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

背景技術(shù)：

1、絞車是鉆機(jī)重要的核心部件。石油鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中起下鉆具、下套管、控制進(jìn)給速度、處理鉆進(jìn)過程中的卡鉆事故等都必須使用絞車進(jìn)行作業(yè)，同時(shí)，鉆機(jī)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(huì)嚴(yán)重影響鉆井效率，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故。

2、現(xiàn)有絞車大多采用單個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，但單個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍一定，導(dǎo)致絞車的適用范圍受限，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高低速自由調(diào)節(jié)。且現(xiàn)有鉆機(jī)絞車實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)和振動(dòng)監(jiān)測(cè)大多基于添加外來(lái)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(diǎn)，同時(shí)大多監(jiān)測(cè)方式并未考慮滾筒自身的軸對(duì)稱條件，無(wú)法判斷絞車滾筒是否滑動(dòng)或失穩(wěn)。除此之外，現(xiàn)有絞車實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時(shí)大多未考慮比較轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速，沒有提出算法實(shí)現(xiàn)電機(jī)補(bǔ)償，導(dǎo)致理論轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速間始終存在誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

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

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

3、殼體內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)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(dòng)電機(jī)，殼體另一側(cè)外壁螺栓固定有高速驅(qū)動(dòng)電機(jī)；

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(jī)構(gòu)和高速離合機(jī)構(gòu)，低速離合機(jī)構(gòu)位于絞車軸套接低速離合靜片一側(cè)，高速離合機(jī)構(gòu)位于絞車軸套接高速離合靜片一側(cè)。

9、進(jìn)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(hào)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(dòng)信號(hào)。

11、進(jìn)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(hào)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(duì)齊。

13、進(jìn)一步，低速離合機(jī)構(gòu)包括低速制動(dòng)缸、低速離合動(dòng)片和低速傳動(dòng)軸，低速制動(dòng)缸的輸出軸與低速離合動(dòng)片固定連接，且低速離合動(dòng)片套接在低速傳動(dòng)軸上。

14、進(jìn)一步，高速離合機(jī)構(gòu)包括高速制動(dòng)缸和高速離合動(dòng)片，高速制動(dòng)缸的輸出軸與高速離合動(dòng)片固定連接，且高速離合動(dòng)片套接在高速驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸上。

15、進(jìn)一步，低速驅(qū)動(dòng)電機(jī)和低速傳動(dòng)軸間設(shè)置有一級(jí)行星減速器，低速驅(qū)動(dòng)電機(jī)與低速傳動(dòng)軸通過一級(jí)行星減速器傳動(dòng)。

16、進(jìn)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(jìn)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(jìn)一步，低速驅(qū)動(dòng)電機(jī)和高速驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(yǔ)言的中控機(jī)進(jìn)行控制；

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

20、一種智能鉆機(jī)絞車監(jiān)測(cè)控制方法，應(yīng)用于上述智能鉆機(jī)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(cè)得的實(shí)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(shí)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(jī)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(zhǔn)c，而后進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)最終控制轉(zhuǎn)速；

27、步驟三：監(jiān)測(cè)兩側(cè)的加速度數(shù)據(jù)，當(dāng)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(shí)，發(fā)出聲光警報(bào)，并強(qiáng)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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)和振動(dòng)監(jiān)測(cè)，而非通過安裝外部設(shè)備，測(cè)量時(shí)無(wú)需拆卸且不易導(dǎo)致額外的故障點(diǎn)；且本裝置通過兩側(cè)的高低速驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)絞車轉(zhuǎn)動(dòng)的高低速自由調(diào)節(jié)；同時(shí)本裝置利用滾筒的軸對(duì)稱特性以及自身嵌入的傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)滾筒異常振動(dòng)、滑動(dòng)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(bào)以及強(qiáng)制關(guān)停絞車，保護(hù)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(fù)反饋閉環(huán)回路中實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速修正和調(diào)節(jié)，以使實(shí)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(diǎn)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(shí)踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種智能鉆機(jī)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(jī)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(hào)連接；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能鉆機(jī)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(hào)連接；

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

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

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

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能鉆機(jī)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(jī)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(jī)絞車，其特征在于，低速驅(qū)動(dòng)電機(jī)和高速驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(yǔ)言的中控機(jī)進(jìn)行控制；

10.一種智能鉆機(jī)絞車監(jiān)測(cè)控制方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1-9中任意一項(xiàng)所述智能鉆機(jī)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(jī)絞車及其監(jiān)測(cè)控制方法，該智能鉆機(jī)絞車包括殼體；殼體內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)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(dòng)電機(jī)，殼體另一側(cè)外壁螺栓固定有高速驅(qū)動(dòng)電機(jī)；殼體內(nèi)部位于滾筒的兩側(cè)分別設(shè)置有低速離合機(jī)構(gòu)和高速離合機(jī)構(gòu)。本發(fā)明，利用滾筒的軸對(duì)稱特性以及自身嵌入的傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)滾筒異常振動(dòng)、滑動(dòng)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(hù)的技術(shù)使用者：西南石油大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19