本發(fā)明涉及油田鉆井，具體涉及一種智能鉆機絞車及其監(jiān)測控制方法。

背景技術(shù)：

1、絞車是鉆機重要的核心部件。石油鉆機鉆進過程中起下鉆具、下套管、控制進給速度、處理鉆進過程中的卡鉆事故等都必須使用絞車進行作業(yè)，同時，鉆機井架及底座起升和下放工況也必須依靠絞車完成作業(yè)。一旦絞車出現(xiàn)故障，將會嚴重影響鉆井效率，甚至出現(xiàn)嚴重的安全事故。

2、現(xiàn)有絞車大多采用單個驅(qū)動電機進行驅(qū)動，但單個電機的轉(zhuǎn)速范圍一定，導(dǎo)致絞車的適用范圍受限，無法實現(xiàn)高低速自由調(diào)節(jié)。且現(xiàn)有鉆機絞車實現(xiàn)轉(zhuǎn)速監(jiān)測和振動監(jiān)測大多基于添加外來部件，例如光電傳感器、磁電傳感器等，容易導(dǎo)致安裝困難以及引入額外故障點，同時大多監(jiān)測方式并未考慮滾筒自身的軸對稱條件，無法判斷絞車滾筒是否滑動或失穩(wěn)。除此之外，現(xiàn)有絞車實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時大多未考慮比較轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速，沒有提出算法實現(xiàn)電機補償，導(dǎo)致理論轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速間始終存在誤差。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提供一種智能鉆機絞車及其監(jiān)測控制方法，用于實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和振動監(jiān)測，并基于滾筒理論轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速間誤差通過反饋修正算法給予電機補償，以使實際轉(zhuǎn)速逼近理論轉(zhuǎn)速，同時利用滾筒自身的軸對稱結(jié)構(gòu)實現(xiàn)異常診斷。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種智能鉆機絞車，包括殼體；

3、殼體內(nèi)部轉(zhuǎn)動連接有滾筒，滾筒內(nèi)部固定連接有絞車軸，且絞車軸貫穿滾筒；

4、絞車軸一端套接有低速離合靜片，絞車軸另一端套接有高速離合靜片；

5、絞車軸兩側(cè)端面上均設(shè)置有兩個加速度采集模塊；

6、靠近滾筒兩側(cè)端面的絞車軸均螺栓固定有帶磁性的編碼環(huán)；

7、滾筒兩側(cè)內(nèi)壁均設(shè)置有轉(zhuǎn)速采集模塊，殼體一側(cè)外壁固定連接有低速驅(qū)動電機，殼體另一側(cè)外壁螺栓固定有高速驅(qū)動電機；

8、殼體內(nèi)部位于滾筒的兩側(cè)分別設(shè)置有低速離合機構(gòu)和高速離合機構(gòu)，低速離合機構(gòu)位于絞車軸套接低速離合靜片一側(cè)，高速離合機構(gòu)位于絞車軸套接高速離合靜片一側(cè)。

9、進一步，加速度采集模塊包括mems加速度傳感器、第一濾波器、第一放大器、第一采樣電路、第一采樣保持電路和第一ad轉(zhuǎn)換器，且mems加速度傳感器、第一濾波器、第一放大器、第一采樣電路、第一采樣保持電路和第一ad轉(zhuǎn)換器依次信號連接；

10、加速度采集模塊在絞車軸端面上呈正交形式分布，分別采集x軸和y軸的振動信號。

11、進一步，轉(zhuǎn)速采集模塊包括霍爾傳感器、第二濾波器、第二放大器、第二采樣電路、第二采樣保持電路和第二ad轉(zhuǎn)換器，且霍爾傳感器、第二濾波器、第二放大器、第二采樣電路、第二采樣保持電路和第二ad轉(zhuǎn)換器依次信號連接；

12、轉(zhuǎn)速采集模塊嵌設(shè)在滾筒側(cè)壁上，且嵌設(shè)高度與編碼環(huán)缺口對齊。

13、進一步，低速離合機構(gòu)包括低速制動缸、低速離合動片和低速傳動軸，低速制動缸的輸出軸與低速離合動片固定連接，且低速離合動片套接在低速傳動軸上。

14、進一步，高速離合機構(gòu)包括高速制動缸和高速離合動片，高速制動缸的輸出軸與高速離合動片固定連接，且高速離合動片套接在高速驅(qū)動電機的輸出軸上。

15、進一步，低速驅(qū)動電機和低速傳動軸間設(shè)置有一級行星減速器，低速驅(qū)動電機與低速傳動軸通過一級行星減速器傳動。

16、進一步，殼體上設(shè)置有定位螺柱，滾筒的一側(cè)外壁開設(shè)有螺柱槽，殼體與滾筒通過定位螺柱和螺柱槽的嵌入式卡接。

17、進一步，還包括裝配盤；裝配盤的外壁設(shè)置有裝配螺桿，滾筒的另一側(cè)外壁開設(shè)有裝配槽，裝配盤與滾筒通過裝配螺桿與裝配槽的嵌入式卡接。

18、進一步，低速驅(qū)動電機和高速驅(qū)動電機均通過導(dǎo)線和高低速調(diào)節(jié)開關(guān)連通，高低速調(diào)節(jié)開關(guān)通過python編程語言的中控機進行控制；

19、中控機包括人機交互界面，中控機用于控制絞車開關(guān)機、顯示軸心軌跡圖以及故障報警。

20、一種智能鉆機絞車監(jiān)測控制方法，應(yīng)用于上述智能鉆機絞車，包括如下步驟：

21、步驟一：獲取轉(zhuǎn)速采集模塊和加速度采集模塊的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)和加速度數(shù)據(jù)；

22、步驟二：將滾筒兩側(cè)的轉(zhuǎn)速采集模塊測得的實際轉(zhuǎn)速與理論轉(zhuǎn)速的平均誤差送入優(yōu)化后的轉(zhuǎn)速閉環(huán)回路中實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)；

23、具體步驟如下：

24、s1：將平均誤差e、電機轉(zhuǎn)速n以及模糊pid控制器的輸出u作為優(yōu)化算法的輸入；

25、s2：通過算法全局尋優(yōu)得到優(yōu)化的模糊pid參數(shù)；

26、s3：模糊pid控制器輸出至頻率調(diào)節(jié)基準c，而后進行頻率調(diào)節(jié)最終控制轉(zhuǎn)速；

27、步驟三：監(jiān)測兩側(cè)的加速度數(shù)據(jù)，當加速度數(shù)據(jù)發(fā)生突變或兩側(cè)加速度相差大于閾值時，發(fā)出聲光警報，并強制關(guān)停絞車。

28、采用上述方案有以下有益效果：

29、1、本方案，通過自身嵌入的霍爾傳感器和單軸mems加速度傳感器實現(xiàn)轉(zhuǎn)速監(jiān)測和振動監(jiān)測，而非通過安裝外部設(shè)備，測量時無需拆卸且不易導(dǎo)致額外的故障點；且本裝置通過兩側(cè)的高低速驅(qū)動電機以及切換開關(guān)實現(xiàn)絞車轉(zhuǎn)動的高低速自由調(diào)節(jié)；同時本裝置利用滾筒的軸對稱特性以及自身嵌入的傳感器測得的數(shù)據(jù)實現(xiàn)滾筒異常振動、滑動和失穩(wěn)等故障的判斷，且一旦發(fā)現(xiàn)異常，立刻發(fā)出聲光警報以及強制關(guān)停絞車，保護裝置及人員的安全。

30、2、本方案，利用基于自適應(yīng)集體決策優(yōu)化的模糊pid控制在負反饋閉環(huán)回路中實現(xiàn)轉(zhuǎn)速修正和調(diào)節(jié)，以使實際轉(zhuǎn)速逼近理論轉(zhuǎn)速。

31、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種智能鉆機絞車，其特征在于，包括殼體；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能鉆機絞車，其特征在于，加速度采集模塊包括mems加速度傳感器、第一濾波器、第一放大器、第一采樣電路、第一采樣保持電路和第一ad轉(zhuǎn)換器，且mems加速度傳感器、第一濾波器、第一放大器、第一采樣電路、第一采樣保持電路和第一ad轉(zhuǎn)換器依次信號連接；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能鉆機絞車，其特征在于，轉(zhuǎn)速采集模塊包括霍爾傳感器、第二濾波器、第二放大器、第二采樣電路、第二采樣保持電路和第二ad轉(zhuǎn)換器，且霍爾傳感器、第二濾波器、第二放大器、第二采樣電路、第二采樣保持電路和第二ad轉(zhuǎn)換器依次信號連接；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能鉆機絞車，其特征在于，低速離合機構(gòu)包括低速制動缸、低速離合動片和低速傳動軸，低速制動缸的輸出軸與低速離合動片固定連接，且低速離合動片套接在低速傳動軸上。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能鉆機絞車，其特征在于，高速離合機構(gòu)包括高速制動缸和高速離合動片，高速制動缸的輸出軸與高速離合動片固定連接，且高速離合動片套接在高速驅(qū)動電機的輸出軸上。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能鉆機絞車，其特征在于，低速驅(qū)動電機和低速傳動軸間設(shè)置有一級行星減速器，低速驅(qū)動電機與低速傳動軸通過一級行星減速器傳動。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能鉆機絞車，其特征在于，殼體上設(shè)置有定位螺柱，滾筒的一側(cè)外壁開設(shè)有螺柱槽，殼體與滾筒通過定位螺柱和螺柱槽的嵌入式卡接。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的智能鉆機絞車，其特征在于，還包括裝配盤；裝配盤的外壁設(shè)置有裝配螺桿，滾筒的另一側(cè)外壁開設(shè)有裝配槽，裝配盤與滾筒通過裝配螺桿與裝配槽的嵌入式卡接。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能鉆機絞車，其特征在于，低速驅(qū)動電機和高速驅(qū)動電機均通過導(dǎo)線和高低速調(diào)節(jié)開關(guān)連通，高低速調(diào)節(jié)開關(guān)通過python編程語言的中控機進行控制；

10.一種智能鉆機絞車監(jiān)測控制方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1-9中任意一項所述智能鉆機絞車，其特征在于，包括如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及油田鉆井技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種智能鉆機絞車及其監(jiān)測控制方法，該智能鉆機絞車包括殼體；殼體內(nèi)部轉(zhuǎn)動連接有滾筒，滾筒內(nèi)部貫穿連接有絞車軸；絞車軸一端套接有低速離合靜片，絞車軸另一端套接有高速離合靜片；絞車軸兩側(cè)端面上均設(shè)置有兩個加速度采集模塊；靠近滾筒兩側(cè)端面的絞車軸均螺栓固定有帶磁性的編碼環(huán)；滾筒兩側(cè)內(nèi)壁設(shè)置有轉(zhuǎn)速采集模塊，殼體一側(cè)外壁固定連接有低速驅(qū)動電機，殼體另一側(cè)外壁螺栓固定有高速驅(qū)動電機；殼體內(nèi)部位于滾筒的兩側(cè)分別設(shè)置有低速離合機構(gòu)和高速離合機構(gòu)。本發(fā)明，利用滾筒的軸對稱特性以及自身嵌入的傳感器測得的數(shù)據(jù)實現(xiàn)滾筒異常振動、滑動和失穩(wěn)等故障的判斷。

技術(shù)研發(fā)人員：梁海波,祝效華,雷雅婷,周天明,楊雙業(yè)
受保護的技術(shù)使用者：西南石油大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19