質(zhì)量及定向精度。
權(quán)利要求1. 一種電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)鉆井泵軟泵控制裝置，其特征在于包括軟泵控制單元(2)，軟泵 控制單元(2)分別與轉(zhuǎn)速給定單元(1)、鉆井泵驅(qū)動(dòng)單元(3)和操作顯示單元(6)連接，鉆 井泵驅(qū)動(dòng)單元(3 )分別通過(guò)活塞位置傳感器(4 )、電機(jī)速度傳感器(5 )接回到軟泵控制單元 (2)。
專利摘要本實(shí)用新型的一種電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)鉆井泵軟泵控制裝置，包括軟泵控制單元，軟泵控制單元分別與轉(zhuǎn)速給定單元、鉆井泵驅(qū)動(dòng)單元和操作顯示單元連接，鉆井泵驅(qū)動(dòng)單元分別通過(guò)活塞位置傳感器、電機(jī)速度傳感器接回軟泵控制單元。本實(shí)用新型的裝置，通過(guò)控制鉆井泵的轉(zhuǎn)速和活塞相位，使多臺(tái)鉆井泵實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行；能夠減少由泥漿壓力波動(dòng)所造成的對(duì)泵的損壞，保持持續(xù)穩(wěn)定的泥漿壓力和泥漿排量的優(yōu)化；減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善MWD/LWD的信號(hào)傳輸環(huán)境，有利于保護(hù)鉆頭延長(zhǎng)使用壽命，對(duì)提高鉆井質(zhì)量及定向精度等具有十分重要的作用。
文檔編號(hào)F04B49/06GK201778988SQ20102050986
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月30日
發(fā)明者叢萬(wàn)生, 弓英明, 張國(guó)山, 林康, 蔡娟 申請(qǐng)人:寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司