一种钻柱双向扭转控制系统及方法与流程

技术特征：
1.一种钻柱双向扭转控制系统，主要由数据采集及操作显示仪（1）、主控仪（2）、通讯切换单元（3）和传感器单元（8）组成；其特征在于：所述数据采集及操作显示仪（1）包括断路器（9）、开关电源（10）、远程et200模块（11）、数字量输入模块（12）、模拟量输入模块（13）、高速脉冲输入模块（14）和触摸屏一（16）；所述主控仪（2）包括cpu（18）、串口通讯模块（19）、dp通讯模块（20）和触摸屏二（22）；通讯切换单元（3）包括485中继器（23）和断路器（24）；传感器单元（8）包括转盘刹车气压传感器（27）、泵压传感器（28）和电机编码器（29）；数字量输入模块（12）与转盘刹车气压传感器（27）用信号线连接，采集转盘刹车信号；模拟量输入模块（13）与泵压传感器（28）用信号线连接，采集立管压力；高速脉冲输入模块（14）与电机编码器（29）用信号线连接，采集电机编码器（29）的高频脉冲信号；485中继器（23）上有通讯切换开关（26），用于“通讯a”和“通讯b”两路通讯线路的切换；转盘刹车气压传感器（27）安装于气源与转盘气态离合器之间的气路上，泵压传感器（28）安装于钻机立管上，电机编码器（29）安装于转盘电机（6）上；远程et200模块（11）与触摸屏一（16）、et200模块（11）与cpu（18）、cpu（18）与触摸屏二（22）、串口通讯模块（19）与mwd数据地面解析设备（7）、dp通讯模块（20）与485中继器（23）、485中继器（23）与变频器（5）之间用通讯线连接，组成系统通讯网络；数字量输入模块（12）、模拟量输入模块（13）和高速脉冲输入模块（14）采集到的传感器数据经远程et200模块（11）进入通讯网络，mwd数据经串口通讯模块（19）进入通讯网络，所有数据用于cpu（18）程序控制，以及在触摸屏一（16）与触摸屏二（22）数据显示；触摸屏一（16）采集到的操作指令经et200模块（11）传送至cpu（18），触摸屏二（22）采集到的操作指令直接传输到cpu（18），操作指令经cpu（18）程序处理后，由dp通讯模块（20）经线路“通讯b”、485中继器（23）向变频器（5）发出控制指令，由变频器（5）控制转盘电机（6）双向扭转；转盘电机（6）的实时运行参数从变频器（5）经485中继器（23）、线路“通讯b”经dp通讯模块（20）进入通讯网络，在触摸屏一（16）和触摸屏二（22）上显示。2.根据权利要求1所述的钻柱双向扭转控制系统，其特征在于：所述数据采集及操作显示仪（1）还包括导轨a（15），断路器（9）、开关电源（10）、远程et200模块（11）、数字量输入模块（12）、模拟量输入模块（13）、高速脉冲输入模块（14）依次并排安装于导轨（15）上。3.根据权利要求2所述的钻柱双向扭转控制系统，其特征在于：所述导轨（15）固定于数据采集及操作显示仪（1）内部底板上；触摸屏一（16）安装于数据采集及操作显示仪（1）顶盖上。4.根据权利要求1所述的钻柱双向扭转控制系统，其特征在于：所述主控仪（2）还包括cpu电源（17）和导轨b（21），cpu电源（17）与cpu（18）连接；cpu电源（17）、cpu（18）、串口通讯模块（19）和dp通讯模块（20）依次并排安装于导轨（21）上。5.根据权利要求4所述的钻柱双向扭转控制系统，其特征在于：所述导轨b（21）固定于主控仪（2）内部底板上，触摸屏二（22）安装于主控仪（2）顶盖上。6.根据权利要求1所述的钻柱双向扭转控制系统，其特征在于：所述通讯切换单元（3）还包括导轨c（25），485中继器（23）和断路器（24）并排安装于导轨c（25）上，导轨c（25）安装于钻井队vfd房的内墙上。7.根据权利要求1所述的钻柱双向扭转控制系统，其特征在于：所述cpu（18）内装载有钻柱双向扭转控制plc程序，触摸屏一（16）和触摸屏二（22）内装载有人机交互组态程序。
8.根据权利要求1所述钻柱双向扭转控制系统的钻柱双向扭转控制方法，其特征在于：s1、在钻井现场，数据采集及操作显示仪（1）安装于司钻房，供井队司钻使用，主控仪（2）放置于定向房内，供定向工程师使用，并将所有电源线、传感器信号线和通讯线连接好；s2、当滑动导向托压严重，井队无法定向时，将485中继器（23）上的通讯切换开关（26）置于“通讯b”这一路通讯上，并给数据采集及操作显示仪（1）、主控仪（2）、通讯切换单元（3）三个模块分别通电，此时钻柱双向扭转控制系统与变频器（5）建立通讯；s3、完成通讯切换后，司钻在触摸屏一（16）或定向工程师在触摸屏二（22）上进行钻柱双向扭转参数设置，主要包括双向扭转扭矩、扭转速度及扭转角度，设置参数经通讯网络传至主控仪（2）的cpu（18）；s4、完成参数设置后，司钻在触摸屏一（16）上，点击“扭转开始”按钮，“扭转开始”指令传输到cpu（18），由cpu（18）内的控制程序按照设定参数，通过变频器（5）对转盘电机（6）实施双向扭转控制，转盘电机（6）通过转盘带动井筒内钻柱双向扭转；扭转过程中，根据泵压传感器（28）的泵压信号，串口通讯模块（19）采集的mwd工具面数据，以及从变频器（5）读取的转盘电机扭矩信号，扭转控制程序自动调整扭转参数，使扭转降阻效果达到最优；电机编码器（29）实时检测转盘电机（6）转速及角度信号，并传送到cpu（18），对转盘电机（6）转速和旋转角度进行闭环控制；当转盘刹车气压传感器（27）检测到刹车信号，则扭转控制系统向变频器（5）发出停车指令，停止双向扭转动作；钻柱双向扭转控制系统设置有两种扭转方式，即按双向角度和双向扭矩载荷正反扭转；s5、当滑动导向摩阻不高，或滑动导向结束需复合钻进时，司钻在触摸屏一（16）上，点击“扭转结束”按钮即可结束扭转动作；然后将485中继器（23）上的通讯切换开关（26）置于“通讯a”这一路通讯上，即可断开钻柱双向扭转控制系统与变频器（5）的通讯，钻机转盘原plc电控系统（4）与变频器（5）建立通讯，对转盘电机（6）实施一般钻进控制。

技术总结
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。程度高。程度高。


技术研发人员：尹文波 唐洪林 何洪涛 王建业 杜坤 张喜民 江正清 于丽丽 李玉红
受保护的技术使用者：中石化胜利石油工程有限公司 中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院
技术研发日：2020.04.17
技术公布日：2021/10/21