一種基于轉盤電機設有光電編碼器的角度精確定位的檢測系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種基于轉盤電機設有光電編碼器的角度精確定位的檢測系統。
【背景技術】
[0002]在常規鉆井作業過程中，直井段和穩斜段通常采用頂驅或轉盤方式旋轉鉆進，導向鉆井段若采用井下彎角式造斜動力鉆具，則通常使用滑動鉆井方式，在泵排量調整、地層巖性變化、動力鉆具磨損等條件下，容易產生鉆具工具面漂移，導致井眼軌跡控制失敗等問題。面對這一情況，通常的做法是在井下工具面漂移后，采用停鉆、上提鉆具的方法重新設定工具面，而這將影響作業時效。同時，在常規導向鉆具滑動鉆進過程中，因鉆具不能旋轉，導致施加鉆壓滯后、井眼凈化困難，易引起作業效率低、工序復雜等問題。因此，急需一種可以實現井下定向動力鉆具工具面的動態控制方法。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種節約定向鉆井造斜成本，提高鉆井效率，縮短鉆井周期的基于轉盤電機設有光電編碼器的角度精確定位的檢測系統。
[0004]本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的:一種基于轉盤電機設有光電編碼器的角度精確定位的檢測系統，它包括轉盤驅動系統、檢測裝置和鉆具組合；
[0005]所述的檢測裝置包括MWD系統壓力信號傳感器、工具面解碼器、動態工具面控制器、伺服和制動系統、光電編碼器和角度信號處理器，MWD系統壓力信號傳感器的輸出與工具面解碼器相連，工具面解碼器的輸出與動態工具面控制器的一路輸入連接，動態工具面控制器的另一路輸入與角度信號處理器相連，動態工具面控制器的輸出與伺服和制動系統相連，伺服和制動系統與轉盤電機連接，角度信號處理器的輸入與光電編碼器相連；
[0006]所述的轉盤驅動系統包括轉盤和轉盤電機，轉盤與轉盤電機相連，轉盤電機與伺服和制動系統連接，轉盤上安裝有光電編碼器，所述的光電編碼器包括光柵盤和光電檢測裝置；
[0007]所述的鉆具組合包括鉆頭、彎曲式造斜動力鉆具、隨鉆測量系統、鉆桿、防噴器、鉆臺、方鉆桿、水龍頭和立管，鉆頭連接彎角式造斜動力鉆具，彎角式造斜動力鉆具與隨鉆測量系統相連，隨鉆測量系統連接鉆桿，鉆桿上方連接方鉆桿，方鉆桿穿過安裝在轉臺中部的轉盤，上端與水龍頭連接，水龍頭上端連接立管，立管上安裝有MWD系統壓力信號傳感器。
[0008]所述的防噴器安裝在鉆臺下底面上方，鉆桿套裝于防噴器中部。
[0009]本實用新型的優點在于:
[0010]1.節約定向鉆井造斜成本，提高鉆井效率，縮短鉆井周期；
[0011]2.能有效減少井下事故的發生；
[0012]3.在大部分定向鉆井領域能作為價格昂貴的旋轉導向的替代技術；
[0013]4.有助于打破西方石油公司在旋轉導向領域的技術壟斷，建立有中國自主知識產權的鉆井導向控制技術和設備。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0015]圖2為光電編碼器的安裝示意圖；
[0016]圖中，1-鉆頭，2-彎曲式造斜動力鉆具，3-隨鉆測量系統，4-鉆桿，5-防噴器，6-鉆臺，7-轉盤，8-轉盤電機，9-光電編碼器，10-工具面解碼器，11-伺服和制動系統，12-角度信號處理器，13-動態工具面控制器，14-立管，15-MWD系統壓力信號傳感器，16-方鉆桿，17-水龍頭。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖進一步說明本實用新型的技術方案，但本實用新型的保護內容不局限于以下所述:
[0018]如圖1和圖2所示，一種基于轉盤電機設有光電編碼器的角度精確定位的檢測系統，它包括轉盤驅動系統、檢測裝置和鉆具組合；
[0019]所述的檢測裝置包括MWD系統壓力信號傳感器15、工具面解碼器10、動態工具面控制器13、伺服和制動系統11、光電編碼器9和角度信號處理器12，MWD系統壓力信號傳感器15的輸出與工具面解碼器10相連，工具面解碼器10的輸出與動態工具面控制器13的一路輸入連接，動態工具面控制器13的另一路輸入與角度信號處理器12相連，動態工具面控制器13的輸出與伺服和制動系統11相連，伺服和制動系統11與轉盤7電機連接，角度信號處理器12的輸入與光電編碼器9相連；所述的轉盤驅動系統包括轉盤7和轉盤電機8，轉盤7與轉盤電機8相連，轉盤電機8與伺服和制動系統11連接，轉盤7上安裝有光電編碼器9，所述的光電編碼器9包括光柵盤和光電檢測裝置；所述的鉆具組合包括鉆頭1、彎曲式造斜動力鉆具2、隨鉆測量系統3、鉆桿4、防噴器5、鉆臺6、方鉆桿16、水龍頭17和立管14，在本實施例中，所述的防噴器5安裝在鉆臺6下底面上方，鉆桿4套裝于防噴器5中部，鉆頭I連接彎角式造斜動力鉆具2，彎角式造斜動力鉆具2與隨鉆測量系統3相連，隨鉆測量系統3連接鉆桿4，鉆桿4上方連接方鉆桿16，方鉆桿16穿過安裝在轉臺6中部的轉盤7，上端與水龍頭17連接，水龍頭17上端連接立管14，立管14上安裝有MWD系統壓力信號傳感器15。
[0020]針對轉盤7轉動角度和彎角式造斜動力鉆具2轉動角度并非線性關系，控制難度較大的系統特點，本實用新型采用模糊PID結合純滯后系統PID的策略進行控制。自適應模糊PID控制器的設計可分為兩個部分，以模糊控制為粗調、PID為細調，即分為自適應模糊控制器部分和PID控制部分。兩部分一起組成自適應模糊PID控制器，實現在模糊控制的基礎上由PID控制系統向零點移動，實現無差控制。當工具面偏差比較大時，頂驅7以步進的模式一次旋轉一定角度，然后等待井下MWD的信號，檢測造斜器轉動角度，重復此過程，直至工具面偏差到達需要PID調節的階段，進行精確的PID調節。自適應模糊PID控制器的設計分為兩部分，它在偏差|E|較大時范圍內采用模糊推理控制，以偏差e(k)和偏差變化率ec (k)作為輸入，經過模糊推理，得到不同時刻PID的3個參數，在偏差IE較小時范圍采用PID精確輸出。復合控制策略是在大偏差范圍內采用模糊控制，在小偏差內轉換成PID控制，二者的轉換由程序根據事先給定的偏差范圍自動實現，自適應模糊PID控制具有較小的超調量和較短的調節時間，良好的動、靜態特性，更好的適應性和魯棒性，優于常規的PID控制。
[0021]本實用新型的工作原理為:
[0022](I)鉆井系統中的MWD系統壓力信號傳感器15采集井下MWD信號，并將采集到的井下MWD信號傳送到工具面解碼器10，工具面解碼器10根據接收到的井下MWD信號，求解出井下工具面信息，并將井下工具面信息傳遞給動態工具面控制器13 ；
[0023](2)動態工具面控制器13將接收到的井下工具面信息進行解碼，并進行邏輯判斷，判斷是否超出動態工具面控制器13中設定的閾值；如果不超出設定閾值，則不采取調整措施，繼續鉆井；如果超出設定閾值，則啟動伺服與制動系統11中的伺服系統；
[0024](3)伺服與制動系統11中的伺服系統調整轉盤7的角度，此時，光電編碼器9將角度值反饋給角度信號處理器12，角度信號處理器12將反饋信號進行信號處理，并傳送給動態工具面控制器13 ;
[0025](4)動態工具面控制器13判斷當前的角度值是否達到設定的角度值，如果沒有達到設定的角度值，則返回步驟(3)，伺服與制動系統11繼續調整角度；如果達到設定的角度值，則啟動伺服與制動系統11中的制動系統；
[0026](5)伺服與制動系統11中的制動系統制動轉盤電機8，實現剎車，鎖定工具面并繼續鉆井；
[0027](6)返回步驟(1)，工具面解碼器10持續接收井下MWD信號，實時跟蹤井下工具面情況，如果工具面漂移到動態工具面控制器13設定的閾值以上時，將再次啟動本會用新型動態工具面控制器13，進行新一輪的工具面自動調整作業。
[0028]本實用新型通過光電編碼器9檢測采集數據，精確定位電機的轉動角度，并采用數控PID技術，實現對旋轉角度的精確定位，滿足井下定向動力鉆具工具面動態調整的需求，可以代替步進電機、伺服電機的控制效果，實現角度的精確定位。
[0029]光電編碼器9是一個中心有軸的光電碼盤傳感器，由光柵盤和光電檢測裝置組成，其上有環形通、暗的刻線，由光電發射和接受器件讀取并獲得信號，具有分辨能力強、測量精度高和工作可靠的特點，將其安裝在變頻電機軸上，實時檢測工具面角反饋的角度信息，并傳輸到控制系統，實現角度的精確定位。
【主權項】
1.一種基于轉盤電機設有光電編碼器的角度精確定位的檢測系統，其特征在于:它包括轉盤驅動系統、檢測裝置和鉆具組合； 所述的檢測裝置包括MWD系統壓力信號傳感器(15)、工具面解碼器(10)、動態工具面控制器(13)、伺服和制動系統(11)、光電編碼器(9)和角度信號處理器(12)，MWD系統壓力信號傳感器(15)的輸出與工具面解碼器(10)相連，工具面解碼器(10)的輸出與動態工具面控制器(13)的一路輸入連接，動態工具面控制器(13)的另一路輸入與角度信號處理器(12)相連，動態工具面控制器(13)的輸出與伺服和制動系統(11)相連，伺服和制動系統(11)與轉盤(7 )電機連接，角度信號處理器(12 )的輸入與光電編碼器(9 )相連； 所述的轉盤驅動系統包括轉盤(7 )和轉盤電機(8 )，轉盤(7 )與轉盤電機(8 )相連，轉盤電機(8)與伺服和制動系統(11)連接，轉盤(7)上安裝有光電編碼器(9)，所述的光電編碼器(9)包括光柵盤和光電檢測裝置； 所述的鉆具組合包括鉆頭(1)、彎曲式造斜動力鉆具(2)、隨鉆測量系統(3)、鉆桿(4)、防噴器(5)、鉆臺(6)、方鉆桿(16)、水龍頭(17)和立管(14)，鉆頭(I)連接彎角式造斜動力鉆具(2)，彎角式造斜動力鉆具(2)與隨鉆測量系統(3)相連，隨鉆測量系統(3)連接鉆桿(4 )，鉆桿(4 )上方連接方鉆桿(16 )，方鉆桿(16 )穿過安裝在轉臺(6 )中部的轉盤(7 )，上端與水龍頭(17)連接，水龍頭(17)上端連接立管(14)，立管(14)上安裝有MWD系統壓力信號傳感器(15)。
2.根據權利要求1所述的一種基于轉盤電機設有光電編碼器的角度精確定位的檢測系統，其特征在于:所述的防噴器(5)安裝在鉆臺(6)下底面上方，鉆桿(4)套裝于防噴器(5)中部。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于轉盤電機設有光電編碼器的角度精確定位的檢測系統，包括驅動系統、檢測裝置和鉆具組合；檢測裝置包括MWD系統壓力信號傳感器（15）、工具面解碼器（10）、動態工具面控制器（13）、伺服和制動系統（11）、光電編碼器（9）和角度信號處理器（12），鉆具組合包括鉆桿（1）、彎曲式造斜動力鉆具（2）、隨鉆測量系統（3）、鉆桿（4）、鉆臺（6）和立管（14）。本實用新型通過光電編碼器（9）檢測采集數據，精確定位轉盤（7）的轉動角度，并采用數控PID技術，實現對旋轉角度的精確定位，滿足井下定向動力鉆具工具面動態調整的需求，能提高鉆井效率，縮短鉆井周期。
【IPC分類】E21B44-04, E21B7-06
【公開號】CN204357418
【申請號】CN201420840203
【發明人】王江陽, 李漢興, 武廣璦
【申請人】四川宏華電氣有限責任公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2014年12月26日