一种钻井用自动扭转减阻控制装置的组成及控制系统的制作方法

本发明涉及钻井，具体为一种钻井用自动扭转减阻控制装置的组成及控制系统。

背景技术：

1、目前，随着国内外非常规油气井逐步进入规模化开发，长水平井、大位移井、复杂定向井被大量施工，钻进过程中摩阻扭矩大、钻具托压严重、滑动导向困难等问题日益突出。为此，国内外各公司相继开发出了自己的扭摆减阻系统，即在滑动钻井模式下，利用顶驱在安全的扭矩范围内来回摆动钻柱，使上部钻柱作周向或切向的往复运动，大幅度地释放井下钻柱的摩阻，改善钻压的传送能力，增强方位控制的稳定性和准确性，提高滑动钻进效率，延长水平井水平段长度，提高滑动钻进的速度。

2、但现有技术的缺点是，闭环控制不完善，大多依据扭矩、钻速、泵压等信号进行相关计算得出，有些更是凭借现场工程师经验施工，由于无法准确判断扭矩传递距离，常出现的扭转距离过短，无法减小摩阻和托压问题，或由于距离过长，使工具面偏离等问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种钻井用自动扭转减阻控制装置的组成及控制系统，解决了现有扭摆减阻技术中的不足，即不能准确把握扭转时的转动圈数和扭矩大小，不能做到反馈精准，控制精确，在实现滑动钻进时，摩阻过大和托压严重等问题不能有效解决。本发明通过合理设计，实现在水平钻进和滑动钻进时，减小托压和摩阻，从而实现安全、高效钻井施工。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种钻井用自动扭转减阻控制装置的组成及控制系统，包括钻具，所述钻具内部设置有扭矩反馈信号装置，所述扭矩反馈信号装置用于检测钻具受到的反扭矩并上传至工控机，所述工控机接收到反馈扭矩信号后经过控制程序分析并对变频器扭转控制系统发出工作指令，所述变频器扭转控制系统接收到工作指令后通过变频器控制钻具转动方向与速率；

3、所述扭矩反馈信号装置包括扭矩监测传感器、电源、控制电路板和信号发生器，所述扭矩反馈信号装置将扭矩信号转化为电信号传给控制电路板，所述控制电路板控制信号发生器发出扭矩信号传给工控机，所述电源为电路板与信号发生器提供电能。

4、优选的，所述工控机具备可视化人机界面，所述可视化人机界面包括缓冲区、工作区、反扭区参数，所述缓冲区由工控机的控制程序根据反馈的实际参数设定缓冲区距离与钻具数量，所述工作区与反扭区数量由钻具反馈信号读取。

5、优选的，所述变频器为根据变频器扭转控制系统的工作指令为钻具的动力机构顶驱或钻盘提供不同功率与极性的电能。

6、优选的，所述控制电路板内部设置有物理地址，物理地址与钻具一一对应。

7、优选的，所述信号发生器具备抗干扰功能。

8、优选的，所述控制电路板具备抗震、抗磁功能。

9、优选的，所述电源包括蓄电池、小型发电机，所述小型发电机利用钻具转动提供动力发电，所述蓄电池用于储存小型发电机产生的电能并为电路板与信号发生器提供电能。

10、优选的，所述工控机与信号发生器之间设置有信号桥接器。

11、优选的，所述变频器扭转控制系统采用modbus通用协议，并采用rs485接口以具备高兼容性。

12、优选的，所述钻井用自动扭转减阻控制装置的组成及控制系统的工作流程，其特征在于：包括以下步骤：

13、步骤一、首先，对钻具的反馈信号进行编码，近钻头处编号为n，以后依次进行加1操作，一直编译到井口钻具；

14、步骤二、工作时，井下动力工具对钻具产生的反扭力矩实时反馈到控制程序，控制程序合理选择缓冲区，并同时记录反扭矩传递位置；

15、步骤三、工控机控制扭转控制系统启动变频器，驱动顶驱或转盘正转运行，并实时反馈工作区钻具扭矩信号；

16、步骤四、当钻具由工作区触及缓冲区时，工控机发出信号给扭矩控制系统，扭矩控制系统控制变频器，使顶驱或转盘反转；

17、步骤五、当工作区钻具没有反馈信号时，证明工作区钻具恢复正常状态；

18、步骤六、滑动钻进时重复2-5步骤，实现扭转钻进。

19、本发明提供了一种钻井用自动扭转减阻控制装置的组成及控制系统。具备以下有益效果：

20、1.本发明通过具备扭矩反馈信号的钻具、工控机与变频器扭转控制系统的配合，实现了准确把握钻具扭转时的转动圈数和扭矩大小，反馈精准，控制精确的目的，使滑动钻进时摩阻过大和托压严重等问题得到了有效解决，使钻进速度、井下安全得到提升，增强了工具面稳定性，从而实现安全、高效钻井施工。

21、2.本发明通过可视化人机界面进行操作，且大部分参数设定均通过工控机的工控程序自动识别完成，只需要经过简单讲解、无需培训，井队人员即可使用，达到了操作简单、使用方便的效果，降低了学习的成本。

技术特征：

1.一种钻井用自动扭转减阻控制装置的组成及控制系统，包括钻具，其特征在于：所述钻具内部设置有扭矩反馈信号装置，所述扭矩反馈信号装置用于检测钻具受到的反扭矩并上传至工控机，所述工控机接收到反馈扭矩信号后经过控制程序分析并对变频器扭转控制系统发出工作指令，所述变频器扭转控制系统接收到工作指令后通过变频器控制钻具转动方向与速率；

2.根据权利要求1所述的一种钻井用自动扭转减阻控制装置的组成及控制系统，其特征在于：所述工控机具备可视化人机界面，所述可视化人机界面包括缓冲区、工作区、反扭区参数，所述缓冲区由工控机的控制程序根据反馈的实际参数设定缓冲区距离与钻具数量，所述工作区与反扭区数量由钻具反馈信号读取。

3.根据权利要求1所述的一种钻井用自动扭转减阻控制装置的组成及控制系统，其特征在于：所述变频器为根据变频器扭转控制系统的工作指令为钻具的动力机构顶驱或钻盘提供不同功率与极性的电能。

4.根据权利要求1所述的一种钻井用自动扭转减阻控制装置的组成及控制系统，其特征在于：所述控制电路板内部设置有物理地址，物理地址与钻具一一对应。

5.根据权利要求1所述的一种钻井用自动扭转减阻控制装置的组成及控制系统，其特征在于：所述信号发生器具备抗干扰功能。

6.根据权利要求1所述的一种钻井用自动扭转减阻控制装置的组成及控制系统，其特征在于：所述控制电路板具备抗震、抗磁功能。

7.根据权利要求1所述的一种钻井用自动扭转减阻控制装置的组成及控制系统，其特征在于：所述电源包括蓄电池、小型发电机，所述小型发电机利用钻具转动提供动力发电，所述蓄电池用于储存小型发电机产生的电能并为电路板与信号发生器提供电能。

8.根据权利要求1所述的一种钻井用自动扭转减阻控制装置的组成及控制系统，其特征在于：所述工控机与信号发生器之间设置有信号桥接器。

9.根据权利要求1所述的一种钻井用自动扭转减阻控制装置的组成及控制系统，其特征在于：所述变频器扭转控制系统采用modbus通用协议，并采用rs485接口以具备高兼容性。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种钻井用自动扭转减阻控制装置的组成及控制系统的工作流程，其特征在于：包括以下步骤：

技术总结本发明提供一种钻井用自动扭转减阻控制装置的组成及控制系统，涉及钻井技术领域。该钻井用自动扭转减阻控制装置的组成及控制系统，包括钻具，所述钻具内部设置有扭矩反馈信号装置，所述扭矩反馈信号装置用于检测钻具受到的反扭矩并上传至工控机，所述工控机接收到反馈扭矩信号后经过控制程序分析并对变频器扭转控制系统发出工作指令。通过具备扭矩反馈信号的钻具、工控机与变频器扭转控制系统的配合，实现了准确把握钻具扭转时的转动圈数和扭矩大小，反馈精准，控制精确的目的，使滑动钻进时摩阻过大和托压严重等问题得到了有效解决，使钻进速度、井下安全得到提升，增强了工具面稳定性，从而实现安全、高效钻井施工。技术研发人员：梁斌,齐悦,白晓捷,段立俊,张振华,郭福祥,李玉海,于成龙,耿晓光,马晓伟,杨如意,董岩,郑璐受保护的技术使用者：大庆石油管理局有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/23