变频调幅振动解卡系统和方法与流程

本发明涉及一种变频调幅振动解卡系统和方法。更特别地，本发明涉及一种用于石油和地矿钻井、完井、修井卡钻事故处理的变频调幅振动解卡系统和方法。

背景技术：

石油和地矿的钻井、完井、修井作业是一项极其复杂的工程，由于地质构造的复杂和不可预见的因素，经常造成钻具或井下工具在井内不能自由活动，出现卡钻事故，给工程作业造成重大的人力财力损失，甚至造成油井报废。根据造成卡钻的原因，大致可分为以下几种类型：键槽卡钻、沉砂卡钻、井塌卡钻、压差卡钻(粘附卡钻)、岩石缩径卡钻、落物卡钻、结蜡卡钻、水泥凝固卡钻、套管变形卡钻、封隔器卡钻等。遇到卡钻后，根据卡钻的类型及原因，卡点深度等综合考虑并分析研究，目前主要选择采用以下几种不同的解卡方式：

(1)上下活动和转动解卡：在井内管柱及钻机或修井机设备能力允许范围内，通过上提下放反复活动管柱，以达到解卡目的。活动解卡适用于各种管柱或落物卡钻；或者利用转盘或顶驱在钻具抗扭强度允许范围内转动钻具进行解卡。无论上下活动还是转动，都是在利用钻具或钻机、修井机的最大极限负荷进解卡，作业十分危险，油田多次出现钻机拉垮、钻具拉断、钻具扭断、游车下落等事故发生，甚至出现人员伤亡，给国家带来大量的人力财力损失。

(2)震击解卡：将震击器，加速器等与打捞工具一起下井，当捞上并抓紧落物后，根据井况，通过操作，对被卡管柱进行连续上击或下击，将卡点震松以达到解卡目的。震击解卡适用于落物被砂卡、化学堵剂卡，物件卡及套管损坏卡等。震击器本身的震击次数是有限的，受井下温度的影响，其内部密封件的使用寿命有限，最好的国外震击器能震击500～800次。

(3)倒扣解卡：在井内被卡管柱较长，活动解卡无法解卡时可采用反扣打捞工具，将被卡管柱捞获分别倒出，以分解卡点力量，达到解卡目的。倒扣解卡适用于活动和震击解卡无效时的各种类型卡钻。

(4)套铣解卡：采用合适的套铣工具，将卡点周围的致卡物套铣干净，达到解卡目的。套铣解卡适用于砂、水泥、封隔器及小件落物卡等。

(5)浸泡解卡：对卡点注入相溶的解卡剂，通过浸泡一定时间，将卡点溶解，以达到解卡目的，浸泡解卡适用于蜡卡、泥饼卡、水泥卡等。

(6)磨蚀解卡：利用磨铣工具，对卡点进行磨铣，以达到解除卡钻的目的。磨蚀解卡适用于打捞物内外打捞工具无法进入及其它工艺无法解卡时使用。

(7)爆炸解卡：用电缆将一定数量的导爆索下至卡点处，引爆后利用爆炸震动，可使卡点钻具松动解卡，爆炸解卡适用于卡点较深的管柱卡。

采用以上几种方式时，单一的解卡方式不一定能够达到目的，根据井况，往往将两种或几种方式交替使用。但是，卡钻处理的成功率到目前为止仍然不高，卡钻处理的成本和时效居高不下，严重影响作业进度，各大油田和地矿部门每年都会因卡钻造成大量的经济损失甚至出现工程报废，现场急需要一种新的高效处理卡钻的设备和技术来解决目前存在的卡钻问题。

技术实现要素：

未解决如上所述的问题，本发明提供一种新的变频调幅振动解卡系统和方法。采用本发明的变频调幅振动解卡系统和方法，能够有效地解决现有卡钻事故处理技术所存在的上述缺陷，解决时效低、成功率低的问题，同时解决大负荷上下活动、扭转钻具的危险性等问题。

在本发明的第一方面中，提供了一种用于石油和地矿钻井、完井、修井卡钻事故处理的变频调幅振动解卡系统，包括：变频调幅振动解卡装置，通过产生纵向高频振动，带动井下被卡钻具产生高频振动，高频振动的能量通过被卡钻具传递到井下的卡点并在卡点处产生振动波，在振动波作用下卡点位置的钻具会松动而被解卡；控制装置，用于对变频调幅振动解卡装置进行驱动和控制，包括控制变频调幅振动解卡装置的启动、停机以及振动频率和振幅大小；电脑及软件系统，用于接收实时数据监测系统传输过来的数据，对其进行存储、自动分析、接受人工干预指令，并对控制装置进行控制；动力系统，为整个系统提供动力；实时数据监测系统，利用安装在变频调幅振动解卡装置上的传感器对变频调幅振动解卡装置的运行参数进行监测，并将监测到的数据传输到电脑，为电脑进行数据分析和人工决策提供原始数据。

在优选的实施方式中，所述变频调幅振动解卡系统为电驱变频调幅振动解卡系统，包括：电驱变频调幅振动解卡装置1，用于产生纵向高频振动；电气控制装置2，用于对电驱变频调幅振动解卡装置1进行驱动和控制；电脑及软件系统3，用于接收实时数据监测系统5传输过来的数据，对其存储、自动分析、接受人工干预指令，并对电气控制装置2进行控制；供电系统4，用于对整个系统提供电力；实时数据监测系统5，用于对电驱变频调幅振动解卡装置1的运行参数进行实时监测并将数据传输到电脑及软件系统3。

在优选的实施方式中，所述电驱变频调幅振动解卡装置1包括振动器机构11、减振器机构12、电机和传动机构13、以及悬挂承载机构14。振动器机构11设计安装在悬挂承载机构14的下半部分并且只能安装在悬挂承载机构14的下半部分，减振器机构12设计安装在悬挂承载机构14的上半部分并且只能安装在悬挂承载机构14的上半部分，二者的安装位置不能交换。电机和传动机构13设计安装在悬挂承载机构14的中间部分。

其中，悬挂承载机构14是电驱变频调幅振动解卡装置1的承重机构，包括承重壳体141、内部骨架142、顶部悬挂头143、以及底部连接头144。顶部悬挂头143加工在悬挂承载机构14壳体的顶部，其作用是将整个电驱变频调幅振动解卡装置1的重量和井下被卡钻具的重量悬挂在游车大钩上或悬挂在游车的吊环上。底部连接头144加工在悬挂承载机构14壳体的底部上，其作用是与井下被卡钻具相连接并承受钻具重量。

振动器机构11包括对称偏芯轮111、以及主动轴齿轮和从动轴齿轮112，用于产生纵向高频振动。

减振器机构12包括横梁121、竖轴122、吸振架123、和弹簧或者吸振橡胶124。吸振架123固定在振动器机构11上部，其两侧各装有对称的竖轴122，每根竖轴122上下套入压缩弹簧或者吸振橡胶成为一组，竖轴122上部固定至横梁121，由于多组对称安装的弹簧或者吸振橡胶的减振作用，使振动器机构11所产生的向上的较大振幅传递到吸振器机构12时将大为减弱，起到保护顶部悬挂头143上部悬挂承重设备的作用。

电机和传动机构13包括电动机、齿轮、主动和从动轴、以及皮带，主要作用是带动振动器机构11的对称偏芯轮111做同步相互反向旋转运动。

在优选的实施方式中，所述电气控制装置2用于对电驱变频调幅振动解卡装置1进行驱动和控制，包括电气接线开关设备、继电器和plc控制系统、调频器、调幅器、测量仪表、断路器、接触器、热保护元件、启动按钮、停止按钮、和指示灯，组装在封闭或半封闭的金属柜内。电气控制装置2通过电缆42与电机和传动机构13相连。电气控制装置2控制改变电流方向，即可控制电动机的转动方向，电动机带动对称偏芯轮111做同步相互反向旋转运动，使对称偏芯轮111产生的横向离心力相互抵消，而垂直离心力则相互叠加，通过偏芯轮111的高速转动使齿轮箱体产生垂直的上下振动，齿轮箱体固定在悬挂承载机构14下半部分壳体上，因此偏芯轮111就会带动底部连接头144高频振动。

在优选的实施方式中，所述电脑及软件系统3用于接收实时数据监测系统5传输过来的数据，对其存储、自动分析、接受人工干预指令，并对电气控制装置2进行控制。电脑及软件系统3通过电缆31与电气控制装置2相连；通过电缆43与供电系统4相连；通过电缆54与信号转换模块55相连。

在优选的实施方式中，所述供电系统4用于对整个系统提供电力，包括电缆41、电缆42、和电缆43。供电来源一般由钻井队、修井队现场提供，或另备发电机；供电系统4通过电缆41与电气控制装置2相连；通过电缆43与电脑及软件系统3相连。

在优选的实施方式中，所述实时数据监测系统5用于对电驱变频调幅振动解卡装置1的运行参数进行实时监测并将数据传输到电脑及软件系统3，包括：安装在悬挂承载机构14的外壳底部的底部振动传感器53和信号电缆531，用于监测电驱变频调幅振动解卡装置1底部产生的振动频率和振幅；安装在悬挂承载机构14的外壳顶部的顶部振动传感器52和信号电缆521，用于监测电驱变频调幅振动解卡装置1顶部产生的振动频率和振幅；安装在电机和传动装置13上的电机温度传感器51和信号电缆511；信号转换模块55和信号电缆54。底部振动传感器53通过信号电缆531与信号转换模块55相连；顶部振动传感器52通过信号电缆521与信号转换模块55相连；电机温度传感器51通过信号电缆511与信号转换模块55相连；信号转换模块55通过信号电缆54与电脑及软件系统3相连。

在优选的实施方式中，所述变频调幅振动解卡系统为液驱变频调幅振动解卡系统，包括：液驱变频调幅振动解卡装置6，在液力马达驱动下产生纵向高频振动；电气控制装置7，用于对液驱变频调幅振动解卡装置6进行驱动和控制；电脑及软件系统8，用于接收实时数据监测系统10传输过来的数据，对其存储、自动分析、接受人工干预指令，并对电气控制装置7进行控制；发动机和液力泵系统9，用于对整个系统提供动力；实时数据监测系统10，用于对液驱变频调幅振动解卡装置6的运行参数进行实时监测并将数据传输到电脑及软件系统8。

在优选的实施方式中，所述液驱变频调幅振动解卡装置6包括振动器机构61、减振器机构62、液力马达和传动机构63、以及悬挂承载机构64。振动器机构61设计安装在悬挂承载机构64的下半部分并且只能安装在悬挂承载机构64的下半部分。减振器机构62设计安装在悬挂承载机构64的上半部分并且只能安装在悬挂承载机构64的上半部分。减振器机构62和振动器机构61的安装位置不能上下颠倒。液力马达和传动机构63设计安装在悬挂承载机构64的中间部分。

其中，悬挂承载机构64是液驱变频调幅振动解卡装置6的承重机构，包括承重壳体641、内部骨架642、顶部悬挂头643、和底部连接头644。顶部悬挂头643加工在悬挂承载机构64壳体的顶部，其作用是将整个液驱变频调幅振动解卡装置6的重量和井下被卡钻具的重量悬挂在游车大钩上或悬挂在游车的吊环上。底部连接头644加工在悬挂承载机构64壳体的底部，其作用是与井下被卡钻具相连接并承受钻具重量。

振动器机构61包括对称偏芯轮611、以及主动轴齿轮和从动轴齿轮612，其主要功能是产生纵向高频振动。

减振器机构62包括横梁621、竖轴622、吸振架623、和弹簧或者吸振橡胶624。吸振架623固定在振动器机构61上部，其两侧各装有对称的竖轴622，每根竖轴上下套入压缩弹簧成为一组，竖轴上部固定横梁621，由于多组对称安装的弹簧的减振作用，使振动器机构61所产生的向上的较大振幅传递到吸振器机构62时将大为减弱，起到保护顶部悬挂头643上部悬挂承重设备的作用。

液力马达和传动机构63包括液力马达、齿轮、主动和从动轴、以及皮带，主要作用是带动振动器机构61上的对称偏芯轮611做同步相互反向旋转运动，对称偏芯轮611产生的横向离心力相互抵消，而垂直离心力则相互叠加，通过对称偏芯轮611的高速转动使齿轮箱体产生垂直的上下振动，齿轮箱体是固定在悬挂承载机构64下半部分壳体上，因此对称偏芯轮611就会带动底部连接头644高频振动。

在优选的实施方式中，所述电气控制装置7用于对发动机和液力泵系统9进行驱动和控制，包括：电气接线开关设备、继电器和plc控制系统、调频器、调幅器、测量仪表、断路器、接触器、热保护元件、启动按钮、停止按钮、和指示灯，组装在封闭或半封闭金属柜内。电气控制装置7通过电缆71与发动机和液力泵系统9相连，并对发动机和液力泵系统9运行进行控制。

在优选的实施方式中，所述电脑及软件系统8用于接收实时数据监测系统10传输过来的数据，对其存储、自动分析、接受人工干预指令，并对电气控制装置7进行控制。电脑及软件系统8通过电缆81与电气控制装置7相连；通过电缆92与发动机和液力泵系统9相连；通过电缆105与信号转换模块105相连。

在优选的实施方式中，所述发动机和液力泵系统9用于对整个系统提供动力：通过液压回路管线91与液力马达和传动机构63相连，为液力马达和传动机构63提供动力，液力马达和传动机构63带动对称偏芯轮611产生纵向振动；通过电缆92为电脑及软件系统8提供电能。

在优选的实施方式中，所述实时数据监测系统10用于对液驱变频调幅振动解卡装置6的运行参数进行实时监测并将数据传输到电脑及软件系统8，包括：安装至悬挂承载机构64的外壳底部的底部振动传感器101和信号电缆1011，用于监测液驱变频调幅振动解卡装置6底部产生的振动频率和振幅；安装至悬挂承载机构64的外壳顶部的顶部振动传感器102和信号电缆1021，用于监测液驱变频调幅振动解卡装置6顶部产生的振动频率和振幅；安装在液力马达和传动机构63上的温度传感器103和信号电缆1031；信号电缆104和信号转换模块105。底部振动传感器101通过信号电缆1011与信号转换模块105相连；顶部振动传感器102通过信号电缆1021与信号转换模块105相连；液力马达温度传感器103通过信号电缆1031与信号转换模块105相连；信号转换模块105通过信号电缆104与电脑及软件系统8相连。

本发明提供的电驱动变频调幅振动解卡系统和液驱动变频调幅振动解卡系统功能是相同的，即都是依据自身产生纵向高频振动，带动连接在底部的钻具，强迫井下钻具产生高频振动，再使钻具带动井下卡点周围的岩石和落物产生高频振动，达到松动卡点甚而解卡的目的，但两种系统的各自产生纵向振动的方式不同，前者是依据电力驱动，后者是依据液力驱动。此两种系统是完全独立的。

在第二方面中，本发明涉及一种变频调幅振动解卡方法，使用如上所述的变频调幅振动解卡装置，包括以下步骤：

(1)在地面将电气控制装置2、7，电脑及软件系统3、8，供电系统4或发动机和液力泵系统9，实时数据监测系统5、10分别用对应的电缆连接起来；

(2)将电驱变频调幅振动解卡装置1或液驱变频调幅振动解卡装置6吊上钻台，将其顶部悬挂头143、643悬挂在顶驱或游车60上；将电驱变频调幅振动解卡装置1或液驱变频调幅振动解卡装置6的底部连接头144、644与井下被卡钻具50相连接；

(3)将电驱变频调幅振动解卡装置1的电机和传动机构13或者液驱变频调幅振动解卡装置6的液力马达和传动机构63用电缆与电气控制装置2、7连接起来；将实时数据监测系统5、10的各个传感器分别通过对应电缆与信号转换模块55、105连接起来；

(4)用钻机或修井机上提顶驱或游车60，调整顶驱或游车负荷悬重w；

(5)通电，用电气控制装置2、7和电脑及软件系统3、8设定初始振动频率m和初始振动振幅n；启动电机和传动机构13或者液力马达和传动机构63运转，电驱变频调幅振动解卡装置1或者液驱变频调幅振动解卡装置6将会带动被卡钻具50产生高频振动，被卡钻具50带动卡点周围的岩石、泥土或落物901产生高频振动；实时数据监测系统5、10将电驱变频调幅振动解卡装置1或者液驱变频调幅振动解卡装置6顶部实际运行频率m1和振幅n1、底部实际运行频率m2和振幅n2、电机运转温度t实时传输给电脑及软件系统3、8；整个系统开始工作，观察游车负荷悬重w的变化，确定是否解卡；设定运行时间h，超过h时间后，如果还没有解卡，则进行下一步；

(6)利用钻机、修井机改变游车负荷悬重w，利用电气控制装置2、7和电脑及软件系统3、8改变振动频率m、振动振幅n，此三个参数在系统允许的安全范围内可任意改变，尝试w、m、n三者最佳值，以使卡点周围的岩石、泥土或落物901产生最大振动，达到松动卡点、进而解卡的目的。

在优选的实施方式中，变频调幅振动解卡系统整体具有防爆功能，满足现场安全要求。电驱变频调幅振动解卡装置1或者液驱变频调幅振动解卡装置6的整体抗拉强度k，该抗拉强度k不低于钻机、修井机的最大提升负荷。电驱变频调幅振动解卡装置1或者液驱变频调幅振动解卡装置6的振动频率m：1赫兹<m<300赫兹，振动振幅n：1mm<n<450mm。变频调幅振动解卡系统振击力l：1吨<l<800吨。

本发明的电驱变频调幅振动解卡装置1或者液驱变频调幅振动解卡装置6的工作过程如下：在钻具被卡后，将电驱或液驱变频调幅振动解卡装置安装在游车下面并与井下钻具连接起来，利用地面提供电驱或液驱变频调幅振动解卡装置上的电动机或液力马达，带动对称偏芯轮做同步相反方向运动，对称偏芯轮所产生的横向离心力相互抵消，而垂直方向离心力则相互叠加，通过偏心轮的高速转动使齿带动整个变频调幅振动解卡装置产生垂直的上下振动，变频调幅振动解卡装置带动井下的被卡钻具做同步上下振动，被卡钻具将振动波传递到卡点，再带动卡点周围的物质做上下振动，由于振动频率高，振动时间长，相比传统的震击器解卡来讲，无论是振动力、振击时间、振击频率均远远超过震击器的解卡能力。为了保护游车和井架设备，专门设计减振器机构，用来吸收减缓整个系统向上的振击能量，达到保护游车和井架设备的目的。

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述技术缺陷，提供了一种石油和地矿钻井、完井、修井作业过程中遇到井下钻具卡钻事故时，采用变频调幅振动解卡系统和方法来处理所述事故。卡钻对石油、地矿工程作业危害非常巨大，而目前现有的处理手段成功率不高，并且处理卡钻成本也高、时间长，严重影响作业进度。本发明的卡钻处理系统和方法具有处理高频率、高振幅的特点，同等时间内振动次数高，传递能量远，处理时间短，成功率高等优点，并且系统设计了自身和井架设备安全保护装置，减少了人员和设备风险。

附图说明

图1为本发明电驱变频调幅振动解卡系统的示意图。

图2为本发明液驱变频调幅振动解卡系统的示意图。

图3a为本发明电驱或液驱变频调幅振动装置底部悬挂方式的示意图，采用钻具丝扣连接方式。

图3b为本发明电驱或液驱变频调幅振动装置底部悬挂方式的示意图，采用吊环吊卡连接方式。

图4a为本发明电驱或液驱变频调幅振动装置顶部悬挂方式的示意图，通过钻具母接头悬挂在吊卡上。

图4b为本发明电驱或液驱变频调幅振动装置顶部悬挂方式的示意图，通过u型悬挂头悬挂在大钩上。

图4c为本发明电驱或液驱变频调幅振动装置顶部悬挂方式的示意图，通过耳环或圆环结构悬挂在大钩上。

图4d为本发明电驱或液驱变频调幅振动装置顶部悬挂方式的示意图，通过钢丝绳套悬挂在大钩上。

图5为井下卡钻时井身结构的示意图。

图6为本发明电驱或液驱变频调幅振动系统实施方式的示意图。

图7为本发明电驱或液驱变频调幅振动解卡装置工作原理图。

附图1-7仅示意性地示出各结构部件，并不一定按比例绘制。

图1-7的附图标记如下：

1电驱变频调幅振动解卡装置，11振动器机构，111偏芯轮，112主动轴齿轮和从动轴齿轮；12减振器机构，121横梁，122竖轴，123吸振架，124弹簧或者吸振橡胶；13电机和传动机构；14悬挂承载机构，141承重壳体，142内部骨架，143顶部悬挂头，144底部连接头。

2电气控制装置。

3电脑及软件系统，31电缆。

4供电系统，41电缆，42电缆，43电缆。

5实时数据监测系统，51底部振动传感器，511信号电缆；52顶部振动传感器，521信号电缆；53电机温度传感器，531信号电缆；54信号电缆，55信号转换模块。

6液驱变频调幅振动解卡装置，61振动器机构，611对称偏芯轮，612主动轴齿轮和从动轴齿轮；62减振器机构，621横梁，622竖轴，623吸振架，624弹簧或者吸振橡胶；63液力马达和传动机构；64悬挂承载机构，641承重壳体，642内部骨架，643顶部悬挂头，644底部连接头。

7电气控制装置，71电缆。

8电脑及软件系统，81电缆。

9发动机和液力泵系统，91液压回路管线。

10实时数据监测系统，101底部振动传感器，1011信号电缆；102顶部振动传感器，1021信号电缆；103液力马达温度传感器，1031信号电缆；104信号电缆，105信号转换模块。

20变频调幅振动解卡装置；30底部悬挂头，301钻具公接头，302双吊环，303吊卡；50被卡钻具，501被卡钻具最顶部母接头。

40顶部悬挂头，401外径方向带台阶的钻具母接头，402耳环或园环；60顶驱或游车，601游车大钩，602钻井顶驱或游车吊环，603钢丝大绳。

70钻台面，80地面，90井下卡点，901卡点周围的岩石、泥土或落物，100井壁或套管。

具体实施方式

下文将结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所描述的实施例为本发明优选的实施方式，其仅用于解释本发明，并不意图对本发明的保护范围构成任何限定，本发明所要求保护的范围仅通过所附的权利要求来限定。

实施例一

如图1所示，本发明的电驱变频调幅振动解卡系统，包括：电驱变频调幅振动解卡装置1，用于产生纵向高频振动；电气控制装置2，用于对电驱变频调幅振动解卡装置1进行驱动和控制；电脑及软件系统3，用于接收实时数据监测系统5传输过来的数据，对其存储、自动分析、接受人工干预指令，并对电气控制装置2进行控制；供电系统4，用于对整个系统提供电力；实时数据监测系统5，用于对电驱变频调幅振动解卡装置1的运行参数进行实时监测并将数据传输到电脑及软件系统3。

所述电驱变频调幅振动解卡装置1包括振动器机构11、减振器机构12、电机和传动机构13、以及悬挂承载机构14。振动器机构11设计安装在悬挂承载机构14的下半部分并且只能安装在悬挂承载机构14的下半部分，减振器机构12设计安装在悬挂承载机构14的上半部分并且只能安装在悬挂承载机构14的上半部分，二者的安装位置不能交换。电机和传动机构13设计安装在悬挂承载机构14的中间部分。

其中，悬挂承载机构14是电驱变频调幅振动解卡装置1的承重机构，包括承重壳体141、内部骨架142、顶部悬挂头143、以及底部连接头144。顶部悬挂头143加工在悬挂承载机构14壳体的顶部，其作用是将整个电驱变频调幅振动解卡装置1的重量和井下被卡钻具的重量悬挂在游车大钩上或悬挂在游车的吊环上。底部连接头144加工在悬挂承载机构14壳体的底部上，其作用是与井下被卡钻具相连接并承受钻具重量。

振动器机构11包括对称偏芯轮111、以及主动轴齿轮和从动轴齿轮112，用于产生纵向高频振动。

减振器机构12包括横梁121、竖轴122、吸振架123、和弹簧或者吸振橡胶124。吸振架123固定在振动器机构11上部，其两侧各装有对称的竖轴122，每根竖轴122上下套入压缩弹簧成为一组，竖轴122上部固定至横梁121，由于多组对称安装的弹簧的减振作用，使振动器机构11所产生的向上的较大振幅传递到吸振器机构12时将大为减弱，起到保护顶部悬挂头143上部悬挂承重设备的作用。

电机和传动机构13包括电动机、齿轮、主动和从动轴、以及皮带，主要作用是带动振动器机构11的对称偏芯轮111做同步相互反向旋转运动。

所述电气控制装置2用于对电驱变频调幅振动解卡装置1进行驱动和控制，包括电气接线开关设备、继电器和plc控制系统、调频器、调幅器、测量仪表、断路器、接触器、热保护元件、启动按钮、停止按钮、和指示灯，组装在封闭或半封闭的金属柜内。电气控制装置2通过电缆42与电机和传动机构13相连。电气控制装置2控制改变电流方向，即可控制电动机的转动方向，电动机带动对称偏芯轮111做同步相互反向旋转运动，使对称偏芯轮111产生的横向离心力相互抵消，而垂直离心力则相互叠加，通过偏芯轮111的高速转动使齿轮箱体产生垂直的上下振动，齿轮箱体固定在悬挂承载机构14下半部分壳体上，因此偏芯轮111就会带动底部连接头144高频振动。

所述电脑及软件系统3用于接收实时数据监测系统5传输过来的数据，对其存储、自动分析、接受人工干预指令，并对电气控制装置2进行控制。电脑及软件系统3通过电缆31与电气控制装置2相连；通过电缆43与供电系统4相连；通过电缆54与信号转换模块55相连。

所述供电系统4用于对整个系统提供电力，包括电缆41、电缆42、和电缆43。供电来源一般由钻井队、修井队现场提供，或另备发电机；供电系统4通过电缆41与电气控制装置2相连；通过电缆43与电脑及软件系统3相连。

所述实时数据监测系统5用于对电驱变频调幅振动解卡装置1的运行参数进行实时监测并将数据传输到电脑及软件系统3，包括：安装在悬挂承载机构14的外壳底部的底部振动传感器53和信号电缆531，用于监测电驱变频调幅振动解卡装置1底部产生的振动频率和振幅；安装在悬挂承载机构14的外壳顶部的顶部振动传感器52和信号电缆521，用于监测电驱变频调幅振动解卡装置1顶部产生的振动频率和振幅；安装在电机和传动装置13上的电机温度传感器51和信号电缆511；信号转换模块55和信号电缆54。底部振动传感器53通过信号电缆531与信号转换模块55相连；顶部振动传感器52通过信号电缆521与信号转换模块55相连；电机温度传感器51通过信号电缆511与信号转换模块55相连；信号转换模块55通过信号电缆54与电脑及软件系统3相连。

实施例二

如图2所示，本发明的液驱变频调幅振动解卡系统，包括：液驱变频调幅振动解卡装置6，在液力马达驱动下产生纵向高频振动；电气控制装置7，用于对液驱变频调幅振动解卡装置6进行驱动和控制；电脑及软件系统8，用于接收实时数据监测系统10传输过来的数据，对其存储、自动分析、接受人工干预指令，并对电气控制装置7进行控制；发动机和液力泵系统9，用于对整个系统提供动力；实时数据监测系统10，用于对液驱变频调幅振动解卡装置6的运行参数进行实时监测并将数据传输到电脑及软件系统8。

所述液驱变频调幅振动解卡装置6包括振动器机构61、减振器机构62、液力马达和传动机构63、以及悬挂承载机构64。振动器机构61设计安装在悬挂承载机构64的下半部分并且只能安装在悬挂承载机构64的下半部分。减振器机构62设计安装在悬挂承载机构64的上半部分并且只能安装在悬挂承载机构64的上半部分。减振器机构62和振动器机构61的安装位置不能上下颠倒。液力马达和传动机构63设计安装在悬挂承载机构64的中间部分。

其中，悬挂承载机构64是液驱变频调幅振动解卡装置6的承重机构，包括承重壳体641、内部骨架642、顶部悬挂头643、和底部连接头644。顶部悬挂头643加工在悬挂承载机构64壳体的顶部，其作用是将整个液驱变频调幅振动解卡装置6的重量和井下被卡钻具的重量悬挂在游车大钩上或悬挂在游车的吊环上。底部连接头644加工在悬挂承载机构64壳体的底部，其作用是与井下被卡钻具相连接并承受钻具重量。

振动器机构61包括对称偏芯轮611、以及主动轴齿轮和从动轴齿轮612，其主要功能是产生纵向高频振动。

减振器机构62包括横梁621、竖轴622、吸振架623、和弹簧或者吸振橡胶624。吸振架623固定在振动器机构61上部，其两侧各装有对称的竖轴622，每根竖轴622上下套入压缩弹簧成为一组，竖轴上部固定横梁621，由于多组对称安装的弹簧的减振作用，使振动器机构61所产生的向上的较大振幅传递到吸振器机构62时将大为减弱，起到保护顶部悬挂头643上部悬挂承重设备的作用。

液力马达和传动机构63包括液力马达、齿轮、主动和从动轴、以及皮带，主要作用是带动振动器机构61上的对称偏芯轮611做同步相互反向旋转运动，对称偏芯轮611产生的横向离心力相互抵消，而垂直离心力则相互叠加，通过对称偏芯轮611的高速转动使齿轮箱体产生垂直的上下振动，齿轮箱体固定在悬挂承载机构64下半部分壳体上，因此对称偏芯轮611就会带动底部连接头644高频振动。

所述电气控制装置7用于对发动机和液力泵系统9进行驱动和控制，包括：电气接线开关设备、继电器和plc控制系统、调频器、调幅器、测量仪表、断路器、接触器、热保护元件、启动按钮、停止按钮、和指示灯，组装在封闭或半封闭金属柜内。电气控制装置7通过电缆71与发动机和液力泵系统9相连，并对发动机和液力泵系统9运行进行控制。

所述电脑及软件系统8用于接收实时数据监测系统10传输过来的数据，对其存储、自动分析、接受人工干预指令，并对电气控制装置7进行控制。电脑及软件系统8通过电缆81与电气控制装置7相连；通过电缆92与发动机和液力泵系统9相连；通过电缆105与信号转换模块105相连。

所述发动机和液力泵系统9用于对整个系统提供动力：通过液压回路管线91与液力马达和传动机构63相连，为液力马达和传动机构63提供动力，液力马达和传动机构63带动对称偏芯轮611产生纵向振动；通过电缆92为电脑及软件系统8提供电能。

所述实时数据监测系统10用于对液驱变频调幅振动解卡装置6的运行参数进行实时监测并将数据传输到电脑及软件系统8，包括：安装至悬挂承载机构64的外壳底部的底部振动传感器101和信号电缆1011，用于监测液驱变频调幅振动解卡装置6底部产生的振动频率和振幅；安装至悬挂承载机构64的外壳顶部的顶部振动传感器102和信号电缆1021，用于监测液驱变频调幅振动解卡装置6顶部产生的振动频率和振幅；安装在液力马达和传动机构63上的温度传感器103和信号电缆1031；信号电缆104和信号转换模块105。底部振动传感器101通过信号电缆1011与信号转换模块105相连；顶部振动传感器102通过信号电缆1021与信号转换模块105相连；液力马达温度传感器103通过信号电缆1031与信号转换模块105相连；信号转换模块105通过信号电缆104与电脑及软件系统8相连。

实施例三

特别说明，上述如图1和图2的两种变频调幅振动解卡系统最大区别在于驱动动力不同，前者依据电力作为动力，后者依据液力做动力，但它们作业方式都是驱动对称偏芯轮做同步相反运动，然后带动整个系统做纵向振动。电驱变频调幅振动解卡装置1的顶部悬挂头143和液驱变频调幅振动解卡装置6的顶部悬挂头643是可以根据钻井队、修井队现场要求加工成相同或不同的结构以利于与井架游车系统连接。电驱变频调幅振动解卡装置1的底部悬挂头144和液驱变频调幅振动解卡装置6的底部悬挂头644也可以根据井下钻具不同加工成不同的结构以利于与井眼内被卡钻具连接。为叙述方便，以下将电驱变频调幅振动解卡装置1和液驱变频调幅振动解卡装置6合并简称为变频调幅振动解卡装置20，将底部悬挂头144和底部悬挂头644合并简称底部悬挂头30，将顶部悬挂头143和顶部悬挂头643合并简称顶部悬挂头40。

如图3所示，变频调幅振动装置20底部加工设计有底部悬挂头30，底部悬挂头30的作用是连接井下被卡钻具50，通过被卡钻具50的最顶部母接头501进行连接。在图3a中，将底部悬挂30的最下端直接加工成一个钻具短接头、即钻具公接头301，用钻具公接头301直接与被卡钻具最顶部母接头501扣连。如果公母接头扣型不合，可用丝扣转换接头进行转换后再予连接。特别地，钻具公接头301的丝扣类型优选为api标准钻杆丝扣411扣。在图3b中，将底部悬挂30的最下端设计加工成吊环、即双吊环302，双吊环302下挂吊卡303，再将双吊环302下挂吊卡303挂在被卡钻具最顶部母接头501的母扣台肩上，根据被卡钻具50外径大小不同，选用适当的吊卡303尺寸即可。

如图4所示，变频调幅振动装置20顶部加工设计有顶部悬挂头40，顶部悬挂头40的作用是将整个变频调幅振动装置20和井下被卡钻具50的总重力或总拉力悬挂在钻井、修井作业机的顶驱或游车60的游车大钩601上面。悬挂方式有四种：如图4a所示，钻具母接头悬挂在吊卡上，将顶部悬挂头40的最上端设计加成外径方向带台阶的钻具母接头401，直接利用外径方向带台阶的钻具母接头401悬挂在顶驱或游车60的游车吊环303上面。如图4b所示，将顶部悬挂头40加工成u型，直接悬挂在游车大钩601上。如图4c所示，在顶部悬挂头40上部设计加工有耳环或园环，用耳环或园环402挂在游车大钩601上。如图4d所示，用钢丝大绳603编成绳套悬挂在游车大钩601上。

实施例四

如图5所示，井下发生卡钻时，卡点90距离钻台面70或者地面80的深度从几十到几千米甚至上万米不等，被卡钻具50的最顶部母接头501位于地面80或钻台面70上面，被卡钻具50的最大外径比井壁或套管100的内径小，也即是被卡钻具50和井壁或套管100之间存在间隙，被卡钻具50之所以被卡在卡点90，是由井下卡点90周围的岩石、泥土或落物901造成的，卡点周围的岩石、泥土或落物901不能松动，就不能解卡。

现以电力驱动变频调幅振动解卡系统1为例，说明本发明变频调幅振动解卡的工作过程：

如图6所示，第一步，按图6标示在地面将电气控制装置2、电脑及软件系统3、供电系统4、实时数据监测系统5分别用对应的电缆连接起来。

第二步，将电驱变频调幅振动解卡装置1吊上钻台，将其顶部悬挂头143悬挂在顶驱或游车60上；将电驱变频调幅振动解卡装置1的底部连接头144与被卡钻具50连接。

第三步，将电驱变频调幅振动解卡装置1的电机和传动机构13用电缆42与电气控制装置2连接起来；将实时数据监测系统5的各个传感器分别通过对应电缆与信号转换模块55连接起来。

第四步，用钻机或修井机上提顶驱或游车60，调整顶驱或游车负荷悬重w；

第五步，通电，用电气控制装置2和电脑及软件系统3设定初始振动频率m和初始振动振幅n；启动电机和传动机构13运转，电驱变频调幅振动解卡装置1将会带动被卡钻具50产生高频振动，被卡钻具50带动卡点周围的岩石、泥土或落物901产生高频振动；实时数据监测系统5将电驱变频调幅振动解卡装置1顶部实际运行频率m1和振幅n1、底部实际运行频率m2和振幅n2、电机运转温度t实时传输给电脑及软件系统3；整个系统开始正常工作，观察游车负荷悬重w的变化，确定是否解卡；设定运行时间h，超过h时间后，如果还没有解卡，则进行下一步。

第六步，利用钻机、修井机改变游车负荷悬重w，用电气控制装置2和电脑及软件系统3改变振动频率m、振动振幅n，此三个参数在系统允许的安全范围内可任意改变，尝试w、m、n三者最佳值，以使卡点周围的岩石、泥土或落物901产生最大振动，达到松动卡点、进而解卡的目的。

同理，液驱变频调幅振动解卡装置6在现场的工作过程与上述过程类似，在此不再重复叙述。

本发明变频调幅振动解卡系统的主要工作性能参数如下：

变频调幅振动解卡系统整体具有防爆功能，满足现场安全要求；

变频调幅振动解卡装置20的整体抗拉强度k，该抗拉强度k不低于钻机、修井机的最大提升负荷；

变频调幅振动解卡装置20的振动频率m：1赫兹<m<300赫兹，振动振幅n：1mm<n<450mm；

变频调幅振动解卡系统振击力l：1吨<l<800吨。

如图7，本发明变频调幅振动解卡装置20的工作过程如下：在钻具被卡后，将变频调幅振动解卡装置20安装在游车下面并与井下被卡钻具连接起来，利用地面提供电力或液力驱动变频调幅振动解卡装置上的电动机或液力马达，带动对称偏芯轮做同步相反方向运动，对称偏芯轮所产生的横向离心力相互抵消，而垂直方向离心力则相互叠加，通过偏心轮的高速转动，带动整个变频调幅振动解卡装置产生垂直的上下振动，变频调幅振动解卡装置带动井下的被卡钻具做同步上下振动，被卡钻具将振动波传递到卡点，再带动卡点周围的物质做上下振动，由于振动频率高，振动时间长，相比传统的震击器解卡来讲，无论是振动力、振击时间、振击频率远远超过其解卡能力。为了保护游车和井架设备，专门设计减振器装置，用来吸收减缓整个系统向上的振击能量，达到保护游车和井架设备的目的。