一种控制石油钻机顶驱装置转速扭矩的方法

摘要

本发明涉及一种控制石油钻机顶驱装置转速扭矩的方法，其特征在于采用带有载荷传感器的顶驱钻机提环装置，测量提环承载LT，该装置主要由提环、提环销和箱体组成，在提环的两端分别设有水平穿过的两个圆柱形提环销，提环销的一端与箱体固定，在两个提环销上分别固定有载荷传感器，载荷传感器连接信号输出电缆，信号输出电缆与控制系统连接；本方法可根据钻井工况的变化及时调整转速和扭矩设定值，增强了顶驱装置的自动化程度，减少了人为因素对钻井作业的影响，提高了生产效率和安全性。

主权项

一种控制石油钻机顶驱装置转速扭矩的方法，其特征在于：采用带有载荷传感器的顶驱钻机提环装置，测量提环承载LT，该装置主要由提环、提环销和箱体组成，在提环的两端分别设有水平穿过的两个圆柱形提环销，提环销的一端与箱体固定，在两个提环销上分别固定有载荷传感器，载荷传感器连接信号输出电缆，信号输出电缆与控制系统连接；控制系统的控制方法是：(1)在顶驱运行之前，司钻人员通过人机界面或其他输入终端输入钻井扭矩限定值TH、转速限定值SH、转速安全值Smax；系统检测实际转速SA、实际输出扭矩TA、提环承载LT；根据其变化判断工况，自动调整转速设定值SS和扭矩设定值TS；一般情况下，TS≤TH，SS≤SH；特殊工况时允许SS≤SH≤Smax；SA随SS调节，系统稳定运行时SA＝SS；TA在不超过扭矩设定值TS的范围内随负载扭矩TL变化，TA＝TL≤TS；(2)顶驱装置启动时，记录LT当前值作为钻具自重参考值WT；SS从0开始，按设定曲线增加至SH；TS从常数T0开始逐渐提高，根据实际加速度调整TS；TS应不小于TL+Ta，Ta为提供加速度的扭矩；最终达到理想钻井工况，即：SA＝SS＝SH，TS取TL*C1和TH中较小的值，C1≥1，为常数；(3)正常钻井时，若送钻速度变快或者进入了较硬的地层，或者送钻速度变快，会导致LT减小，即钻压增加，TL增大；当钻具没有变化的情况下，如果检测到LT减小，并且TA增大，则认为进入了此种工况；为避免TL过分增大导致主电机堵转，系统首先自动增大TS，保持TS＝TL*C1，C1≥1，为常数使SA＝SS；当增至TS＝C2*TH，0＜C2＜1，为常数时，保持TS不变，按设定曲线增加SS至Smax*C3，0＜C3＜1，为常数，以增加切削量；如果SA可以跟随SS增大，则待LT和TL回到正常值，降低SS到SH，TS＝TL*C1，C1≥1，为常数；如果SA不能跟随SS增大，则减小SS至C4*SH，0≤C4＜1，为常数，直至SA降低到0，增加TS到TH；如果SA＝SS，SS＝SH，如果SA＝0，系统堵转；(4)堵转之后，在上提钻具的过程中，LT增大；突然解卡时，LT迅速减少，SA增大；系统检测到LT减小到WT*C5，C5＞1，为常数时，控制系统提高SS使SS＝SMAX并且调节调速参数提高加速度，防止井下钻柱由于高速甩开脱扣而落井，当SA＝SMAX时，降低SS使SS＝SH，TS＝TL*C1，C1≥1，为常数；(5)在钻进过程中，若LT突然减小，然后稳定在小于WT*C6，C6＜1，为常数的范围内，则认为钻杆甩开或断裂，SS＝0，系统停车后TS＝T0；(6)正常钻井工况下，如果送钻速度变慢或者进入了较软地层，提环承载LT会增大，即钻压减小，负载扭矩TL会相应减小，此时，可以降低主电机转速使SS＝C7*SH，0＜C7＜1，为常数，以减少切削量，减少设备和钻柱的损耗，司钻据此增加送钻速度。