专利名称：一种石油钻机的智能钻进控制系统和方法
技术领域：
本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种用于石油天然气钻探的石油钻机的控制系统和控制方法。
背景技术：
钻井是地下石油开采的主要方式之一。目前，钻井的钻进过程主要采用人工操作钻机的方式司钻人员依据钻机操作手册上推荐的钻头的推进カ和旋转速度，根据钻进过程的力度感觉调整钻机參数。钻机钻进时，钻具的钻头和岩层之间不仅有湿摩擦，还有干摩擦和半干摩擦。人工操作容易导致钻具上端下放不均匀，造成钻头载荷不均匀；此外由于操作技术的差异也会导致钻压的急剧波动。因而，人工操作的方式会导致钻孔的位置发生偏移推进カ过低会导致，冲击能量的扩散缓慢，使得钻头的推进速率变慢；钻杆的旋转扭矩变小；会导致钻井的位置偏差过大等。推进カ过高也会增加钻井的位置偏差；也不会提高钻头的推进速率。为了获得好的钻井质量，需要避免过低的旋转速度。相反的，过高的旋转速度会导致损伤钻头。采用自动送钻的方法可以消除人工操作钻机的缺点通过采集钻进过程中的參数，例如包括钻压、钻速、扭矩、泥浆性能、岩石特性、地层孔隙压力、井眼轨迹、井眼稳定性、钻头磨损情况和力学特性等，采用智能控制方法使钻具能够适应不同的岩层，获得最佳的岩层穿透速率，并保持钻孔的准直度的能力。智能钻进控制系统不仅能够维持钻进參数的精确性，也能够减少钻头磨损，从而提闻钻井质量和经济效益。申请号为201010115470. 4的中国发明专利(一种入岩钻机及其控制系统和控制方法)公开了ー种用于入岩钻机的控制系统检测钻斗深度并与预先设置的深度基准值进行比较，根据比较结果上提或下压钻斗；检测钻斗压カ并与预先设置的压カ基准值进行比较，根据比较结果控制钻斗停止入岩或继续入岩；检测钻斗速度并与速度基准值进行比较，根据比较结果控制主卷扬减少或提高加压压力。美国专利US 6732052B2 (Method andApparatus for Prediction Control in Drilling Dynamics Using Neural Networks)公开了ー种基于神经网络的钻进过程预测控制方法。利用井下控制计算机控制井下钻具 组合，根据钻进參数和钻进方向的变化自动优化钻进效率。通过神经网络迭代更新钻进过程的预测模型并为司钻人员提供操作指导。文献“石油钻机智能送钻技术研究”(《石油机械》，2006年第34卷第12期，王平等)中提出了一种基于模糊智能技术的石油钻机自动送钻技木。利用エ业控制计算机对钻机辅助电动机进行自动送钻控制，根据熟练操作司钻的控制经验建立模糊规则，实现恒钻压钻进控制。传统的钻进控制方法主要是通过建立钻进过程模型，通过传感器对钻进參数的反馈实现对钻具钻进的控制。然而由于钻进过程受到地质情况、钻头磨损情况和泥浆性能等參数的影响，很难建立精确的数学模型。智能钻进控制方法不需要精确数学模型，就能实现对非线性系统的控制。
发明内容
(一 )要解决的技术问题为克服现有技术中的不足，本发明所要解决的技术问题是提供ー种石油钻机的智能钻进控制系统和控制方法，能够在不建立精确数学模型的情况下，实现对石油钻机钻进过程的控制，控制參数包括石油钻机的钻压和钻速。( ニ )技术方案
本发明提出一种钻机的智能钻进控制系统，所述钻机包括用于钻进的钻头，所述智能钻进控制系统包括钻进控制模块、钻进检测模块、钻进驱动模块；钻进检测模块用于获取钻机钻进过程中的參数；钻进控制模块用于根据钻进检测模块获取的所述參数，计算出钻头期望的钻压和期望的钻速；钻进驱动模块根据所述期望的钻压和期望的钻速，驱动所述钻机钻进。根据本发明的ー种具体实施方式
，所述钻进检测模块获取的參数包括钻头的振动量、钻压、扭矩、钻速和钻井液的參数，所述钻进检测模块包括振动检测単元、钻井液检测单元、钻压检测单元、扭矩检测单元、转速检测单元、钻速检测单元，其中振动检测单元用于实时检测钻头的振动量；钻井液检测模块用于实时检测钻井液的參数；钻压检测单元用于检测所述钻头的钻压；扭矩检测单元用于检测所述钻头的扭矩；转速检测单元用于检测所述钻头的转速；钻速检测单元用于根据所述钻头的钻压、转速和扭矩计算钻头的钻速。根据本发明的ー种具体实施方式
，所述钻进驱动模块包括钻具起升単元和钻具旋转单元，所述钻具起升単元用于悬持钻头和控制钻压；所述钻具旋转单元用于驱动钻头旋转。根据本发明的ー种具体实施方式
，所述钻进控制模块包括内环和外环，所述内环用于控制钻机的钻具旋转单元，所述外环用于控制钻机的钻具起升単元。根据本发明的ー种具体实施方式
，所述内环包括内环模糊控制器単元，所述内环模糊控制器単元存储有内环比例因子、内环量化因子和期望的性能指标，用于根据所述钻速检测单元输入的转速以及该内环比例因子、内环量化因子计算得到钻速模糊输入量，并对该钻速模糊输入量进行模糊推理，获得钻速模糊控制量，井根据该钻速模糊控制量计算用于控制钻具旋转单元的钻速数字控制量，输出到该钻具旋转单元。根据本发明的ー种具体实施方式
，所述外环包括外环模糊控制器単元，所述外环模糊控制器単元存储有外环比例因子、外环量化因子和期望的性能指标，用于根据所述所述钻压检测单元输入的钻压以及该外环比例因子、外环量化因子计算得到钻压模糊输入量，并对该钻压模糊输入量进行模糊推理，获得钻压模糊控制量，并根据该钻压模糊控制量计算用于控制钻具起升単元的钻压数字控制量，输出到该钻具起升単元。本发明还提出一种钻机的智能钻进控制方法，所述钻机包括用于钻进的钻头，所述方法包括如下步骤获取钻机钻进过程中的參数；根据所述获取的參数，计算所述钻头期望的钻压和期望的钻速；根据所述期望的钻压和期望的钻速，驱动所述钻机钻进。(三)有益效果本发明提出的智能钻进控制系统和控制方法，有益于降低钻机钻进过程中司钻人员的劳动强度，提高钻井的井眼轨迹精度、降低钻头磨损和钻头的穿透率。
图I所示为本发明的智能钻进控制系统的模块连接示意图；图2所示为本发明的智能钻进控制系统的工作原理图；图3所示为本发明的智能钻进控制系统的钻进检测模块的工作流程图；图4所示为本发明的智能钻进控制系统的自适应控制方法的控制流程示意图；图5所示为本发明的智能控制方法的自适应參数调整的算法流程图；图6所示为本发明的内环模糊控制器単元的參数调整算法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并參照附图，对本发明作进ー步的详细说明。在石油钻机钻进过程中，由于井下的岩体构造的多祥性，当钻机钻头前端接触到不同性质的岩石时，过高的钻压和钻速可能造成事故，如折断钻杆、钻头，钻头损坏等；过低的钻压、钻速和扭矩又使钻井效率十分低。因此，在某一地层和某一深度，合适的钻压、钻速和扭矩对钻井是十分有利的，既可以提高钻井效率，也有利于减小钻头的磨损。当石油钻机接触到不同性质的岩石时，如果不能实时调整钻压、钻速和扭矩，保持钻头与岩石条件的贴合，就会导致钻头的偏载，甚至折断钻杆。钻压FT可以表示为Ft = MG-FfF2-Ff其中，钻具净重为MG，钻具在钻井液中的浮力是F1，受到钢丝绳上提的拉カ是F2,钻头与岩层之间的摩擦カ是Ff。钻速Vt与钻头的旋转速度Wt和钻压Ft相关。钻头的旋转速度Wt等同于钻杆上转盘的转速Wp。本发明提出的智能钻进控制系统包括钻进控制模块I、钻进检测模块2、钻进驱动模块3。钻进检测模块2获得钻机钻进过程中的钻头的振动量、钻压、扭矩、钻速等以及钻井液的參数。钻进控制模块I根据钻进检测模块2计算得到參数，通过钻进控制模块I中存储的具有參数自调节能力的自适应控制算法単元11，计算出期望的钻压和期望的钻速。钻进驱动模块3根据期望的钻压和期望的钻速，驱动钻机钻进。钻进检测模块包括振动检测单元21、钻井液检测单元22、钻压检测单元23、扭矩检测单元24、钻速检测单元25。其中振动检测单元21实时检测钻头在井下的振动量，即钻头的轴向振动カ的幅值和频率、钻头的纵向振动カ的幅值和频率；钻井液检测ネ吴块22实时检测井下钻头附近的钻井液的物理特性和化学特性，包括钻井液的粘度、PH值、温度和钻井液压等參数信息；钻压检测单元23实时测量钻头与井下岩层之间的接触压カ；扭矩检测単元24測量钻进过程中钻头的扭矩，包括測量破碎岩石时的水平阻カ和钻具回转时与孔壁的摩擦阻力的大小；转速检测单元25检测测量钻头转速；钻速检测模块25则根据钻压、转速和扭矩，计算出岩层穿透率计算钻机钻进时的岩石穿透速度，即钻速。钻进驱动模块3包括用于悬持钻头和控制钻压的钻具起升単元31，和用于驱动钻头旋转以破碎岩层的钻具旋转单元32，优选的钻具起升単元31可以包括绞车、辅助刹车等起升钻具以及悬持钻柱和控制钻压的机构；钻机钻具旋转单元32包括转盘、水龙头和钻具等用于驱动钻具旋转以破碎岩层的机构。
为确保钻孔过程中钻压和钻速变化的光滑性，需要采用智能控制系统及控制方法，控制石油钻机的钻具起升单元31和钻具旋转单元32。图I所示为本发明的智能钻进控制系统的模块连接示意图。如图I所示，钻进驱动模块3的作用对象为井下岩层和泥浆等。钻进检测模块2的输出端连接钻进控制模块I的输入端；钻进控制模块I的输出端连接钻进驱动模块3 ;钻进检测模块2实时检测钻进驱动模块3的状态和作用对象4的状态。图2为本发明的智能钻进控制系统的工作原理图。根据钻进检测模块2输出的钻头振动量、钻井液參数、钻压、扭矩、钻头转速，以及钻速等信息，钻进控制模块I计算出下一时刻期望的钻压和期望的钻速。期望钻压和期望钻速输出到钻进驱动模块3中，以调整钻具起升单元31和钻具旋转单元32。图3所示为本发明的智能钻进控制系统的钻进检测模块2的结构示意图。钻进检测模块2包括振动检测单元21、钻井液检测单元22、钻压检测单元23、扭矩检测单元24、转速检测单元25、钻速检测单元26。其中振动检测単元21实时检测钻头在井下的振动规律， 可以是轴向振动カ幅值、纵向振动カ幅值；钻井液检测单元22实时检测井下钻头附近的钻井液參数，可以是钻井液的粘度、PH值、温度和钻井液压等參数；钻压检测单元23实时测量钻头与井下岩层之间的钻压；扭矩检测单元24測量钻进过程中钻头破碎岩石时的水平阻力和钻具回转时与孔壁的摩擦阻力，获得扭矩；转速检测单元25检测钻头转速，可以是转盘的旋转速度；钻速检测单元26根据钻头转速、钻压和扭矩，计算出钻速，如下式所示APR = PRZ(PPxyjRr)其中，APR表示钻速，PR表示钻头转速，PP表示钻压，RP表示扭矩。图4所示为本发明的智能钻进控制系统的自适应控制方法的控制流程示意图。本发明的自适应控制方法采用參数自调节的模糊控制算法，由两个控制环路构成，内环为钻速控制，外环为钻压控制。钻进控制模块I包括内环和外环，内环包括内环模糊控制器単元125、内环性能评价单元135、内环參数校正単元145、内环决策単元155 ;外环包括外环模糊控制器単元126、外环性能评价单元136、外环參数校正単元146、外环决策単元156。内环的钻速控制由内环模糊控制器単元125、内环性能评价单元135、内环參数校正単元145、内环决策単元155等四个部分，内环的输出控制钻机的钻具旋转单元31。外环的钻压控制包括外环模糊控制器単元126、外环性能评价单元136、外环參数校正単元146、外环决策単元156等四个部分，夕卜环的输出控制钻机的钻具起升单元32。内环模糊控制器単元125存储有内环比例因子、内环量化因子和期望的性能指标，该内环比例因子和内环量化因子具有一个相同的可调系数P。所述内环比例因子是指内环模糊控制器単元中，将钻速模糊控制量转换为钻速数字控制量的ー个參数。Ku=Y，式中，Ku为内环比例因子，Yu为钻速数字控制量，L为钻速模糊控制量的论域的上确界。所述内环量化因子是指内环模糊控制器単元中，将期望输出的钻速模糊控制量与实际输出的钻速模糊控制量之间的误差变量转换为相应的钻速误差的模糊输入量的ー个參数。A = 7，式中，Ke为内环量化因子，Xe为误差变量的基本论域的上确界，n为误差变量的模糊子集的论域的上确界。该内环模糊控制器単元125用于根据所述钻速检测单元26输入的转速以及该内环比例因子、内环量化因子计算得到钻速模糊输入量，并对该钻速模糊输入量进行模糊推理，获得钻速模糊控制量，井根据该钻速模糊控制量计算用于控制钻具旋转单元32的钻速数字控制量，输出到该钻具旋转单元32。内环性能评价单元135用于根据所述内环模糊控制器単元125存储的期望的性能指标和由所述钻进检测模块2检测的实际的钻机钻进过程中的參数，计算ー个性能评价函数V(X)，该性能评价函数V(X)用于评价所检测的參数与期望性能指标的符合程度。内环參数校正単元145用于根据钻速数字控制量计算所述可调系数P的修正量AP。内环决策単元155用于根据所述当前时刻t的可调系数Pt及所述修正量A P，比较可调系数P在Pt、Pt+ A P、Pt- A P时的所述评价函数V (x)、V+ (x)、V_ (x)，选择最大值所对应的可调系数，作为下ー时刻t+1的内环比例因子和内环量化因子的可调系数。外环模糊控制器単元126存储有外环比例因子、外环量化因子和期望的性能指标，该外环比例因子和外环量化因子具有一个相同的可调系数P。所述外环比例因子是指外环模糊控制器単元中，将钻压模糊控制量转换为钻压数字控制量的ー个參数。所述外环量化因子是指外环模糊控制器単元中，将期望输出的钻压模糊控制量与实际输出的钻压模糊控制量之间的误差转换为相应的钻压速误差的模糊输入量的ー个參数。该外环模糊控制器単元125用于根据所述钻压检测单元23输入的钻压以及该外环比例因子、外环量化因子计算得到钻压模糊输入量，并对该钻压模糊输入量进行模糊推理，获得钻压模糊控制量，并根据该钻压模糊控制量计算用于控制钻具起升単元31的钻压数字控制量，输出到该钻具起升単元31。外环性能评价单元136用于根据所述外环模糊控制器単元126存储的期望的性能指标和由所述钻进检测模块2检测的实际參数计算ー个性能评价函数V(X)，该性能评价函数V(X)用于评价实际性能指标与期望性能指标的符合程度。外环參数校正単元146用于根据钻压数字控制量计算所述可调系数P的修正量AP。外环决策単元156用于根据所述当前时刻t的可调系数Pt及所述修正量A P，比较可调系数P在Pt、Pt+ A P、Pt- A P时的所述评价函数V (x)、V+ (x)、V_ (x)，选择最大值所对应的可调系数，作为下ー时刻t+1的外环比例因子和外环量化因子的可调系数。图5所示为本发明的智能钻进控制系统的自适应控制方法的流程图。如上所述，本发明的方法由钻进控制模块I的内环和外环实现，总体来说，本发明首先建立模糊控制器単元的初始控制參数，然后再基于增强学习算法进行模糊控制器単元的參数调整。下面以钻速控制回路中的内环模糊控制器単元125的參数调整为例描述本发明的方法，钻压控制回路中的外环模糊控制器単元126的參数调整的步骤相类似。内环控制方法包括Al :初始化内环模糊控制器单元125的控制參数，优选地，控制參数包括内环比例因子和内环量化因子。A2 :内环模糊控制器単元125接收由钻速检测单元26提供的钻速，井根据所述内环比例因子的初始值和内环量化因子的初始值，将输入的钻速变成内环模糊控制器単元125要求的钻速模糊输入量；A3 :内环模糊控制器単元125根据ー个模糊规则库，对钻速模糊输入量进行模糊推理，获得钻速模糊控制量。A4 内环模糊控制器単元125将模糊推理得到的钻速模糊控制量变换为实际用于 控制钻具旋转单元32的钻速数字控制量，然后输出到钻具旋转单元32。A5 :调整内环模糊控制器単元125的其内环比例因子和内环量化因子。内环比例因子和内环量化因子的调整方法将在下面说明。A6:返回步骤A2。图6所示为本发明的内环模糊控制器単元125的内环比例因子和内环量化因子的调整方法流程图。根据本发明，内环量化因子和内环比例因子具有一个相同的可调系数P。通过调整P，便可以得到调整后的内环比例因子和内环量化因子。具体的步骤如下描述BI :设置内环模糊控制器単元125的期望的性能指标，优选的可以设置模糊控制器単元125的阶跃响应的上升时间、超调量和振幅。B2 :内环性能评价单元135用于根据所述内环模糊控制器単元125的期望的性能指标和由所述钻进检测模块2检测的实际性能指标计算ー个性能评价函数V(X)，该性能评价函数V(X)用于评价实际性能指标与期望性能指标的符合程度。优选的，所述评价函数V(X)的计算公式如下y(x) = expH^—^)2 -(^―^))
A A A其中，@2、为设置的评价函数的宽度；X(l、Xa分别是阶跃响应实际的上升时间、超调量和振幅，xd0, xdr, <分别是期望的上升时间、超调量和振幅；评价函数V(x) G
。B3 :内环參数调节单元145根据钻速数字控制量计算可调系数P的修正量A P。优选的，修正量AP的计算如下式AZj = OrlXl-/;)^ 1 广其中，AP是系数P的修正量，是初始学习率，Vt是t时刻的评价函数值，Pt是t时刻的模糊控制器的可调系数。B4 :内环决策単元根据所述当前时刻t的可调系数Pt及所述修正量A P，比较可调系数P在Pt、Pt+ A P、Pt- A P时的所述评价函数V (X)、V+ (X)、V_ (X)，选择最大值所对应的可调系数P，作为下ー时刻t+1的内环比例因子和内环量化因子的可调系数P。外环控制方法包括
Cl :初始化外环模糊控制器单元126的控制参数，优选地，控制参数包括外环比例因子和外环量化因子。C2 :外环模糊控制器单元126接收由钻压检测单元23提供的钻压，并根据所述外环比例因子的初始值和外环量化因子的初始值，将输入的钻压变成外环模糊控制器单元126要求的钻压模糊输入量；C3 :外环模糊控制器单元126根据一个模糊规则库，对钻压模糊输入量进行模糊推理，获得钻压模糊控制量。
C4 :外环模糊控制器单元126将模糊推理得到的钻压模糊控制量变换为实际用于控制钻具起升单元31的钻压数字控制量，然后输出到钻压起升单元31。C5 :调整外环模糊控制器单元126的其外环比例因子和外环量化因子。调整外环比例因子和外环量化因子的步骤与调整内环比例因子和外环量化因子的步骤相仿，在此不再赘述。C6:返回步骤C2。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种钻机的智能钻进控制系统，所述钻机包括用于钻进的钻头，其特征在于，所述智能钻进控制系统包括钻进控制模块(I)、钻进检测模块(2)、钻进驱动模块(3)； 钻进检测模块(2)用于获取钻机钻进过程中的参数； 钻进控制模块(I)用于根据钻进检测模块(2)获取的所述参数，计算出钻头期望的钻压和期望的钻速； 钻进驱动模块(3)根据所述期望的钻压和期望的钻速，驱动所述钻机钻进。
2.根据权利要求I所述的智能钻进控制系统，其特征在于，所述钻进检测模块(2)获取的参数包括钻头的振动量、钻压、扭矩、钻速和钻井液的参数，所述钻进检测模块(2)包括振动检测单元(21)、钻井液检测单元(22)、钻压检测单元(23)、扭矩检测单元(24)、转速检测单元(25)、钻速检测单元(26)，其中 振动检测单元(21)用于实时检测钻头的振动量； 钻井液检测模块(22)用于实时检测钻井液的参数； 钻压检测单元(23)用于检测所述钻头的钻压； 扭矩检测单元(24)用于检测所述钻头的扭矩； 转速检测单元(25)用于检测所述钻头的转速； 钻速检测单元(26)用于根据所述钻头的钻压、转速和扭矩计算钻头的钻速。
3.根据权利要求2所述的智能钻进控制系统，其特征在于，所述钻头的振动量包括钻头的轴向振动力的幅值和频率、钻头的纵向振动力的幅值和频率。
4.根据权利要求2所述的智能钻进控制系统，其特征在于，所述钻井液的参数包括钻井液的粘度、PH值、温度和钻井液压。
5.根据权利要求2所述的智能钻进控制系统，其特征在于，所述钻速检测单元(26)根据下式计算钻速 APR = PR/{PP X ，其中APR表示钻速，PR表示钻头转速，PP表示钻头的钻压，RP表示钻头的扭矩。
6.根据权利要求2所述的智能钻进控制系统，其特征在于，所述钻进驱动模块(3)包括钻具起升单元(31)和钻具旋转单元(32)， 所述钻具起升单元(31)用于悬持钻头和控制钻压； 所述钻具旋转单元(32)用于驱动钻头旋转。
7.根据权利要求6所述的智能钻进控制系统，其特征在于，所述钻进控制模块(I)包括内环和外环，所述内环用于控制钻机的钻具旋转单元(31)，所述外环用于控制钻机的钻具起升单元(32)。
8.根据权利要求7所述的智能钻进控制系统，其特征在于，所述内环包括内环模糊控制器单元(125)，所述内环模糊控制器单元(125)存储有内环比例因子、内环量化因子和期望的性能指标，用于根据所述钻速检测单元(26)输入的转速以及该内环比例因子、内环量化因子计算得到钻速模糊输入量，并对该钻速模糊输入量进行模糊推理，获得钻速模糊控制量，并根据该钻速模糊控制量计算用于控制钻具旋转单元(32)的钻速数字控制量，输出到该钻具旋转单元(32)。
9.根据权利要求8所述的智能钻进控制系统，其特征在于，所述内环还包括内环性能评价单元(135)，所述内环性能评价单元(135)用于根据所述内环模糊控制器单元(125)存储的期望的性能指标和由所述钻进检测模块(2)检测的所述参数计算一个性能评价函数，该性能评价函数用于评价所检测的参数与期望性能指标的符合程度。
10.根据权利要求8所述的智能钻进控制系统，其特征在于，所述内环还包括内环参数校正单元(145)，所述内环比例因子和内环量化因子具有一个相同的可调系数P，所述内环参数校正单元(145)用于根据所述钻速数字控制量计算所述可调系数P的修正量Λ P。
11.根据权利要求10所述的智能钻进控制系统，其特征在于，所述内环还包括内环决策单元(155)，所述内环决策单元(155)用于根据所述当前时刻t的可调系数Pt及所述修正量ΛΡ，比较可调系数？在？14+八？上-八？时的所述评价函数￥00、￥+^、￥_“)，选择最大值所对应的可调系数，作为下一时刻t+Ι的内环比例因子和内环量化因子的可调系数。
12.根据权利要求7所述的智能钻进控制系统，其特征在于，所述外环包括外环模糊控制器单元(126)，所述外环模糊控制器单元(126)存储有外环比例因子、外环量化因子和期望的性能指标，用于根据所述所述钻压检测单元(23)输入的钻压以及该外环比例因子、夕卜环量化因子计算得到钻压模糊输入量，并对该钻压模糊输入量进行模糊推理，获得钻压模糊控制量，并根据该钻压模糊控制量计算用于控制钻具起升单元(31)的钻压数字控制量，输出到该钻具起升单元(31)。
13.根据权利要求12所述的智能钻进控制系统，其特征在于，所述外环还包括外环性能评价单元(136)，所述外环性能评价单元(136)用于根据所述外环模糊控制器单元(126)存储的期望的性能指标和由所述钻进检测模块(2)检测的所述参数计算一个性能评价函数，该性能评价函数用于评价所检测的参数与期望性能指标的符合程度。
14.根据权利要求12所述的智能钻进控制系统，其特征在于，所述外环还包括外环参数校正单元(146)，所述外环比例因子和外环量化因子具有一个相同的可调系数P，所述外环参数校正单元(146)用于根据所述钻压数字控制量计算所述可调系数P的修正量ΛΡ。
15.根据权利要求14所述的智能钻进控制系统，其特征在于，所述外环还包括外环决策单元(155)，所述外环决策单元(155)用于根据所述当前时刻t的可调系数Pt及所述修正量ΛΡ，比较可调系数？在？14+八？上-八？时的所述评价函数￥00、￥+^、￥_“)，选择最大值所对应的可调系数，作为下一时刻t+Ι的外环比例因子和外环量化因子的可调系数。
16.一种钻机的智能钻进控制方法，所述钻机包括用于钻进的钻头，其特征在于，所述方法包括如下步骤 获取钻机钻进过程中的参数； 根据所述获取的参数，计算所述钻头期望的钻压和期望的钻速； 根据所述期望的钻压和期望的钻速，驱动所述钻机钻进。
17.如权利要求16所述的钻机的智能钻进控制方法，其特征在于，所述获取的参数包括钻头的钻速和/或钻头的钻压，所述计算所述钻头期望的钻速和/或钻头的钻压的步骤包括如下步骤 根据所获取的钻速或钻压、内环比例因子、内环量化因子，计算钻速模糊输入量或钻压模糊输入量； 根据一个模糊规则库，对钻速模糊输入量或钻压模糊输入量进行模糊推理，获得钻速模糊控制量或钻压模糊控制量；将模糊推理得到的钻速模糊控制量或钻压模糊控制量量变换为钻速数字控制量或钻压数字控制量。
18.如权利要求17所述的钻机的智能钻进控制方法，其特征在于，所述比例因子和量化因子具有一个相同的可调系数P，该方法还包括根据所述钻速数字控制量或钻压数字控制量计算所述可调系数P的修正量ΔΡ。
19.如权利要求18所述的钻机的智能钻进控制方法，其特征在于，所述修正量ΛΡ的计算如下式
20.如权利要求19所述的钻机的智能钻进控制方法，其特征在于，所述评价函数V(X)的计算公式如下
全文摘要
本发明公开了一种用于石油钻机钻进控制的智能钻进控制系统和控制方法。智能钻进控制系统包括钻进驱动模块、钻进检测模块、钻进控制模块。智能控制方法为具有参数自调节能力的模糊控制算法，算法由两个控制环路构成，内环为钻速控制，外环为钻压控制。每个控制回路都包括模糊控制器单元、性能评价单元、参数校正单元、决策单元等四个部分，能够通过自适应调整模糊控制器的参数，提高控制器性能，实现对石油钻机的钻压和钻速的智能控制。本发明能够降低钻机钻进过程中工人劳动强度，并能够提高钻井的井眼轨迹精度、降低钻头磨损和提高钻速。
文档编号E21B44/00GK102852511SQ201210372330
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者苏建华, 乔红, 戴相富, 王鹏, 郑碎武, 王敏 申请人:中国科学院自动化研究所