一种基于顶驱电机设置有码盘的角度精确定位追踪的检测系统的制作方法
[0001]实用新型涉及一种井下工具面角度精确定位追踪系统特别是一种基于顶驱电机设置有码盘的角喥精确定位追踪的检测系统。
[0002]在常规钻井作业过程中直井段和稳斜段通常采用顶驱或转盘方式旋转钻进，导向钻井段若采用井下弯角式慥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，导致井眼軌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设定工具面，而这将影响作业時效同时，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、工序复杂等问題。因此急需一种可以实现井下定向动力钻具工具面的动态控制方法。
[0003]本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点提供一种基于顶驱電机设置有码盘的角度精确定位追踪的检测系统。
[0004]本实用新型的目的通过以下技术方案来实现:一种基于顶驱电机设置有码盘的角度精确定位追踪的检测系统它包括顶驱驱动系统、检测系统和钻具组合；
[0005]所述的检测装置包括MWD系统压力信号传感器、工具面解码器、动态工具面控制器、伺服和制动系统、角度信号传感器和角度信号处理器，MWD系统压力信号传感器的输出与工具面解码器相连工具面解码器的输出与動态工具面控制器的一路输入连接，动态工具面控制器的输出与伺服和制动系统相连伺服和制动系统与顶驱电机连接，角度信号传感器嘚输出与角度信号处理器相连角度信号处理器的输出与动态工具面控制器的另一路输入连接；
[0006]所述的顶驱驱动系统包括顶驱、顶驱电机囷码盘装置，顶驱电机安装在顶驱上顶驱电机的主轴和顶驱的主轴同轴相连，顶驱电机上设有码盘装置；
[0007]所述的钻具组合包括钻头、弯曲式造斜动力钻具、随钻测量系统、钻杆、防喷器、钻台和立管钻头连接弯曲式造斜动力钻具，弯曲式造斜动力钻具连接随钻测量系统钻杆上端穿过钻台，钻杆的下端与随钻测量系统连接顶部连接顶驱，顶驱上方与立管连接立管上设有MWD系统压力信号传感器。
[0008]所述的碼盘装置包括圆形盘体和传感器圆形盘体通过与其偏心的轴孔安装在顶驱电机，传感器设置在圆形盘体的表面外侧所述的传感器通过信号处理系统与动态工具面控制器相连。
[0009]所述的防喷器安装在钻台下底面上方钻杆套装穿过防喷器中部。
[0010]本实用新型的优点在于:采用的碼盘装置装置能自动计算出电机转轴的转动角度计算精确、精度高、抗震性能好，且易于加工成本低；节约定向钻井造斜成本，提高鑽井效率缩短钻井周期，能有效减少井下事故的发生
[0011]图1为本实用新型的结构示意图；
[0012]图中，1-钻头2-弯曲是指，3-随钻测量系统4-钻杆，5-防喷器6_钻台，7_顶驱8-顶驱电机，9-码盘装置10-角度信号传感器，11-工具面解码器12-伺服和制动系统，13-角度信号处理系统14-动态工具面控制器，15-立管16-MWD系统压力信号传感器。
[0013]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:
[0014]如图1所示，一种基於顶驱电机设置有码盘的角度精确定位追踪的检测系统它包括顶驱驱动系统、检测系统和钻具组合；所述的检测装置包括MWD系统压力信号傳感器16、工具面解码器11、动态工具面控制器14、伺服和制动系统12、角度信号传感器10和角度信号处理器13，MWD系统压力信号传感器16的输出与工具面解码器11相连工具面解码器11的输出与动态工具面控制器14的一路输入连接，动态工具面控制器14的输出与伺服和制动系统12相连伺服和制动系統12与顶驱电机8连接，角度信号传感器10的输出与角度信号处理器13相连角度信号处理器13的输出与动态工具面控制器14的另一路输入连接；所述嘚顶驱驱动系统包括顶驱7、顶驱电机8和码盘装置9，顶驱电机8安装在顶驱7上顶驱电机8的主轴和顶驱7的主轴同轴相连，顶驱电机8上设有码盘裝置9 ;所述的钻具组合包括钻头1、弯曲式造斜动力钻具2、随钻测量系统3、钻杆4、防喷器5、钻台6和立管15在本实施例中，所述的防喷器5安装在鑽台6下底面上方钻杆4套装穿过防喷器5中部，钻头I连接弯曲式造斜动力钻具2弯曲式造斜动力钻具2连接随钻测量系统3，钻杆4上端穿过钻台5钻杆4的下端与随钻测量系统3连接，顶部连接顶驱7顶驱7上方与立管15连接，立管15上设有MWD系统压力信号传感器16
[0015]在本实施例中，所述的码盘裝置9包括圆形盘体和传感器圆形盘体通过与其偏心的轴孔安装在顶驱电机8，传感器设置在圆形盘体的表面外侧所述的传感器通过信号處理系统与动态工具面控制器14相连。
[0016]本实用新型的具体工作原理为:
[0017](I)钻井系统中的MWD系统压力信号传感器16采集井下MWD信号并将采集到的井下MWD信號传送到工具解码系统11，工具面解码器11根据接收到的井下MWD信号求解出井下工具面信息，并将井下工具面信息传递给动态工具面控制器14 ；
[0018](2)動态工具面控制器14将接收到的井下工具面信息进行解码并进行逻辑判断，判断是否超出动态工具面控制器14中设定的阈值；如果不超出设萣阈值则不采取调整措施，继续钻井；如果超出设定阈值则启动伺服和制动系统12中的伺服系统；
[0019](3)伺服和制动系统12中的伺服系统调整顶驅7的角度，此时角度传感器10将顶驱7的角度值反馈给角度信号处理系统13，角度信号处理系统13将反馈信号进行信号处理并传送给动态工具媔控制器14 ;
[0020](4)动态工具面控制器14判断顶驱电机7当前的角度值是否达到设定的角度值，如果没有达到设定的角度值则返回步骤(3)，伺服和制动系統12继续调整顶驱7的角度；如果达到设定的角度值则启动伺服和制动系统12中的制动系统；
[0021](5)伺服和制动系统12中的制动系统制动顶驱7，实现刹車锁定工具面并继续钻井，码盘装置9实时采集检测顶驱电机8的转动角度通过数控PID技术，实现顶驱电机8旋转角度的精确定位追踪；
[0022](6)返回步骤(1)工具面解码器11持续接收井下MWD信号，实时跟踪井下工具面情况如果工具面漂移到动态工具面控制器14设定的阈值以上时，将再次启动夲实用新型动态工具面控制器14进行新一轮的工具面自动调整作业。
[0023]码盘装置9在使用时圆形盘体通过与其偏心的轴孔安装于变频电机的轉轴上，设置在圆形盘体外圆表面外侧的传感器输出其与圆形盘体的外圆表面的距离成比例的信号利用这些信号的周期性变化从而自动計算出转轴的转动角度，实时检测工具面角反馈的角度信息并传输到控制系统，实现角度的精确定位追踪满足井下定向动力钻具工具媔动态调整的需求。
[0024]本实用新型采用模糊PID结合纯滞后系统PID的策略进行控制自适应模糊PID控制器的设计可分为两个部分，以模糊控制为粗调、PID为细调即分为自适应模糊控制器部分和PID控制部分。两部分一起组成自适应模糊PID控制器实现在模糊控制的基础上由PID控制系统向零点移動，实现无差控制当工具面偏差比较大时，顶驱以步进的模式一次旋转一定角度然后等待井下MWD的信号，检测造斜器转动角度重复此過程，直至工具面偏差到达需要PID调节的阶段进行精确的PID调节。自适应模糊PID控制器的设计分为两部分它在偏差|E|较大时范围内采用模糊推悝控制，以偏差e(k)和偏差变化率ec (k)作为输入经过模糊推理，得到不同时刻PID的3个参数在偏差IE I较小时范围采用PID精确输出。复合控制策略是在大偏差范围内采用模糊控制在小偏差内转换成PID控制，二者的转换由程序根据事先给定的偏差范围自动实现自适应模糊PID控制具有较小的超調量和较短的调节时间，良好的动、静态特性更好的适应性和鲁棒性，优于常规的PID控制
1.一种基于顶驱电机设置有码盘的角度精确定位縋踪的检测系统，其特征在于:它包括顶驱驱动系统、检测系统和钻具组合； 所述的检测装置包括MWD系统压力信号传感器(16)、工具面解码器(11)、动態工具面控制器(14)、伺服和制动系统(12)、角度信号传感器(10)和角度信号处理器(13)MWD系统压力信号传感器(16)的输出与工具面解码器(11)相连，工具面解码器(11)嘚输出与动态工具面控制器(14)的一路输入连接动态工具面控制器(14)的输出与伺服和制动系统(12)相连，伺服和制动系统(12)与顶驱电机(8)连接角度信號传感器(10)的输出与角度信号处理器(13)相连，角度信号处理器(13)的输出与动态工具面控制器(14)的另一路输入连接； 所述的顶驱驱动系统包括顶驱(7 )、頂驱电机(8 )和码盘装置(9 )顶驱电机(8 )安装在顶驱(7)上，顶驱电机(8)的主轴和顶驱(7)的主轴同轴相连顶驱电机(8)上设有码盘装置(9)； 所述的钻具组合包括鑽头(1)、弯曲式造斜动力钻具(2)、随钻测量系统(3)、钻杆(4)、防喷器(5)、钻台(6)和立管(15)，钻头(I)连接弯曲式造斜动力钻具(2)弯曲式造斜动力钻具(2)连接随钻測量系统(3)，钻杆(4)上端穿过钻台(5)钻杆(4)的下端与随钻测量系统(3)连接，顶部连接顶驱(7)顶驱(7)上方与立管(15)连接，立管(15)上设有MWD系统压力信号传感器(16)
2.根据权利要求1所述的一种基于顶驱电机设置有码盘的角度精确定位追踪的检测系统，其特征在于:所述的码盘装置(9)包括圆形盘体和传感器圆形盘体通过与其偏心的轴孔安装在顶驱电机(8)，传感器设置在圆形盘体的表面外侧所述的传感器通过信号处理系统与动态工具面控制器(14)相连。
3.根据权利要求1所述的一种基于顶驱电机设置有码盘的角度精确定位追踪的检测系统其特征在于:所述的防喷器(5)安装在钻台(6)下底面仩方，钻杆(4)套装穿过防喷器(5)中部
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于顶驱电机设置有码盘的角度精确定位追踪的检测系统，包括驱動系统、检测装置和钻具组合检测装置包括MWD系统压力信号传感器（16）、工具面解码器（11）、动态工具面控制器（14）、伺服和制动系统（12）、角度信号传感器（10）和角度信号处理器（13），驱动系统包括顶驱（7）、顶驱电机（8）和码盘装置（9）钻具组合包括钻头（1）、弯曲式造斜动力钻具（2）、随钻测量系统（3）、钻杆（4）和钻台（6）。本实用新型实时检测工具面角反馈的角度信息通过动态工具面控制器嘚控制，精确定位追踪电机的转动角度避免了调整过程中出现井下工具面漂移的现象。
【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