[发明专利]一种基于微小井眼水平井连续油管钻机器人的控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于微小井眼水平井连续油管钻机器人的控制系统，它包括连续油管钻机器人（1）、下单片机（2）、电磁比例换向阀，各电磁比例换向阀分别连接有一个控制信号处理器（7），四个控制信号处理器（7）均与下单片机（2）连接，下单片机（2）与连续油管钻机器人（1）之间连接有压差传感器（8）；它还公开了控制基于微小井眼水平井连续油管钻机器人的方法。本发明的有益效果是：实现对钻井机器人的速度进行无线远程控制，减小井下钻具振动强度，可有效保护井下钻具，提高井下钻具使用寿命。

技术领域

本发明涉及钻井机器人领域，特别是一种基于微小井眼水平井连续油管钻机器人的控制系统及方法。

背景技术

连续油管钻井具有污染小、成本低等特点，已越来越受到油气开采行业的亲睐，常规连续油管钻井的钻压由连续油管上连接的加重钻杆或钻铤提供，此种方式仅能应用于定向井或水平段较短的水平井，对连续油管钻井技术的推广造成了极大的限制，其中主要原因是由于连续油管柔性较大，钻井过程中由于摩擦力的作用容易导致连续油管发生屈曲“锁死”的现象，导致连续油管钻井水平段延伸能力有限，通过力学分析可知，对连续油管进行轴向牵引则能增加连续油管钻井水平段的延伸距离，而钻井机器人可对连续油管实施牵引，因此连续油管钻井机器人的提出为连续油管钻井提供了一个良好的解决方案。

由于携岩条件的限制，连续油管钻井主要应用于小井眼、微小井眼领域，基于此连续油管钻井机器人同样应满足小井眼、微小井眼的尺寸要求，同时钻井机器人还应具备大牵引力特点。通过对比分析可以发现，蠕动式钻井机器人能同时具备尺寸小、牵引力大的特征，其中蠕动式钻井机器人的控制系统和方法是此类机器人的关键技术。国外仅WWT公司进行了钻井机器人的深入研究，其主要的控制系统和方法见专利US7607495、US7604060、US7493967、US7353886、US7343982、US7273109、US6478097、US6347674，国内的中国石油大学、重庆科技学院（CN102808589B）、国防科技大学（CN201611264409.X）也对钻井机器人进行了研究，这些钻井机器人的主要换向阀门不一例外地采用液控换向阀或电磁换向阀，钻井机器人液压腔的高低压切换通过换向阀阀芯的轴向运动实现液压通道的通或断的过程，阀门瞬间改变活塞运动方向，振动较为严重，阀门容易被损坏；采用的电磁换向阀只能对控制流体的流向进行控制，不能对控制流体的流量进行控制，因此钻井机器人的活塞的运动速度也不能进行控制，钻井过程中钻头的钻压瞬间变化较大，容易损坏钻头及井下其他钻具；通过调研可以发现，目前钻井机器人的控制信号主要为开泵启动运行/停泵停止运行的方案，控制信号信息量较少，适用条件仅限于正常钻进或停泵起钻过程，然而钻井过程中的倒划眼过程、定点循环过程、循环起钻过程等均不停泵，目前专利中的钻井机器人控制方法不能满足实际钻井需要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种实现对钻井机器人的速度进行无线远程控制，减小井下钻具振动强度，可有效保护井下钻具，提高井下钻具使用寿命的基于微小井眼水平井连续油管钻机器人的控制系统及方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于微小井眼水平井连续油管钻机器人的控制系统，它包括连续油管钻机器人、下单片机、第一电磁比例换向阀、第二电磁比例换向阀、第三电磁比例换向阀和第四电磁比例换向阀，各电磁比例换向阀分别连接有一个控制信号处理器，四个控制信号处理器均与下单片机连接，下单片机与连续油管钻机器人之间连接有压差传感器，所述第一电磁比例换向阀的端口A、端口B分别与连续油管钻机器人的后支撑缸左腔室、右腔室连通，第二电磁比例换向阀的端口A、端口B分别与连续油管钻机器人的后伸缩缸左腔室、右腔室连通，第三电磁比例换向阀的端口B、端口A分别与连续油管钻机器人的前伸缩缸左腔室、右腔室连通，第四电磁比例换向阀的端口B、端口A分别与连续油管钻机器人的前支撑缸左腔室、右腔室连通，各电磁比例换向阀的端口T均与连续油管钻机器人的环空连通，各电磁比例换向阀的端口P均与连续油管钻机器人的油管连通。

所述的控制信号处理器与下单片机之间顺次连接有三极管和保护电阻R。