基于直驱顶驱电机的角度精确定位的驱动控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及在油气田钻井期间对工具面进行控制的角度精确定位驱动系统，特别是基于直驱顶驱电机的角度精确定位的驱动控制系统。
【背景技术】
[0002]在常规钻井作业过程中，直井段和稳斜段通常采用步进电机或伺服电机控制顶驱或转盘方式旋转钻进，但无论是采用步进电机还是伺服电机来控制工具面角度，都不够精确，无法及时反应出工具面是否发生偏移。导向钻井段若采用井下弯角式造斜动力钻具，则通常使用滑动钻井方式，在泵排量调整、地层岩性变化、动力钻具磨损等条件下，容易产生钻具工具面漂移，导致井眼轨迹控制失败等问题。面对这一情况，通常的做法是在井下工具面漂移后，采用停钻、上提钻具的方法重新下钻并设定工具面，而这个过程将影响工作效率，而且易发生井下事故。同时，在常规导向钻具滑动钻进过程中，因钻具不能旋转，导致施加钻压滞后、井眼净化困难，易引起作业效率低、工序复杂等问题。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种角度定位精确、钻井效率高和井下事故少的基于直驱顶驱电机的角度精确定位的驱动控制系统。
[0004]本实用新型的目的通过以下技术方案来实现:基于直驱顶驱电机的角度精确定位的驱动控制系统，它包括驱动系统、控制系统和执行机构，其中，
[0005]所述的驱动系统包括直驱顶驱电机、顶驱、角度传感器、导轨、立管和MWD系统压力信号传感器，直驱顶驱电机的输出轴与顶驱的主轴同轴连接，角度传感器设置于直驱顶驱电机的轴上，直驱顶驱电机滑动安装于导轨上，顶驱与立管连接，立管上安装有MWD系统压力信号传感器；
[0006]所述的控制系统包括有工具面解码器、动态工具面控制器、角度信号处理器和顶驱伺服与制动系统，工具面解码器的输入端与MWD系统压力信号传感器相连，工具面解码器的输出端与动态工具面控制器的输入端相连，动态工具面控制器的输入端与角度信号处理器的输入端相连，动态工具面控制器的输出端与顶驱伺服与制动系统相连，顶驱伺服与制动系统与直驱顶驱电机相连，角度信号处理器的输入端与角度传感器相连；
[0007]所述的执行机构包括钻杆、钻台、随钻测量系统、弯角式造斜动力钻具和钻头，钻杆的上端与顶驱的主轴同轴相连，所述的驱动系统的导轨固定安装在钻台上，钻杆穿过钻台，钻杆的下端与随钻测量系统的一端相连，弯角式造斜动力钻具与随钻测量系统的另一端相连，钻头安装于弯角式造斜动力钻具的端部上。
[0008]所述的直驱顶驱电机为变频调速异步电动机。
[0009]所述的角度传感器为磁电式编码器。
[0010]所述的钻台底部设置有防喷器，钻杆套装于防喷器的中心处。
[0011]所述的直驱顶驱电机的顶部还安装有通风机。
[0012]所述的直驱顶驱电机通过游车滑动安装在导轨上，角度传感器安装在直驱顶驱电机的主轴上。
[0013]本实用新型具有以下优点:
[0014]1.采用变频调速异步电动机作为电机驱动装置，通过变频系统或者SCR系统，使用数控技术，直接驱动中心轴，带动钻杆钻进，产生的扭矩大、转速低、精度高。
[0015]2.通过在变频调速异步电动机的主轴上设置的磁电式编码角度传感器，实现顶驱电机的旋转角度精确定位。
[0016]3.通过动态工具面控制器实现井下定向动力钻具工具面的动态控制，在钻具工具面发生漂移时，可实时地操作动态工具面控制器，调整钻具工具面，避免设备停钻、上提钻具，从而减少设备损耗，大幅节省人力物力，同时大大减少井下事故的发生。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型的结构示意图
[0018]图2为驱动系统的结构示意图
[0019]图3为本实用新型的控制流程示意图
[0020]图中:1-通风机，2-导轨，3-工具面解码器，4-顶驱伺服与制动系统，5-角度信号处理器，6-动态工具面控制器，7-直驱顶驱电机，8-顶驱，9-角度传感器，10-立管，I1-MWD系统压力信号传感器，12-钻台，13-钻头，14-防喷器，15-钻杆，16-随钻测量系统，17-弯角式造斜动力钻具。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本实用新型做进一步的描述，本实用新型的保护范围不局限于以下所述:
[0022]如图1所示，基于直驱顶驱电机的角度精确定位的驱动控制系统，它包括驱动系统、控制系统和执行机构，其中，驱动系统，它包括直驱顶驱电机7、顶驱8、角度传感器9、导轨2、立管10和MWD (Measure While Drilling，随钻测量)系统压力信号传感器11，直驱顶驱电机7的输出轴与顶驱8的主轴同轴连接，角度传感器9设置于直驱顶驱电机7的轴上，直驱顶驱电机7滑动安装于导轨2上，在本实例中，直驱顶驱电机7的顶部还安装有通风机1，通风机I可对直驱顶驱电机7进行通风冷却，增加直驱顶驱电机7的使用寿命，直驱顶驱电机7为变频调速异步电动机，顶驱8与立管10连接，立管10上安装有MWD系统压力信号传感器11 ;控制系统，它包括有工具面解码器3、动态工具面控制器6、角度信号处理器5和顶驱伺服与制动系统4，工具面解码器3的输入端与MWD系统压力信号传感器11相连，工具面解码器3的输出端与动态工具面控制器6的输入端相连，动态工具面控制器6的输入端与角度信号处理器5的输入端相连，动态工具面控制器6的输出端与顶驱伺服与制动系统4相连，顶驱伺服与制动系统4与直驱顶驱电机7相连，角度信号处理器5的输入端与角度传感器9相连；执行机构，它包括钻杆15、钻台12、随钻测量系统16、弯角式造斜动力钻具17和钻头13，钻杆15的上端与顶驱8的主轴同轴相连，所述的驱动系统的导轨2固定安装在钻台12上，钻杆15穿过钻台12，钻杆15的下端与随钻测量系统16的一端相连，弯角式造斜动力钻具17与随钻测量系统16的另一端相连，钻头13安装于弯角式造斜动力钻具17的端部上，在本实例中，钻台12底部设置有防喷器14，钻杆15套装于防喷器14的中心处。
[0023]在本实施例中，如图2所示，直驱顶驱电机7通过游车滑动安装在导轨2上，角度传感器9安装在直驱顶驱电机7的主轴上，角度传感器9为磁电式编码器。
[0024]本实用新型的具体工作过程如下:钻进设备的MWD系统压力信号传感器11采集井下MWD信号，并将采集到的井下MWD信号传送给工具面解码器3，工具面解码器3对MWD信号进行解码，并将井下工具面信息传递给动态工具面控制器6 ;动态工具面控制器6将接收到的井下工具面信息进行逻辑判断，判断是否超出动态工具面控制器6中设定的阀值，如果不超出设定阀值，则不采取调整措施，继续钻进，如果超出设定阀值，则启动顶驱伺服与制动系统4中的伺服系统；顶驱伺服与制动系统4对顶驱的角度进行调整，直至动态工具面控制器6判断顶驱当前的角度值到设定的角度值，然后顶驱伺服与制动系统4的制动系统制动顶驱，刹车，锁定工具面并继续钻进。
【主权项】
1.基于直驱顶驱电机的角度精确定位的驱动控制系统，其特征在于:它包括驱动系统、控制系统和执行机构；其中， 所述的驱动系统包括直驱顶驱电机(7)、顶驱(8)、角度传感器(9)、导轨(2)、立管(10)和MWD系统压力信号传感器(11)，直驱顶驱电机(7)的输出轴与顶驱(8)的主轴同轴连接，角度传感器(9)设置于直驱顶驱电机(7)的轴上，直驱顶驱电机(7)滑动安装于导轨(2)上，顶驱(8)与立管(10)连接，立管(10)上安装有MWD系统压力信号传感器(11); 所述的控制系统包括有工具面解码器(3)、动态工具面控制器(6)、角度信号处理器(5)和顶驱伺服与制动系统(4)，工具面解码器(3)的输入端与MWD系统压力信号传感器(11)相连，工具面解码器(3 )的输出端与动态工具面控制器(6 )的输入端相连，动态工具面控制器(6)的输入端与角度信号处理器(5)的输入端相连，动态工具面控制器(6)的输出端与顶驱伺服与制动系统(4)相连，顶驱伺服与制动系统(4)与直驱顶驱电机(7)相连，角度信号处理器(5)的输入端与角度传感器(9)相连； 所述的执行机构包括钻杆(15)、钻台(12)、随钻测量系统(16)、弯角式造斜动力钻具(17)和钻头(13)，钻杆(15)的上端与顶驱(8)的主轴同轴相连，所述的驱动系统的导轨(2)固定安装在钻台(12)上，钻杆(15)穿过钻台(12)，钻杆(15)的下端与随钻测量系统(16)的一端相连，弯角式造斜动力钻具(17)与随钻测量系统(16)的另一端相连，钻头(13)安装于弯角式造斜动力钻具(17)的端部上。
2.根据权利要求1所述的基于直驱顶驱电机的角度精确定位的驱动控制系统，其特征在于:所述的直驱顶驱电机(7)为变频调速异步电动机。
3.根据权利要求1所述的基于直驱顶驱电机的角度精确定位的驱动控制系统，其特征在于:所述的角度传感器(9)为磁电式编码器。
4.根据权利要求1所述的基于直驱顶驱电机的角度精确定位的驱动控制系统，其特征在于:所述的钻台(12)底部设置有防喷器(14)，钻杆(15)套装于防喷器(14)的中心处。
5.根据权利要求1所述的基于直驱顶驱电机的角度精确定位的驱动控制系统，其特征在于:所述的直驱顶驱电机(7)的顶部还安装有通风机(I)。
6.根据权利要求1所述的基于直驱顶驱电机的角度精确定位的驱动控制系统，其特征在于:所述的直驱顶驱电机(7)通过游车滑动安装在导轨(2)上，角度传感器(9)安装在直驱顶驱电机(7)的主轴上。
【专利摘要】本实用新型公开了基于直驱顶驱电机的角度精确定位的驱动控制系统，它包括驱动系统、控制系统和执行机构：驱动系统包括变频调速异步电动机、顶驱（8）、磁电式编码器、导轨（2）、立管（10）和MWD系统压力信号传感器（11）；控制系统包括有工具面解码器（3）、动态工具面控制器（6）、角度信号处理器（5）和顶驱伺服与制动系统（4）；执行机构包括钻杆（15）、钻台（12）、随钻测量系统（16）、弯角式造斜动力钻具（17）和钻头（13）。本实用新型的有益效果在于：磁电式编码器，电机的旋转角度定位精确；通过控制系统实时监测工具面，并对工具面角度进行控制，提高钻进效率，节省人力物力，减小井下事故发生的可能性。
【IPC分类】E21B7-04, E21B3-02, E21B44-00
【公开号】CN204357350
【申请号】CN201420840474
【发明人】王江阳, 李汉兴, 武广瑷
【申请人】四川宏华电气有限责任公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2014年12月26日