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一種測井鉆進式井壁取心器的控制系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:8663335閱讀:805來源:國知局
一種測井鉆進式井壁取心器的控制系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于地質(zhì)勘探領域,涉及控制鉆進式井壁取心器在井下目的地層垂直井壁鉆取巖心,具體為一種鉆進式井壁取心器的控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]目前,在中國專利200620008135.3中,提出一種鉆進式井壁取心器,它由地面控制系統(tǒng)和井下取心系統(tǒng)組成,地面控制系統(tǒng)與井下取心系統(tǒng)通過測井絞車的集流環(huán)和車載電纜相連接,地面控制系統(tǒng)給井下取心系統(tǒng)的電機提供高電壓、大電流的電源,再由電機驅(qū)動液壓泵給井下取心系統(tǒng)提供液壓能,操縱井下取心系統(tǒng)進行取心;其所述地面控制系統(tǒng)由地面調(diào)壓柜、升壓柜、控制柜、測井絞車組成,彼此之間通過電纜相連。
[0003]其地面控制系統(tǒng)由操作員根據(jù)取心過程中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象做出判斷來控制整個取心過程,尤其在鉆取巖心遇卡時,操作員需要一手頻繁旋轉(zhuǎn)調(diào)壓柜旋鈕,調(diào)節(jié)井下儀器電機供電電壓,一手頻繁按動控制柜上的鉆頭進、退開關,這就要求操作員不僅要熟知儀器,而且還要熟悉操作。其地面控制系統(tǒng)使用井場電網(wǎng),而井場電網(wǎng)的電壓經(jīng)常處于不穩(wěn)定狀態(tài),當電網(wǎng)電壓下降時、井下取心系統(tǒng)的供電電壓就會降低,井下儀器的各種電磁閥就不能正常工作,井下儀器就會發(fā)生誤動作,損壞儀器部件。
[0004]另外,在專利201110219869中,提出一種鉆進式井壁取心器的井下儀器電機的驅(qū)動電源,這種電源一方面在液壓油溫度低時可以實現(xiàn)電機的軟啟動,避免產(chǎn)生較大的電機啟動電流;另一方面在鉆取巖心遇卡時,可以降低電機重啟的啟動電流。驅(qū)動電源的使用,大大減少了大電流對絞車滑環(huán)、車載電纜等設備的損壞。
[0005]但是,由于其電機驅(qū)動電源的最大輸出電流遠小于電機的堵轉(zhuǎn)值,在鉆頭負荷突然增大電機電流急速增大時,驅(qū)動電源不能供出更大電流以維持電機轉(zhuǎn)動,自身就會停止給電機供電,轉(zhuǎn)而重新啟動電機,致使在鉆取巖心時不能發(fā)現(xiàn)發(fā)生的鉆頭遇卡工程事故,造成操作員不能及時做出正確判斷,不能及時發(fā)出退鉆指令解卡,使得鉆頭卡死,從而損壞井下儀器。
[0006]并且,鉆進式井壁取心器在井下工作時,需要操作員根據(jù)地面控制面板顯示的第一泵壓力值、第二泵壓力值、電機工作的電壓電流、各種位移傳感器的數(shù)值做出綜合分析判斷,然后才能進行各種控制儀器動作的操作,當操作失誤時就會容易損壞液壓部件,造成工程事故;并且在原有的控制系統(tǒng)基礎上無法實現(xiàn)控制和采集的集成自動控制,由于要依靠操作人員的經(jīng)驗和熟練程度,因此穩(wěn)定性較差,整個系統(tǒng)的自動化程度低。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]針對現(xiàn)有技術中存在的問題,本實用新型提供一種效率較高,工作性能穩(wěn)定,安全可靠,能有效提高取心效率和成功率的測井鉆進式井壁取心器的控制系統(tǒng)。
[0008]本實用新型是通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0009]一種測井鉆進式井壁取心器的控制系統(tǒng),包括鉆進取心地面控制箱,絞車深度裝置,變頻電源,井下儀器電路部分和井下儀器液壓部分;
[0010]鉆進取心地面控制箱包括,用于信號處理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诵挠嬎銠C系統(tǒng);用于接入市電對井下儀器進行供電的下井供電電源系統(tǒng);用于接入交流電并控制變頻電源供電的井下電機電源控制系統(tǒng);用于對井下儀器供電電源和井下電機供電電源數(shù)據(jù)進行采集的傳感器;核心計算機控制系統(tǒng)的輸入端連接傳感器,輸出端分別連接下井供電電源系統(tǒng)和井下電機電源控制系統(tǒng);所述傳感器包括設置在下井供電電源系統(tǒng)供電線路上的井下儀器供電電壓互感器和井下儀器供電電流互感器,以及設置在變頻電源供電線路上的電機電流互感器和電機電壓互感器;
[0011]絞車深度裝置用于為核心計算機控制系統(tǒng)提供井下儀器所在的地層深度、儀器在井下的運動方向和運動速度的實時信號數(shù)據(jù);變頻電源用于根據(jù)核心計算機系統(tǒng)的控制給井下儀器中的電機供電;井下儀器電路部分用于井下儀器工作狀態(tài)檢測和根據(jù)核心計算機系統(tǒng)的控制信號控制相應電磁閥的通斷;井下儀器液壓部分用于根據(jù)電磁閥的通斷為取心執(zhí)行機構提供液壓動能。
[0012]優(yōu)選的,井下儀器液壓部分包括由變頻電源供電控制的電機,由電機驅(qū)動控制的第一泵和第二泵,連接在第一泵的輸出端經(jīng)液壓馬達電磁閥控制的液壓馬達,分別連接在第二泵輸出端的鉆頭位置油缸、推靠臂油缸和巖心沖針油缸;鉆頭位置油缸的輸入端分別連接調(diào)速閥的輸出端和設置在第二泵輸出管路上的鉆進電磁閥,調(diào)速閥的輸入端分別連接第一泵的輸出端和設置有溢流閥的第二泵輸出端,溢流閥由步進電機控制;第二泵的輸出管路上經(jīng)推靠電磁閥分別連接推靠臂油缸和巖心沖針油缸;巖心沖針油缸上設置有沖針位移傳感器,液壓馬達與鉆頭位置油缸上連接鉆進位移傳感器,液壓馬達與巖心沖針油缸上連接心長傳感器;第一泵和第二泵上分別設置有第一泵壓力傳感器和第二泵壓力傳感器。
[0013]優(yōu)選的,核心計算機系統(tǒng)包括搭載有CPU的嵌入式的計算機主板,用于擴展的外圍擴展接口電路,用于對數(shù)據(jù)采集進行控制的采集控制板,用于與傳感器信號和絞車深度裝置信號進行預處理的傳感器預處理板,連接在采集控制板輸出端的步進電機驅(qū)動及繼電器板;計算機主板通過通訊存儲板與采集控制板連接,采集控制板的輸入端連接傳感器預處理板的輸出端;步進電機驅(qū)動及繼電器板的輸出端分別連接下井供電電源系統(tǒng)和井下電機電源控制系統(tǒng)。
[0014]進一步,下井供電電源系統(tǒng)包括輸入端連接步進電機驅(qū)動及繼電器板輸出端的步進電機控制器,用于接入市電的自耦調(diào)壓器,連接在自耦調(diào)壓器輸出端的變壓器;步進電機控制器連接在自耦調(diào)壓器的輸入端,變壓器的輸出端接井下電纜用于對井下儀器進行供電;所述的井下電機電源控制系統(tǒng)包括與依次接入電壓電流連接的高壓開關和接觸器及反向切換器。
[0015]進一步,CPU采用包括AMD Geode? LX處理器和AMD Geode? CS5536輔助設備的S0M-4455CPU模塊;所述的采集控制板采用C8051F60采集控制板。
[0016]優(yōu)選的,變頻電源包括兩組相同的分別連接在井下電機電源控制系統(tǒng)電源輸出端的功率電源通道,用于向功率電源通道發(fā)出高低頻控制信號的中央控制模塊,用于對功率電源通道反饋信號進行預處理的信號預處理板,用于顯示變頻電源狀態(tài)的液晶顯示器,以及用于擴展的外圍接口 ;功率電源通道包括依次連接的功率因數(shù)校正模塊,BUCK調(diào)壓模塊,高頻正弦調(diào)制升壓模塊和逆變換向模塊;功率因數(shù)校正模塊輸入端連接井下電機電源控制系統(tǒng)的交流輸出端,逆變換向模塊輸出端連接電機的供電端。
[0017]優(yōu)選的,還包括通過以太網(wǎng)連接在鉆進取心地面控制箱上的數(shù)據(jù)采集筆記本計算機,和連接在數(shù)據(jù)采集筆記本計算機USB輸出端的繪圖儀。
[0018]進一步,核心計算機的輸入輸出端上設置有外圍擴展接口電路;外圍擴展接口電路包括3個USB接口,兩個串行口,一個以太網(wǎng)接口,TFT-1XD接口以及一個44針2.5寸硬盤接口,接口設有驅(qū)動電路,其通過以太網(wǎng)接口連接數(shù)據(jù)采集筆記本計算機,通過TFT-LCD接口連接液晶顯示器。
[0019]與現(xiàn)有技術相比,本實用新型具有以下有益的技術效果:
[0020]本實用新型所述的控制系統(tǒng)通過設置核心計算機系統(tǒng)的鉆進取心地面控制箱對取心器進行數(shù)據(jù)采集和反饋控制,能夠及時的通過井下儀器的電路部分對井下儀器的各種狀態(tài)進行檢測,利用傳感器監(jiān)控對井下電機以及井下儀器的供電狀態(tài),并經(jīng)過核心計算機系統(tǒng)對采集數(shù)據(jù)的處理,通過對變頻電源進行控制,實現(xiàn)對井下電機的調(diào)控,通過對下井供電電源系統(tǒng)的調(diào)控,配合完成對鉆進取心的控制;利用設置的變頻電源在地面控制箱的控制下對電機進行供電,通過將井下儀器的供電與電機的供電進行分離,不僅滿足了對電機電源的控制要求,而且不會影響井下儀器的工作狀態(tài),各自獨立的控制單元也降低了核心計算機系統(tǒng)的控制要求,結構合理,設計巧妙,適用范圍廣,效率高,控制精確,勞動強度小,利用采集和反饋以及邏輯對比判斷為自動化控制的實現(xiàn)提供了必要和完備的硬件支持。
[0021]進一步的,利用井下儀器液壓部分中設置的液壓馬達和油缸,能夠完成鉆進取心過程中對鉆桿和鉆頭的各種控制動作,滿足控制要求,并且利用設置配合設置的電磁閥和傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對其動作的精確控制和運動狀態(tài)的實時反饋,從而保證了地面控制箱的及時有效的指令發(fā)送。
[0022]進一步的,利用嵌入式的計算機主板,能夠?qū)?shù)字處理和信號傳遞的功能集成處理,通過傳感器預處理板對采集信號進行預處理,提高處理速度,通過采集控制板完成對信號采集進行控制,分擔了計算機主板的處理任務并且提高了對各個信號控制以及查詢的效率,針對性強,效率高。
[0023]進一步的,通過下井供電電源系統(tǒng)能夠利用線性電源給井下儀器以及步進電機供電,保證了井下儀器的正常工作,不會受到電機電源變化的影響,通過變壓器和接入步進電機控制器的自耦調(diào)壓器能夠滿足對井下儀器不同電源的控制要求,提高取心作業(yè)工作效率和系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。
[0024]進一步的,通過對CPU以及與其配合的采集控制板的選型和限定,保證對數(shù)據(jù)的高效運
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