石油钻机多模式自动送钻控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于石油钻机电控系统技术领域，具体涉及石油钻机多模式自动送钻控制 方法。
【背景技术】
[0002] 进入21世纪以来，石油钻机自动化、数字化、智能化、信息化水平快速发展。
[0003] 石油钻机自动送钻极大地减轻了操作者的劳动强度，提高了送钻的精确度。传统 的送钻模式一般只有一种或两种模式，两种模式同时使用时，两种参数的地位是相同的，因 此在使用中很大的局限性，并且可能会使其它某个参数严重偏离工况所要求的数值，造成 不必要的损害且效率较低。
[0004] 石油钻机多模式自动送钻控制方法具有恒速度、恒钻压、恒立管压力送钻三种送 钻模式，可以单模式使用，也可以多模式同时使用。在多模式使用时，系统可以根据工况自 动分配一种主从关系，使用着也可以根据习惯或特殊要求随时更改主从关系，主模式在送 钻过程中是主导地位，而从模式是辅助和保护的地位。这种多模式主从控制系统在达到主 要参数自动送钻的同时，综合应用了其它辅助的参数，使得自动送钻功能使用更加广泛、更 加精准、更加安全可靠。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是要提供一种在现有硬件配置的基础上，实现单模式工况使用或 者是多模式工况控制系统及其自动送钻控制方法，在综合应用了其它辅助的参数后，使得 自动送钻功能使用更加广泛、更加精准、更加安全可靠。
[0006] 本发明是通过以下技术方案来实现的： 石油钻机多模式自动送钻控制方法的送钻模式包括恒速度、恒钻压、恒立管压力三种 送钻模式，在该方法中使用的工况模式为单模式使用或者是择其一为主模式、择其它为从 模式的主从模式使用，其中单模式为恒速度、恒钻压、恒立管压力三种送钻模式中的一种工 况模式，其中主从模式为恒速度、恒钻压、恒立管压力三种送钻模式中择其一为主模式、择 其它为从模式的工况模式，在主从模式工况下系统根据工况自动分配一种主从关系或根据 习惯、特殊要求随时更改主从关系，主模式工况在送钻过程中为主导地位，而从模式工况为 辅助和保护的地位。
[0007] 该方法步骤如下： (1) 启动自动送钻功能：用户通过人机交互设备1来启动自动送钻功能。该功能的启 动只能在此人机交互设备1手动启动，但停止该功能的方式除本地人机交互设备1手动停 止外，传感器故障、绞车手柄不在零位等情况下可编程控制器2自动停止自动送钻功能； (2) 判断自动送钻时所需传感器有无故障：可编程控制器2根据传感器的故障位状态 来判断传感器有无故障，可编程控制器2会从启动到整个运行过程中随时判断传感器的工 作状态，若送钻所需传感器有故障，可编程控制器2则跳转至复位自动送钻模式，若传感器 没有故障，则可编程控制器2进入偏差清零步骤。
[0008] (3)偏差清零：一旦自动送钻功能成功启动，可编程控制器2会自动将偏差清零， 用户也可以在人机交互设备1进行手动偏差清零； (4) 判断自动送钻组合模式：可编程控制器2判断人机交互设备1上所选择的组合模 式，若是只选择了恒速度或恒钻压或恒立管压力单送钻模式，则计算偏差给定值，若是选择 了恒速度、恒钻压、恒立管压力中的至少两种以上的多送钻模式组合，可编程控制器2则进 一步判断确定主、从送钻模式； (5) 判断自动送钻组合模式中的主从关系：可编程控制器2根据人机交互设备1主从 模式的任意选择，判断确定一种送钻模式为主模式，其余则为从模式； (6) 分别计算主、从模式的偏差值：可编程控制器2根据步骤5的判断结果来分别计算 主、从模式的实际值和给定值之间的偏差值，作为后续控制的依据； (7) 判断主模式偏差的值：可编程控制器2若判断主模式偏差的值已经大于等于零，则 将偏差给定值直接清零，若判断主模式偏差的值小于零，则进一步判断从模式变差的值； (8) 判断从模式偏差的值：可编程控制器2若从模式偏差值已经大于等于零，则将偏差 给定值直接清零，若判断从模式偏差的值小于零，则将主偏差作为综合判断后的偏差给定 值； (9) 将综合判断后的偏差作为给定值：可编程控制器2将主偏差作为给定值，输入到 PID调节器的给定通道； (10) PID计算：可编程控制器2根据控制系统的给定值、反馈值和数学模型，进行PID 计算，将计算结果直接作为变频器3的给定； (11) 给变频器给定通道：可编程控制器2将PID输出送给变频器3给定通道，变频器 3进行内部计算后，输出功率到电机4去驱动机械组合5,然后返回到传感器故障判断，进行 循环操作； (12) 循环判断：可编程控制器2循环判断，判断单模式送钻是的偏差，若偏差大于等于 零，则直接将〇给PID调节器，若小于零，则将计算偏差给定值输入到PID调节器，单送钻模 式时的偏差、多模式送钻时主或从偏差大于等于零，偏差给定值都会清零； (13) 随时判断手柄零位信号：可编程控制器2的此步骤伴随整个自动送钻过程，作为 自动解除自动送钻功能的条件，一旦绞车手柄不在零位，则复位自动送钻模式。
[0009] 与现有技术相比较，本发明的有益效果在于： 本发明石油钻机多模式自动送钻控制方法的送钻模式包括恒速度、恒钻压、恒立管压 力三种送钻模式可以单模式使用，也可以多模式同时使用。在多模式使用时，系统可以根据 工况自动分配一种主从关系，使用者也可以根据习惯或特殊要求随时更改主从关系，主模 式在送钻过程中是主导地位，而从模式是辅助和保护的地位。这种多模式主从控制系统在 达到主要参数自动送钻的同时，综合应用了其它辅助的参数，使得自动送钻功能使用更加 广泛、更加精准、更加安全可靠、更加高效。
[0010] 对比详见下表：
【主权项】
1. 石油钻机多模式自动送钻控制方法，其特征在于：所述的该方法的送钻模式包括恒 速度、恒钻压、恒立管压力三种送钻模式，在该方法中使用的工况模式为单模式使用或者是 择其一为主模式、择其它为从模式的主从模式使用。
2. 如权利要求1所述的石油钻机多模式自动送钻控制方法，其特征在于：所述的单模 式为恒速度、恒钻压、恒立管压力三种送钻模式中的一种工况模式。
3. 如权利要求1所述的石油钻机多模式自动送钻控制方法，其特征在于：所述的主从 模式为恒速度、恒钻压、恒立管压力三种送钻模式中择其一为主模式、择其它从模式的工况 模式，所述的主从模式工况下系统根据工况自动分配一种主从关系或根据习惯、特殊要求 随时更改主从关系，主模式工况在送钻过程中为主导地位，而从模式工况为辅助和保护的 地位。
4. 如权利要求1-3中任意一项所述的石油钻机多模式自动送钻控制方法，其特征在 于：所述的该方法步骤如下： 1) 启动自动送钻功能：用户通过人机交互设备来启动自动送钻功能，该功能的启动只 能在此人机交互设备手动启动，但停止该功能的方式除本地人机交互设备手动停止外，传 感器故障、绞车手柄不在零位等情况下可编程控制器自动停止自动送钻功能； 2) 判断自动送钻时所需传感器有无故障：可编程控制器根据传感器的故障位状态来 判断传感器有无故障，可编程控制器会从启动到整个运行过程中随时判断传感器的工作状 态，若送钻所需传感器有故障，可编程控制器则跳转至复位自动送钻模式，若传感器没有故 障，则可编程控制器进入偏差清零步骤； 3) 偏差清零：若自动送钻功能成功启动，可编程控制器自动将偏差清零，用户在人机交 互设备进行手动偏差清零； 4) 判断自动送钻组合模式：可编程控制器判断人机交互设备上所选择的组合模式，若 是只选择了恒速度或恒钻压或恒立管压力单送钻模式，则计算偏差给定值，若是选择了恒 速度、恒钻压、恒立管压力中的至少两种以上的多送钻模式组合，可编程控制器则进一步判 断确定主、从送钻模式； 5) 判断自动送钻组合模式中的主从关系：可编程控制器根据人机交互设备主从模式的 任意选择，判断确定一种送钻模式为主模式，其余则为从模式； 6) 分别计算主、从模式的偏差值：可编程控制器根据步骤5的判断结果来分别计算主、 从模式的实际值和给定值之间的偏差值，作为后续控制的依据； 7) 判断主模式偏差的值：可编程控制器若判断主模式偏差的值已经大于等于零，则将 偏差给定值直接清零，若判断主模式偏差的值小于零，则进一步判断从模式变差的值； 8) 判断从模式偏差的值：可编程控制器若从模式偏差值已经大于等于零，则将偏差 给定值直接清零，若判断从模式偏差的值小于零，则将主偏差作为综合判断后的偏差给定 值； 9) 将综合判断后的偏差作为给定值：可编程控制器将主偏差作为给定值，输入到PID 调节器的给定通道； 10. PID计算：可编程控制器根据控制系统的给定值、反馈值和数学模型，进行PID计 算，将计算结果直接作为变频器的给定； 11) 给变频器给定通道：可编程控制器将PID输出送给变频器给定通道，变频器进行内 部计算后，输出功率到电机去驱动机械组合，然后返回到传感器故障判断，进行循环操作； 12) 循环判断：可编程控制器循环判断，判断单模式送钻是的偏差，若偏差大于等于零， 则直接将〇给PID调节器，若小于零，则将计算偏差给定值输入到PID调节器，单送钻模式 时的偏差、多模式送钻时主或从偏差大于等于零，偏差给定值都会清零； 13) 随时判断手柄零位信号：可编程控制器的此步骤伴随整个自动送钻过程，作为自动 解除自动送钻功能的条件，一旦绞车手柄不在零位，则复位自动送钻模式。
【专利摘要】本发明属于石油钻机电控系统技术领域，具体涉及石油钻机多模式自动送钻控制方法及其控制方法，该控制方法的工况模式为单模式使用或者是择其一为主模式、择其它为从模式的主从模式使用；单模式为恒速度、恒钻压、恒立管压力三种送钻模式中的一种工况模式；主从模式为恒速度、恒钻压、恒立管压力三种送钻模式中择其一为aa主模式、择其它为从模式的工况模式，主从模式工况下系统根据工况自动分配一种主从关系或根据习惯、特殊要求随时更改主从关系，主模式工况在送钻过程中为主导地位，而从模式工况为辅助和保护的地位。本发明使得自动送钻功能使用更加广泛、更加精准、更加安全可靠、更加高效。
【IPC分类】E21B44-02
【公开号】CN104653168
【申请号】CN201410751034
【发明人】刘小宝, 马向平, 丁军怀, 刘志臻, 王俊林, 赵宏
【申请人】天水电气传动研究所有限责任公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2014年12月10日