顶驱扭摆控制系统

介绍及井队评价

一、井队使用的意义：

目前国内外井队在进行水平钻进、定向的阶段，普遍存在钻具托压的问题。具体表现为无法施加钻压到钻头上，钻压已施加足够大，然而钻进缓慢容易卡钻，需要来回提升钻具。同时由于卡阻定向也较困难，导致水平钻进时间长，进度慢。针对此情况，我们设计开发了顶驱钻具扭摆控制系统，适用于中曼各系列顶驱，如果条件满足也能适用于国内外其他品牌顶驱。

二、 井队使用的案例：

2023年6月25日，扭摆控制系统在延安子长中曼第2钻井队进行验证，该队采用景宏500吨顶驱进行作业，在三千多米的水平作业段，与顶驱电控系统的接线连接后，开始投入使用扭摆系统，下图为扭摆控制箱安装完成后布置情况。

 扭摆控制系统首先输入各项必要的参数如钻具上扣扭矩、额定扭矩、齿轮箱传动比等，设置转速、扭矩控制限制值。切换到扭摆系统后，顶驱电机的运行控制由扭摆控制系统接管。初步设置及校正完成后，回到扭矩控制界面，设置正反向扭矩和速度，进行扭摆控制试运行。 

为安全起见正向转矩限制最大14KN.M，反向扭矩限制最大12KN.M。最大转速正反向设置为30RPM。下图为扭矩控制模式下设定参数界面。

扭摆系统的定位功能也经过了测试。通过编码器信号分配模块将顶驱电机主轴的编码器信号一分为二后给扭摆系统提供位置信号，同时不影响顶驱电机的闭环控制。操作界面也尽量做到简单方便，需要主轴正向或反向旋转一定角度时，按下定位使能按钮，输入需要偏转的角度，选择正向或者反向旋转，按下定位启/停键，主轴将自动旋转到指定角度后停止。在悬挂钻具情况下，定位精度基本在1°以内。主轴在无负载空转时由于有惯性偏差超过1°以上，此时可通过设定校正系数进行校正，将控制精度控制在1°左右。

现场演示了主轴反向旋转20度的定位功能，设定角度后选择反向，点击定位启动主轴自动反转20度后停止，实时角度显示角度为20.92度。定位运行情况正常。

三、扭摆控制系统使用前后对比：

使用前：司钻只能在18-20吨的钻压进行定向作业，且容易卡阻，时不时需要上提钻具后再进行，同时工具面的定位也要花费较多时间。

使用后：钻具扭摆系统投入后设定钻井参数及使用效果：

   说明：扭摆控制系统投入后，司钻提高了钻压至25吨，扭摆过程运行稳定，正反向旋转平衡顺畅。正向旋转至最大扭矩后保持静止共耗时32秒左右，一共旋转大约7.5圈。反向旋转至最大扭矩保持静止共30秒左右，一共旋转大约7圈。明显观察到钻压回压较快，司钻摆好工具面的情况下，启动扭摆系统泵压可以下降1.5-2MPa,工具面稳定，有效解决了定向期间脱压现象，为滑动钻进提供了井下安全保障，提高了滑动钻进时效，下图为钻压及井深、泵压实际数据。

经过几天运行，扭摆控制系统运行稳定效果良好，已得到司钻和井队技术员的认可。

四、井队评价：