一種測(cè)井鉆進(jìn)式井壁取心器的控制系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明一種測(cè)井鉆進(jìn)式井壁取心器的控制系統(tǒng)，包括鉆進(jìn)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；通過(guò)鉆進(jìn)取心地面控制箱對(duì)取心器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和反饋控制，能夠及時(shí)的通過(guò)井下儀器的電路部分對(duì)井下儀器的各種狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，利用傳感器監(jiān)控對(duì)井下電機(jī)以及井下儀器的供電狀態(tài)，并經(jīng)過(guò)對(duì)采集數(shù)據(jù)的處理，通過(guò)對(duì)變頻電源進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下電機(jī)的調(diào)控；本發(fā)明控制方法利用地面控制箱實(shí)現(xiàn)對(duì)取心器取心的自動(dòng)控制，進(jìn)行連續(xù)的執(zhí)行電機(jī)啟動(dòng)，推靠臂張開(kāi)，沖針伸出位移達(dá)到最小，第二泵壓力達(dá)到最大，液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，鉆頭伸出，當(dāng)鉆進(jìn)位移達(dá)到掰芯位置，液壓馬達(dá)停轉(zhuǎn)，完成掰芯鉆頭退鉆，鉆頭收回等一系列連續(xù)動(dòng)作。
【專利說(shuō)明】一種測(cè)井鉆進(jìn)式井壁取心器的控制系統(tǒng)及控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地質(zhì)勘探領(lǐng)域，涉及控制鉆進(jìn)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(jìn)式井壁取心器的控制系統(tǒng)及控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，在中國(guó)專利200620008135.3中，提出一種鉆進(jìn)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(guò)測(cè)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(jī)提供高電壓、大電流的電源，再由電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jìn)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(cè)井絞車組成，彼此之間通過(guò)電纜相連。
[0003]其地面控制系統(tǒng)由操作員根據(jù)取心過(guò)程中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象做出判斷來(lái)控制整個(gè)取心過(guò)程，尤其在鉆取巖心遇卡時(shí)，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(jī)供電電壓，一手頻繁按動(dòng)控制柜上的鉆頭進(jìn)、退開(kāi)關(guān)，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(chǎng)電網(wǎng)，而井場(chǎng)電網(wǎng)的電壓經(jīng)常處于不穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)電網(wǎng)電壓下降時(shí)、井下取心系統(tǒng)的供電電壓就會(huì)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(huì)發(fā)生誤動(dòng)作，損壞儀器部件。
[0004]另外，在專利201110219869中，提出一種鉆進(jìn)式井壁取心器的井下儀器電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源，這種電源一方面在液壓油溫度低時(shí)可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動(dòng)，避免產(chǎn)生較大的電機(jī)啟動(dòng)電流；另一方面在鉆取巖心遇卡時(shí)，可以降低電機(jī)重啟的啟動(dòng)電流。驅(qū)動(dòng)電源的使用，大大減少了大電流對(duì)絞車滑環(huán)、車載電纜等設(shè)備的損壞。
[0005]但是，由于其電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的最大輸出電流遠(yuǎn)小于電機(jī)的堵轉(zhuǎn)值，在鉆頭負(fù)荷突然增大電機(jī)電流急速增大時(shí)，驅(qū)動(dòng)電源不能供出更大電流以維持電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，自身就會(huì)停止給電機(jī)供電，轉(zhuǎn)而重新啟動(dòng)電機(jī)，致使在鉆取巖心時(shí)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(shí)做出正確判斷，不能及時(shí)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(jìn)式井壁取心器在井下工作時(shí)，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(jī)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(jìn)行各種控制儀器動(dòng)作的操作，當(dāng)操作失誤時(shí)就會(huì)容易損壞液壓部件，造成工程事故。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種自動(dòng)智能，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(cè)井鉆進(jìn)式井壁取心器的控制系統(tǒng)及控制方法。
[0008]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0009]本發(fā)明一種測(cè)井鉆進(jìn)式井壁取心器的控制系統(tǒng)，包括鉆進(jìn)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(jìn)取心地面控制箱包括，用于信號(hào)處理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诵挠?jì)算機(jī)系統(tǒng)；用于接入市電對(duì)井下儀器進(jìn)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(jī)電源控制系統(tǒng)；用于對(duì)井下儀器供電電源和井下電機(jī)供電電源數(shù)據(jù)進(jìn)行采集的傳感器；核心計(jì)算機(jī)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(jī)電源控制系統(tǒng)；所述傳感器包括設(shè)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(shè)置在變頻電源供電線路上的電機(jī)電流互感器和電機(jī)電壓互感器；
[0011]絞車深度裝置用于為核心計(jì)算機(jī)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(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度的實(shí)時(shí)信號(hào)數(shù)據(jù)；
[0012]變頻電源用于根據(jù)核心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制給井下儀器中的電機(jī)供電；變頻電源包括兩組相同的分別連接在井下電機(jī)電源控制系統(tǒng)電源輸出端的功率電源通道，用于像功率電源通道發(fā)出高低頻控制信號(hào)的中央控制模塊，用于對(duì)功率電源通道反饋信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理的信號(hào)預(yù)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(kuò)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(jī)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(jī)的供電端；
[0013]井下儀器電路部分用于井下儀器工作狀態(tài)檢測(cè)和根據(jù)核心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制信號(hào)控制相應(yīng)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(jī)構(gòu)提供液壓動(dòng)能。
[0014]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(jī)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dá)電磁閥控制的液壓馬達(dá)，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(shè)置在第二泵輸出管路上的鉆進(jìn)電磁閥，調(diào)速閥的輸入端分別連接第一泵的輸出端和設(shè)置有溢流閥的第二泵輸出端，溢流閥由步進(jìn)電機(jī)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(shè)置有沖針位移傳感器，液壓馬達(dá)與鉆頭位置油缸上連接鉆進(jìn)位移傳感器，液壓馬達(dá)與巖心沖針油缸上連接心長(zhǎng)傳感器；第一泵和第二泵上分別設(shè)置有第一泵壓力傳感器和第二泵壓力傳感器。
[0015]進(jìn)一步，核心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括搭載有CPU的嵌入式的計(jì)算機(jī)主板，用于擴(kuò)展的外圍擴(kuò)展接口電路，用于對(duì)數(shù)據(jù)采集進(jìn)行控制的采集控制板，用于與傳感器信號(hào)和絞車深度裝置信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理的傳感器預(yù)處理板，連接在采集控制板輸出端的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)及繼電器板；計(jì)算機(jī)主板通過(guò)通訊存儲(chǔ)板與采集控制板連接，采集控制板的輸入端連接傳感器預(yù)處理板的輸出端；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)電源控制系統(tǒng)。
[0016]進(jìn)一步，下井供電電源系統(tǒng)包括輸入端連接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)及繼電器板輸出端的步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)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(duì)井下儀器進(jìn)行供電；所述的井下電機(jī)電源控制系統(tǒng)包括與依次接入電壓電流連接的高壓開(kāi)關(guān)和接觸器及反向切換器。
[0017]本發(fā)明一種測(cè)井鉆進(jìn)式井壁取心器的控制方法，包括如下步驟，
[0018]I)地面控制箱供電，設(shè)置井下儀器的電機(jī)安全工作電流最大值、系統(tǒng)最大功率值、電機(jī)安全工作電流變化量最大值、鉆頭單位時(shí)間內(nèi)鉆進(jìn)位移變化量最小值A(chǔ)S、鉆頭位移最大值Smax ；2)地面控制箱給井下儀器供電，與井下儀器建立通訊；地面控制箱采集井下儀器上傳的包括電機(jī)工作電流、第一泵壓力值、鉆頭鉆進(jìn)位移值的儀器狀態(tài)數(shù)據(jù)；3)在取心過(guò)程開(kāi)始后，地面控制箱給井下儀器發(fā)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)指令和鉆頭鉆進(jìn)指令；之后，地面控制箱通過(guò)采集到的儀器狀態(tài)數(shù)據(jù)判斷鉆進(jìn)是否正常，判斷條件為鉆頭單位時(shí)間內(nèi)鉆進(jìn)位移變化量< AS是否成立，若條件不成立，說(shuō)明鉆進(jìn)過(guò)程正常，控制過(guò)程轉(zhuǎn)到檢查鉆進(jìn)取心過(guò)程是否完成；若條件成立，說(shuō)明鉆進(jìn)過(guò)程出現(xiàn)異常，進(jìn)而檢測(cè)電機(jī)工作電流；4)地面控制箱檢測(cè)電機(jī)工作電流時(shí)，判斷條件為電機(jī)工作電流值一前值> 電機(jī)安全工作電流變化量最大值是否成立，若條件不成立，說(shuō)明只是鉆進(jìn)減速，控制過(guò)程轉(zhuǎn)到檢查鉆進(jìn)取心過(guò)程是否完成；若條件成立，說(shuō)明鉆進(jìn)過(guò)程出現(xiàn)異常，進(jìn)而檢測(cè)第一泵壓力值；5)地面控制箱檢測(cè)第一泵壓力值時(shí)，判斷條件為第一泵壓力值 > 前值是否成立，若條件不成立，說(shuō)明只是鉆進(jìn)減速，控制過(guò)程轉(zhuǎn)到檢查鉆進(jìn)取心過(guò)程是否完成，若條件成立，說(shuō)明鉆進(jìn)過(guò)程出現(xiàn)異常，進(jìn)而地面控制箱開(kāi)始更新電機(jī)工作電流前值和第一泵壓力前值；6)地面控制箱將電機(jī)工作電流前值和第一泵壓力前值分別更新到對(duì)應(yīng)的當(dāng)前值，然后地面控制箱發(fā)出鉆進(jìn)遇阻和遇卡警示，地面控制箱向變頻電源發(fā)出指令減降電機(jī)電壓和頻率，地面控制箱給井下儀器發(fā)退鉆指令，退鉆完成后地面控制箱解除遇阻或遇卡警示；控制過(guò)程轉(zhuǎn)到檢查鉆進(jìn)取心過(guò)程是否完成；7)檢查鉆進(jìn)取心過(guò)程是否完成時(shí)，地面控制箱判斷檢查條件為鉆頭鉆進(jìn)位移值>鉆頭位移最大值Smax是否成立，若條件不成立說(shuō)明取心進(jìn)程沒(méi)完成，控制轉(zhuǎn)到執(zhí)行步驟2繼續(xù)檢測(cè)井下儀器參數(shù)，重新開(kāi)始鉆進(jìn)過(guò)程；若條件成立，說(shuō)明取心過(guò)程已經(jīng)完成；地面控制箱繼續(xù)發(fā)出指令退鉆；地面控制箱報(bào)告取心作業(yè)完成。
[0019]優(yōu)選的，取心過(guò)程中鉆頭鉆進(jìn)時(shí)采用退鉆排屑鉆進(jìn)取心的方法，其包括如下步驟，
[0020]al)鉆進(jìn)取心地面控制箱給井下儀器供電，井下儀器電路部分完成其初始化工作，建立起與鉆進(jìn)取心地面控制箱的通訊；a2)地面控制箱通過(guò)井下儀器電路部分采集井下儀器的第一泵和第二泵的壓力值、液壓油溫度值、沖針位移值、鉆頭位移值、芯長(zhǎng)位移值、電壓和電流信息；設(shè)定退鉆排屑位移值，沖針最小伸出狀態(tài)位移值，鉆頭退鉆排屑過(guò)程中退鉆的最遠(yuǎn)位置位移量，第一次排屑退鉆的上次排屑退鉆鉆頭位移最大值；a3)啟動(dòng)變頻電源給井下儀器的電機(jī)供電，電機(jī)帶動(dòng)第一泵和第二泵向液壓管匯輸出高速高壓液壓油，驅(qū)動(dòng)液壓執(zhí)行部件；a4)地面控制箱下發(fā)推靠臂推開(kāi)指令給井下儀器，推靠電磁閥改變推靠臂油缸的油路，推開(kāi)推靠臂完成井下儀器在井下取心地層位置的固定工作；在推靠臂完全張開(kāi)后，沖針從空心鉆桿鉆頭里收回到最小伸出狀態(tài)位移值；a5)地面控制箱通過(guò)井下儀器電路部分下發(fā)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)指令，液壓馬達(dá)電磁閥改變油路，液壓馬達(dá)帶動(dòng)空心鉆桿鉆頭旋轉(zhuǎn)；鉆頭在出鉆后位移值大于第一次排屑退鉆的上次排屑退鉆鉆頭位移最大值時(shí)，地面控制箱下發(fā)鉆頭出鉆指令給井下儀器，鉆進(jìn)電磁閥改變油路控制鉆頭出鉆，旋轉(zhuǎn)的鉆頭鉆桿伸出儀器外殼垂直向地層鉆進(jìn)；a6)鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，直至每次鉆進(jìn)位移達(dá)到退鉆排屑位移值時(shí)進(jìn)行一次退鉆排屑；當(dāng)鉆頭達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的排屑退鉆位移值位置后，就更新上次退鉆鉆頭位移最大值為上次退鉆鉆頭位移最大值與退鉆排屑位移值之和；而后地面控制箱下發(fā)鉆頭退鉆指令給井下儀器，鉆進(jìn)電磁閥改變油路，液壓馬達(dá)收回，鉆頭退鉆；a7)當(dāng)鉆頭位移值不小于鉆頭退鉆排屑過(guò)程中退鉆的最遠(yuǎn)位置位移量，地面控制箱就一直保持給鉆進(jìn)電磁閥的鉆頭退鉆指令狀態(tài)不變；在每次退鉆排屑后，再次鉆進(jìn)前，系統(tǒng)檢查鉆頭的位移值是否已經(jīng)滿足上次退鉆鉆頭位移最大值不小于鉆頭最遠(yuǎn)伸出位移量與退鉆排屑位移值之和，若條件不滿足，則重復(fù)步驟a6 ;若條件滿足說(shuō)明本次取心工作已經(jīng)完成，繼續(xù)退鉆直到鉆頭位移值為O的位置，鉆頭回到儀器內(nèi)的收回位置，同時(shí)地面控制箱報(bào)告完成當(dāng)前位置取心過(guò)程。
[0021]優(yōu)選的，取心過(guò)程中地面控制箱控制沖針將巖心從空心鉆桿鉆頭中取出時(shí)采用沖針和空心鉆桿鉆頭的自動(dòng)保護(hù)方法，其步驟如下；
[0022]bl)地面控制箱供電完成初始化；禁止給井下儀器的電機(jī)供電；而后，地面控制箱給井下儀器供電；b2)地面控制箱與井下儀器建立通訊；檢查與井下儀器的通訊是否正常，如果通訊不正常，程序控制返回上一步，繼續(xù)地面控制箱與井下儀器建立通訊的過(guò)程，直到檢查到通訊正常；b3)地面控制箱開(kāi)放電機(jī)供電；設(shè)置鉆頭處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)的沖針安全位移值，設(shè)置推靠臂處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)鉆頭安全位移值；地面控制箱采集沖針位移值，采集鉆頭位移值；b4)地面控制箱查詢與井下通訊是否正常，如果通訊異常，地面控制箱就會(huì)關(guān)閉電機(jī)電源；如果通訊正常，地面控制箱就檢查條件沖針位移值<安全位移值是否成立，如果不成立，地面控制箱禁止鉆頭出和收指令，如果條件成立，地面控制箱開(kāi)放出和收鉆指令；然后，地面控制箱檢查條件鉆頭位移 >安全位移值是否成立，如果條件不成立，地面控制箱就禁止推靠開(kāi)和收指令，如果條件成立，地面控制箱就開(kāi)放推靠開(kāi)和收指令。
[0023]優(yōu)選的，取心過(guò)程中地面控制箱通過(guò)控制變頻電源的供電實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)和鉆進(jìn)取心的控制，其具體步驟如下；
[0024]Cl)地面控制箱電機(jī)供電開(kāi)關(guān)置在開(kāi)狀態(tài)，變頻電源進(jìn)行供電初始化；變頻電源與地面控制箱建立通訊；地面控制箱放棄系統(tǒng)控制權(quán)；變頻電源獲得系統(tǒng)控制權(quán)；c2)變頻電源設(shè)置井下儀器的電機(jī)工作電流最大值、系統(tǒng)最大功率值、電機(jī)安全工作電流變化量最大值、鉆頭單位時(shí)間內(nèi)鉆進(jìn)位移變化量最小值A(chǔ)S、鉆頭位移最大值Smax ;c3)變頻電源接收地面控制箱傳送的井下儀器和地面控制箱的狀態(tài)信息；變頻電源發(fā)送給地面控制箱液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)指令；然后變頻電源通過(guò)接收到的狀態(tài)信息判斷鉆進(jìn)是否正常，判斷的條件為鉆頭單位時(shí)間內(nèi)鉆進(jìn)位移變化量< AS是否成立，如果條件不成立，說(shuō)明鉆進(jìn)過(guò)程正常，控制過(guò)程轉(zhuǎn)到檢查鉆進(jìn)取心過(guò)程是否完成，如果條件成立，說(shuō)明鉆進(jìn)過(guò)程出現(xiàn)異常，進(jìn)而檢測(cè)電機(jī)工作電流；c4)變頻電源檢測(cè)電機(jī)工作電流時(shí)，判斷條件為電機(jī)工作電流值一前值> 電機(jī)安全工作電流變化量最大值是否成立，條件不成立，說(shuō)明只是鉆進(jìn)減速，控制過(guò)程轉(zhuǎn)到檢查鉆進(jìn)取心過(guò)程是否完成，如果條件成立，說(shuō)明鉆進(jìn)過(guò)程出現(xiàn)異常，進(jìn)而檢測(cè)第一泵壓力值；c5)變頻電源檢測(cè)第一泵壓力值時(shí)，判斷條件為第一泵壓力值 > 前值是否成立，若條件不成立，說(shuō)明只是鉆進(jìn)減速，控制過(guò)程轉(zhuǎn)到檢查鉆進(jìn)取心過(guò)程是否完成，若條件成立，說(shuō)明鉆進(jìn)過(guò)程出現(xiàn)異常；變頻電源進(jìn)而開(kāi)始更新電機(jī)工作電流前值和第一泵壓力前值；c6)變頻電源將電機(jī)工作電流前值和第一泵壓力前值分別更新到對(duì)應(yīng)的當(dāng)前值，然后變頻電源發(fā)出鉆進(jìn)遇阻或遇卡警示；變頻電源發(fā)出指令減降電機(jī)電壓和頻率；變頻電源給井下儀器發(fā)退鉆指令，退鉆完成后變頻電源解除遇阻或遇卡警示；控制過(guò)程轉(zhuǎn)到檢查鉆進(jìn)取心過(guò)程是否完成；c7)檢查鉆進(jìn)取心過(guò)程是否完成時(shí)，變頻電源判斷條件為鉆頭鉆進(jìn)位移值>鉆頭位移最大值Smax是否成立，若條件不成立說(shuō)明取心進(jìn)程沒(méi)完成，控制轉(zhuǎn)到執(zhí)行步驟c2繼續(xù)檢測(cè)井下儀器參數(shù)，重新開(kāi)始鉆進(jìn)過(guò)程，如果條件成立，說(shuō)明取心過(guò)程已經(jīng)完成；變頻電源繼續(xù)給井下儀器發(fā)出指令退鉆；變頻電源報(bào)告取心作業(yè)完成。
[0025]優(yōu)選的，取心過(guò)程中地面控制箱通過(guò)控制下井供電電源的供電實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，完成對(duì)鉆進(jìn)速度的控制，其具體步驟如下；
[0026]dl)鉆進(jìn)取心地面控制箱供電完成初始化；而后，地面控制箱給井下儀器供電，井下儀器與鉆進(jìn)取心地面控制箱建立通訊；之后，地面控制箱采集井下儀器工作狀態(tài)；地面控制箱設(shè)置井下儀器步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)鉆進(jìn)速度閾值[SI，S2] ；d2)啟動(dòng)變頻電源給井下儀器的電機(jī)供電；地面控制箱給井下儀器發(fā)推靠開(kāi)指令，井下儀器推靠臂張開(kāi)，沖針從空心鉆桿中收回到最小伸出位置；地面控制箱給井下儀器發(fā)鉆頭轉(zhuǎn)指令，馬達(dá)電磁閥改變油路，高壓油驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)帶著鉆頭鉆桿旋轉(zhuǎn)；地面控制箱給井下儀器發(fā)鉆頭出指令，鉆進(jìn)電磁閥改變油路，鉆進(jìn)位置油缸推動(dòng)液壓馬達(dá)運(yùn)動(dòng)，鉆頭和鉆桿伸出儀器外殼；d3)地面控制箱采集鉆頭鉆進(jìn)速度值S ;地面控制箱判斷條件鉆進(jìn)速度值S〈鉆進(jìn)速度閾值下限值SI是否成立，當(dāng)條件成立時(shí)，地面控制箱發(fā)指令給井下儀器的步進(jìn)電機(jī)，井下儀器的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，而調(diào)節(jié)溢流閥減小溢流閥的溢流油量，調(diào)高調(diào)速閥的第二泵進(jìn)油量而提高鉆進(jìn)缸的出桿速度，提高鉆頭的鉆進(jìn)速度，直到條件不成立；d4)地面控制箱再判斷條件鉆進(jìn)速度值S〉鉆進(jìn)速度閾值上限值S2是否成立，當(dāng)條件成立時(shí)，地面控制箱發(fā)指令給井下儀器的步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)溢流閥增大溢流閥的溢流油量，減少調(diào)速閥的第二泵進(jìn)油量而降低鉆進(jìn)缸的出桿速度，從而降低鉆頭的鉆進(jìn)速度，直到條件不成立；d5)地面控制箱判斷條件Sl<鉆進(jìn)速度值S〈S2是否成立，當(dāng)條件不成立時(shí)，控制轉(zhuǎn)到執(zhí)行步驟d3，重新開(kāi)始地面控制箱查詢鉆頭鉆進(jìn)速度值S，進(jìn)而循環(huán)直到條件成立；地面控制箱報(bào)告井下儀器鉆進(jìn)速度正常。
[0027]優(yōu)選的，取心過(guò)程中地面控制箱在控制井下儀器電路部分時(shí)，包括在井下儀器電路部分的電磁閥實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)壓，其具體步驟如下；
[0028]el)地面控制箱供電完成初始化過(guò)程；而后地面控制箱設(shè)置井下儀器的電磁閥的工作安全電壓閾值；然后地面控制箱給井下儀器供電，井下儀器電路部分完成初始化過(guò)程；e2)井下儀器上傳工作狀態(tài)給地面控制箱，地面控制箱采集井下儀器中的電磁閥的工作電壓；當(dāng)電磁閥工作電壓<工作安全電壓閾值下限時(shí)，地面控制箱發(fā)送指令調(diào)高纜頭供電電壓，直到電磁閥工作電壓〉工作安全電壓閾值下限時(shí)，纜頭電壓調(diào)高過(guò)程結(jié)束；當(dāng)?shù)孛婵刂葡錂z查到電磁閥工作電壓 > 閾值上限時(shí)，地面控制箱發(fā)送指令調(diào)低纜頭供電電壓，直到地面控制箱檢查到電磁閥工作電壓〈閾值上限時(shí)，纜頭電壓調(diào)低過(guò)程結(jié)束；e3)步驟e2中的調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束后，如果滿足工作安全電壓閾值下限〈電磁閥工作電壓〈工作安全電壓閾值上限的條件，本次地面控制箱對(duì)電磁閥工作電壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束，否側(cè)，地面控制箱的控制過(guò)程重復(fù)步驟e2，開(kāi)始調(diào)節(jié)纜頭電壓，直到滿足自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程的結(jié)束條件。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0030]本發(fā)明所述的控制系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置核心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的鉆進(jìn)取心地面控制箱對(duì)取心器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和反饋控制，能夠及時(shí)的通過(guò)井下儀器的電路部分對(duì)井下儀器的各種狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，利用傳感器監(jiān)控對(duì)井下電機(jī)以及井下儀器的供電狀態(tài)，并經(jīng)過(guò)核心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)采集數(shù)據(jù)的處理，通過(guò)對(duì)變頻電源進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下電機(jī)的調(diào)控，通過(guò)對(duì)下井供電電源系統(tǒng)的調(diào)控，配合完成對(duì)鉆進(jìn)取心的控制；設(shè)置的變頻電源能夠通過(guò)對(duì)兩個(gè)相同的功率電源通道的控制得到滿足電機(jī)工作需要的兩相交流電源，利用設(shè)置的中央處理器不僅能夠滿足對(duì)電源的調(diào)節(jié)，而且能夠利用與地面控制箱建立的連接通信實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制，滿足經(jīng)變頻電源對(duì)電機(jī)控制的需要。將井下儀器的供電與電機(jī)的供電進(jìn)行分離，不僅滿足了對(duì)電機(jī)電源的控制要求，而且不會(huì)影響井下儀器的工作狀態(tài)，各自獨(dú)立的控制單元也降低了核心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制要求，結(jié)構(gòu)合理，設(shè)計(jì)巧妙，適用范圍廣，效率高，控制精確，勞動(dòng)強(qiáng)度小。
[0031]進(jìn)一步的，利用井下儀器液壓部分中設(shè)置的液壓馬達(dá)和油缸，能夠完成鉆進(jìn)取心過(guò)程中對(duì)鉆桿和鉆頭的各種控制動(dòng)作，滿足控制要求，并且利用設(shè)置配合設(shè)置的電磁閥和傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)其動(dòng)作的精確控制和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)反饋，從而保證了地面控制箱的及時(shí)有效的指令發(fā)送。
[0032]進(jìn)一步的，利用嵌入式的計(jì)算機(jī)主板，能夠?qū)?shù)字處理和信號(hào)傳遞的功能集成處理，通過(guò)傳感器預(yù)處理板對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，提高處理速度，通過(guò)采集控制板完成對(duì)信號(hào)采集進(jìn)行控制，分擔(dān)了計(jì)算機(jī)主板的處理任務(wù)并且提高了對(duì)各個(gè)信號(hào)控制以及查詢的效率，針對(duì)性強(qiáng)，效率高。
[0033]進(jìn)一步的，通過(guò)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(jìn)電機(jī)供電，保證了井下儀器的正常工作，不會(huì)受到電機(jī)電源變化的影響，通過(guò)變壓器和接入步進(jìn)電機(jī)控制器的自耦調(diào)壓器能夠滿足對(duì)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。
[0034]本發(fā)明所述的方法利用地面控制箱實(shí)現(xiàn)對(duì)取心器取心的自動(dòng)控制，進(jìn)行連續(xù)的執(zhí)行電機(jī)啟動(dòng)，推靠臂張開(kāi)，沖針伸出位移達(dá)到最小，第二泵壓力達(dá)到最大，液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，鉆頭伸出，當(dāng)鉆進(jìn)位移達(dá)到掰芯位置，液壓馬達(dá)停轉(zhuǎn)，完成掰芯鉆頭退鉆，鉆頭收回等一系列連續(xù)動(dòng)作。進(jìn)而降低了操作人員因長(zhǎng)時(shí)間的手動(dòng)取心操作帶來(lái)的精神緊張，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)操作的自動(dòng)化。
[0035]進(jìn)一步的，通關(guān)發(fā)出相應(yīng)的控制指令自動(dòng)調(diào)整取心過(guò)程中的液壓馬達(dá)動(dòng)作，智能控制鉆頭的鉆進(jìn)退鉆排屑過(guò)程，通過(guò)及時(shí)排除鉆進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生的巖石碎屑，提高鉆進(jìn)取心時(shí)效，避免巖屑擁堵帶來(lái)的卡鉆，而使得系統(tǒng)適合于軟地層的鉆井式井壁取心作業(yè)，擴(kuò)大了鉆進(jìn)式井壁取心器系統(tǒng)作業(yè)適用的地質(zhì)地層范圍。
[0036]進(jìn)一步的，在鉆取巖心過(guò)程中鉆頭負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)進(jìn)行自動(dòng)處理，可以自動(dòng)避免人工誤操作和通訊信號(hào)傳輸錯(cuò)誤所造成的沖針與取心液壓馬達(dá)的鉆頭和鉆桿相撞的事故，可以起到保護(hù)鉆頭和鉆桿的作用，進(jìn)而降低勞動(dòng)強(qiáng)度提高取心效率和成功率的效果。
[0037]進(jìn)一步的，鉆進(jìn)式井壁取心器自動(dòng)化控制系統(tǒng)的變頻電源，在取心過(guò)程中，根據(jù)井下儀器具體的狀態(tài)信息與鉆進(jìn)取心地面控制箱進(jìn)行系統(tǒng)控制權(quán)的交接轉(zhuǎn)換，并且變頻電源的自動(dòng)控制反應(yīng)時(shí)間比人工手動(dòng)操作判斷快，處理及時(shí)，可以得到大大減少在取心作業(yè)時(shí)發(fā)生鉆頭粘卡鉆的工程事故，節(jié)省處理事故的時(shí)間，減少工程事故造成的儀器損失以及儀器維修的大量成本的效果。
[0038]進(jìn)一步的，鉆進(jìn)式井壁取心器的自動(dòng)控制步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)取心鉆進(jìn)速度，在取心過(guò)程中儀器在井下就可以調(diào)節(jié)溢流閥的溢流量而調(diào)節(jié)鉆頭的鉆進(jìn)速度，從而不必把儀器取出井口再手工調(diào)節(jié)溢流閥的溢流量，提高了取心時(shí)效，擴(kuò)大了鉆進(jìn)式井壁取心器取心作業(yè)所適應(yīng)的取心地層的硬度范圍?？朔酥暗你@進(jìn)式井壁取心器只能在儀器下井之前手工調(diào)節(jié)溢流閥的溢流量來(lái)預(yù)設(shè)置鉆進(jìn)速度，儀器在井下取心作業(yè)時(shí)無(wú)法改變已經(jīng)設(shè)定的鉆頭鉆進(jìn)速度，從而造成鉆進(jìn)式井壁取心器對(duì)同一口井的不同硬度地層進(jìn)行取心的適應(yīng)性很差，且改變鉆頭的鉆進(jìn)速度只能把儀器從井里拉出來(lái)，再手工調(diào)節(jié)溢流閥的弊病。
[0039]進(jìn)一步的，鉆進(jìn)式井壁取心器自動(dòng)化控制系統(tǒng)井下儀器供電電壓進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，自動(dòng)調(diào)節(jié)電磁閥電壓，電磁閥工作在安全電壓閾值內(nèi)，可以保證取心儀器在井下進(jìn)入高溫地層段后，在儀器溫度升高情況下，電磁閥能夠可靠地按照控制指令要求吸合，改變液壓油路，所以，可以得到提高儀器工作穩(wěn)定性的效果。在鉆進(jìn)式取心作業(yè)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)井下儀器供電電壓可以自動(dòng)補(bǔ)償因?yàn)榫聝x器的工作負(fù)荷變化帶來(lái)的電源擾動(dòng)，從而提高系統(tǒng)在鉆進(jìn)式取心作業(yè)時(shí)電路的穩(wěn)定性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0040]圖1為本發(fā)明所述控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理框圖，其中圖1.1為本發(fā)明所述控制系統(tǒng)中地面控制箱與變頻電源的結(jié)構(gòu)原理框圖。
[0041]圖2為本發(fā)明實(shí)施方式I中地面控制箱控制退鉆排屑鉆進(jìn)取心方法的N-S流程圖。
[0042]圖3為本發(fā)明的實(shí)施方式2中電磁閥工作電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)方法的N-S流程圖。
[0043]圖4為本發(fā)明的實(shí)施方式3中地面控制箱控制系統(tǒng)控制方法的N-S流程圖。
[0044]圖5為本發(fā)明的實(shí)施方式4中沖針、鉆頭和鉆桿的自動(dòng)保護(hù)方法的N-S流程圖。
[0045]圖6為本發(fā)明的實(shí)施方式5中變頻電源控制系統(tǒng)控制電機(jī)方法的N-S流程圖。
[0046]圖7為本發(fā)明的實(shí)施方式6中控制步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)取心鉆進(jìn)速度方法的N-S流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0047]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0048]本發(fā)明鉆進(jìn)式井壁取心器自動(dòng)化控制系統(tǒng)，如圖1所示，包括繪圖儀、數(shù)據(jù)采集筆記本計(jì)算機(jī)、絞車深度裝置、鉆進(jìn)取心地面控制箱、變頻電源、井下儀器電路部分和井下儀器液壓部分；本系統(tǒng)依據(jù)取心作業(yè)控制要求，系統(tǒng)的控制能夠通過(guò)對(duì)電機(jī)電源的使能控制實(shí)現(xiàn)在鉆進(jìn)取心地面控制箱和變頻電源間進(jìn)行切換；鉆進(jìn)取心地面控制箱與數(shù)據(jù)采集筆記本計(jì)算機(jī)之間采用以太網(wǎng)通訊傳輸數(shù)據(jù)、與變頻電源之間采用串行口通訊傳輸數(shù)據(jù)；本發(fā)明所述的系統(tǒng)能夠采集井下儀器液壓部分工作狀態(tài)信息以及電源信息，自動(dòng)進(jìn)行智能判斷，并發(fā)出控制指令，自動(dòng)調(diào)整鉆進(jìn)式井壁取心過(guò)程中鉆頭的工作狀態(tài)；鉆進(jìn)取心地面控制箱依據(jù)絞車深度裝置提供的信號(hào)計(jì)算出井下儀器在井筒內(nèi)的深度以及運(yùn)動(dòng)方向和速度作為其它取心數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)信息；數(shù)據(jù)采集筆記本計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)記錄取心的數(shù)據(jù)，其與繪圖儀通過(guò)USB 口連接通訊，繪圖儀依照數(shù)據(jù)采集筆記本計(jì)算機(jī)的控制實(shí)時(shí)打印或回放取心的數(shù)據(jù)；井下儀器電路部分包含電源、通訊、自然伽馬探測(cè)器、儀器的液壓部分的傳感器采集電路、液壓回路電磁閥控制電路等，其接收地面系統(tǒng)控制指令，測(cè)量?jī)x器所在井深位置地層的自然伽馬射線，向地面?zhèn)鬏斁聝x器狀態(tài)數(shù)據(jù)和自然伽馬數(shù)據(jù)；自然伽馬數(shù)據(jù)和絞車深度裝置的深度數(shù)據(jù)一起由鉆進(jìn)取心地面控制箱傳給數(shù)據(jù)采集筆記本計(jì)算機(jī)，再在它的顯示器上顯示出井下儀器對(duì)應(yīng)深度的自然伽馬的數(shù)據(jù)曲線，操作人員依據(jù)自然伽馬數(shù)據(jù)曲線確認(rèn)井下儀器所在的井下地層的位置；井下儀器電路部分作為鉆進(jìn)取心井下儀器液壓部分的數(shù)據(jù)測(cè)量和狀態(tài)控制中樞與鉆進(jìn)取心地面控制箱配套，使井下儀器與地面儀器構(gòu)成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)；井下儀器液壓部分，用交流電機(jī)帶動(dòng)液壓第一泵和液壓第二泵驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)運(yùn)行，給取心執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供液壓動(dòng)能，液壓動(dòng)能推動(dòng)井下儀器液壓的推靠臂張開(kāi)和收回、鉆頭的旋轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)、鉆頭的鉆進(jìn)和退鉆等機(jī)械動(dòng)作。井下儀器電路部分在地面控制箱的控制下，用控制相應(yīng)電磁閥的通電和斷電來(lái)控制液壓油路，改變液壓油的流向，而控制推靠臂張和收、鉆頭進(jìn)和退、鉆頭轉(zhuǎn)和停，完成取心過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)式取心過(guò)程自動(dòng)化。
[0049]其中，鉆進(jìn)取心地面控制箱包括井下電機(jī)電源控制系統(tǒng)、下井供電電源系統(tǒng)、以及相應(yīng)的傳感器、液晶顯示器和核心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；能夠通過(guò)采集井下儀器電路供電電壓和電流信息，進(jìn)行智能判斷，自動(dòng)調(diào)節(jié)井下儀器供電電壓，控制井下儀器的控制推靠臂的推開(kāi)收回動(dòng)作的推靠控制電磁閥的工作電壓、以及控制鉆頭的進(jìn)退動(dòng)作的鉆進(jìn)控制電磁閥的工作電壓、以及控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)停動(dòng)作的馬達(dá)控制電磁閥的工作電壓在安全電壓范圍內(nèi)。設(shè)定井下儀器三個(gè)電磁閥工作安全電壓閾值，鉆進(jìn)取心地面控制箱在運(yùn)行取心應(yīng)用程序時(shí)，定時(shí)用程序的查詢工作方式檢測(cè)檢查纜頭電壓，將采集到的儀器供電的電纜纜頭電壓與設(shè)定的安全電壓閾值進(jìn)行數(shù)值比較，低于下限就自動(dòng)進(jìn)行升壓，高于上限就自動(dòng)進(jìn)行降壓，而使得井下儀器的三個(gè)電磁閥工作電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)到設(shè)定的安全電壓閾值內(nèi)。因此，鉆進(jìn)取心地面控制箱能夠?qū)崟r(shí)采集井下儀器電機(jī)工作電壓、電流、頻率等信息，進(jìn)行智能判斷，自動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻電源的供電電壓和頻率，在鉆取巖心過(guò)程中鉆頭負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)自動(dòng)進(jìn)行處理。
[0050]本發(fā)明中鉆進(jìn)取心地面控制箱設(shè)置井下儀器的電機(jī)安全工作電流最大值、系統(tǒng)最大功率值、以及鉆頭單位時(shí)間內(nèi)鉆進(jìn)位移變化量最小值A(chǔ)S。在取心過(guò)程中，地面控制箱檢測(cè)鉆頭位移值、第一泵壓力值、電機(jī)電流等，當(dāng)出現(xiàn)鉆頭單位時(shí)間內(nèi)鉆進(jìn)位移變化量小于設(shè)置的最小值A(chǔ)S的情況時(shí)，地面控制箱將采集的電機(jī)工作電流與前一次采集的電機(jī)工作電流進(jìn)行比較，當(dāng)出現(xiàn)電機(jī)供電電流、第一泵壓力兩者都持續(xù)增大的條件時(shí)，確定為發(fā)生鉆頭遇阻或遇到卡鉆問(wèn)題，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源向控制系統(tǒng)發(fā)出警示，同時(shí)降低電機(jī)供電的電壓和頻率以降低電流，當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)遇到警示狀態(tài)，控制系統(tǒng)就發(fā)退鉆指令，同時(shí)，鉆頭鉆進(jìn)位移在某一單位時(shí)間內(nèi)的變化量大于設(shè)定值A(chǔ)S時(shí)，鉆進(jìn)進(jìn)入正常后，驅(qū)動(dòng)電源調(diào)整工作狀態(tài)，解除警示，自動(dòng)控制系統(tǒng)就即刻發(fā)鉆進(jìn)指令，繼續(xù)進(jìn)行鉆進(jìn)取心作業(yè)。
[0051]本系統(tǒng)鉆進(jìn)取心地面控制箱可以自動(dòng)取心的控制，因而能夠避免因?yàn)槿斯ふ`操作和通訊信號(hào)傳輸錯(cuò)誤所造成的沖針與取心液壓馬達(dá)的鉆頭和鉆桿相撞的事故；系統(tǒng)鉆進(jìn)取心地面控制箱設(shè)置鉆頭處在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)沖針的安全位移值，以及設(shè)置在推靠臂處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)鉆頭的安全位移值；在控制系統(tǒng)下發(fā)控制指令時(shí)，將剛采集到的位移值和安全位移值進(jìn)行比較，當(dāng)不滿足安全位移值時(shí)，人工操作時(shí)發(fā)出的控制指令不被系統(tǒng)執(zhí)行，以保證沖針與鉆頭和鉆桿不相撞；在出現(xiàn)通訊故障時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉電機(jī)電源，確保不出現(xiàn)沖針與鉆頭和鉆桿都處在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以保證沖針與鉆頭和鉆桿不相撞。
[0052]本發(fā)明中鉆進(jìn)取心地面控制箱接收由井下儀器電路部分上傳的井下儀器液壓部分內(nèi)部的第一泵、第二泵壓力傳感器、液壓油溫度傳感器、沖針位移傳感器、鉆進(jìn)位移傳感器，以及井下儀器電路部分內(nèi)部的電機(jī)電壓互感器、電路供電電源電壓互感器、電路溫度傳感器的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為的數(shù)字量，如圖1所示，記錄或顯示出井下儀器的液壓第一泵和第二泵壓力值、液壓油溫度、儀器工作溫度、鉆頭鉆進(jìn)位移值、沖針位移值、井下電機(jī)工作電壓電流、井下儀器電源的纜頭電壓、電流等狀態(tài)信息。根據(jù)采集到的井下儀器上傳的信息，以及鉆進(jìn)取心地面控制箱的工作狀態(tài)信息，鉆進(jìn)取心地面控制箱通過(guò)核心計(jì)算機(jī)的對(duì)數(shù)據(jù)和信號(hào)的處理，做出判斷，再發(fā)出相應(yīng)的控制指令，控制鉆進(jìn)控制電磁閥和馬達(dá)控制電磁閥的動(dòng)作，而自動(dòng)調(diào)整液壓回路，控制液壓馬達(dá)進(jìn)退和轉(zhuǎn)停的動(dòng)作，完成鉆頭的鉆出、鉆進(jìn)、退鉆過(guò)程和自動(dòng)進(jìn)行取心過(guò)程中排屑操作。
[0053]地面控制箱中的井下電機(jī)電源控制系統(tǒng)由高壓開(kāi)關(guān)、接觸器及接觸器反向切換器組成，輸入給變頻電源的電壓電流經(jīng)過(guò)高壓開(kāi)關(guān)，到接觸器及接觸器反向切換器，再接入到變頻電源，而后變頻電源輸出的電壓電流再經(jīng)過(guò)下井電纜，給井下電機(jī)供電。接觸器反向切換器用于控制接觸器輸入到變頻電源的電壓電流的反向切換，從而滿足井下電機(jī)的轉(zhuǎn)向切換要求。從而控制變頻電源給井下儀器的電機(jī)供電，如圖1.1所示。
[0054]其中，下井供電電源系統(tǒng)由自耦調(diào)壓器、變壓器、步進(jìn)電機(jī)及控制器組成，從地面控制箱外邊接入的市電，經(jīng)過(guò)自耦調(diào)壓器和變壓器，再接入下井電纜，給井下儀器供電。步進(jìn)電機(jī)及控制器調(diào)節(jié)自耦調(diào)壓器而調(diào)節(jié)變壓器的輸出電壓，滿足井下儀器電路的供電要求，從而給井下電路電源供電，如圖1.1所示。
[0055]其中，傳感器包括檢測(cè)給井下電機(jī)供電的電壓互感器和電流互感器、以及檢測(cè)給井下儀器供電的電壓和電流互感器，檢測(cè)電機(jī)供電以及井下儀器供電電源的電流、電壓、頻率等信號(hào)傳給核心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，液晶顯示器顯示井下儀器和地面控制箱的大第二泵壓力、溫度、電壓、電流等信息，如圖1.1所示。
[0056]其中，核心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由直接插在母板上的計(jì)算機(jī)主板、C8051F060采集控制板、通訊存儲(chǔ)板、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)及繼電器板，以及傳感器預(yù)處理板、外圍擴(kuò)展出的接口電路組成。計(jì)算機(jī)板上面搭載一塊符合ETX3規(guī)范的CPU模塊，內(nèi)部裝有Windows XP操作系統(tǒng)，CPU模塊采用研華生產(chǎn)的S0M-4455，配有AMD Geode? LX處理器和AMD Geode? CS5536輔助設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)算性能，外圍擴(kuò)展出的接口電路包括3個(gè)USB接口，兩個(gè)串行口，一個(gè)以太網(wǎng)接口，TFT-1XD接口以及一個(gè)44針2.5寸硬盤(pán)接口，接口設(shè)有驅(qū)動(dòng)電路。核心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配合相應(yīng)的對(duì)鉆進(jìn)式井壁取心進(jìn)行控制的方法，通過(guò)顯示器觸摸屏及人機(jī)界面完成人機(jī)交互來(lái)控制取芯過(guò)程、進(jìn)行井下儀器刻度、控制井下電機(jī)供電、自動(dòng)控制下井電路供電，可以通過(guò)顯示屏上的信息，及時(shí)調(diào)整儀器工作狀態(tài)，從而順利完成取心任務(wù)，如圖1.1所示。
[0057]本發(fā)明中通過(guò)在井下儀器液壓部分內(nèi)的油浸步進(jìn)電機(jī)、溢流閥和調(diào)速閥，三者按照順序調(diào)節(jié)的方式自動(dòng)控制鉆頭的鉆進(jìn)速度。鉆進(jìn)取心地面控制箱設(shè)置井下儀器鉆頭鉆進(jìn)速度，發(fā)指令給井下儀器控制井下儀器的步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和角度，來(lái)調(diào)節(jié)與其連在一起的溢流閥的液壓油的溢流量，而控制調(diào)節(jié)閥的第二泵來(lái)油量，控制鉆進(jìn)缸的出桿速度，從而控制鉆頭的鉆進(jìn)速度。
[0058]本發(fā)明中，如圖1.1所示,變頻電源有A、B兩個(gè)相同的功率電源通道，包括功率因數(shù)校正模塊PFC、BUCK調(diào)壓模塊、高頻正弦調(diào)制升壓模塊、逆變換向模塊、以及發(fā)出高低頻控制信號(hào)的中央控制模塊、傳感器預(yù)處理板和液晶顯示器、以及外圍接口功能單元模塊。來(lái)自鉆進(jìn)取心地面控制箱的井下電機(jī)電源控制系統(tǒng)的A、B兩相交流220V電，輸入給頻電源的A、B兩個(gè)功率電源通道，首先經(jīng)過(guò)各自的功率因數(shù)校正模塊PFC而獲得較高功率因數(shù)的360V直流電壓，再在中央控制模塊控制下，360V直流電壓經(jīng)過(guò)BUCK調(diào)壓模塊，得到電壓輸出范圍為O?370V的可調(diào)控直流電壓，而后直流輸入到高頻正弦調(diào)制升壓模塊，在中央控制模塊控制下，先將直流電壓調(diào)制成按照正弦規(guī)律變化的高頻信號(hào)，再經(jīng)過(guò)高頻升壓和高頻整流過(guò)程，得到按照正弦規(guī)律變化的高頻脈沖序列，再經(jīng)過(guò)低通濾波過(guò)程得到與中央控制模塊發(fā)出的低頻控制信號(hào)一致的低頻半波正弦高壓信號(hào)，高頻正弦調(diào)制升壓模塊輸出的高壓低頻半波正弦信號(hào)輸入到逆變換向模塊，中央控制模塊向逆變換向模塊發(fā)出頻率同步的低頻換向方波信號(hào)，中央控制模塊通過(guò)控制A、B兩個(gè)通道的模塊的低頻正弦調(diào)制波形的相位，使變頻電源輸出相位差90度的A、B兩相正弦波形交流，而得到滿足電機(jī)需要的變頻調(diào)壓的兩相交流電源。
[0059]本發(fā)明的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源采用如上所述的專用的變頻電源，與鉆進(jìn)取心地面控制箱通過(guò)串行口進(jìn)行相互通訊，根據(jù)鉆進(jìn)取心地面控制箱的指令要求從鉆進(jìn)取心地面控制箱取得系統(tǒng)的控制權(quán)，從鉆進(jìn)取心地面控制箱獲得井下儀器和鉆進(jìn)取心地面控制箱的工作狀態(tài)信息，變頻電源智能控制鉆進(jìn)式取心進(jìn)行的過(guò)程。變頻電源從地面控制箱采集到系統(tǒng)的儀器工作狀態(tài)信息，對(duì)信息做出判斷，再對(duì)井下儀器的電機(jī)供電進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)壓和調(diào)頻處理，使得井下儀器電機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓馬達(dá)的鉆進(jìn)式取心過(guò)程適應(yīng)井下儀器所在的不同深度、不同硬度的地層，以及在鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)生鉆頭粘卡鉆工程問(wèn)題時(shí)，根據(jù)地面控制箱采集到的相應(yīng)的儀器工作狀態(tài)信息做出判斷，接管地面控制箱的系統(tǒng)控制權(quán)，及時(shí)快速地自動(dòng)啟動(dòng)解除鉆頭粘卡鉆工程問(wèn)題的進(jìn)程，而進(jìn)行退鉆以及電機(jī)關(guān)電等操作程序。
[0060]本發(fā)明所述的控制系統(tǒng)和控制方法，實(shí)現(xiàn)了鉆取巖心作業(yè)時(shí)鉆進(jìn)式井壁取心器系統(tǒng)根據(jù)取心時(shí)井下儀器的狀態(tài)信息，自動(dòng)調(diào)節(jié)儀器的工作狀態(tài)、發(fā)出各種控制指令，實(shí)現(xiàn)取心作業(yè)過(guò)程的自動(dòng)化控制提高鉆進(jìn)式井壁取心工作效率。能夠根據(jù)井下儀器工作狀態(tài)信息，自動(dòng)進(jìn)行判斷，發(fā)出相應(yīng)的控制指令自動(dòng)完成取心操作過(guò)程，并且系統(tǒng)在使用過(guò)程中對(duì)井下儀器的液壓機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)部件具有自動(dòng)保護(hù)功能。而且能偶自動(dòng)調(diào)節(jié)井下儀器電磁閥工作電壓功能的鉆進(jìn)取心地面控制箱，根據(jù)取心所用車載電纜的長(zhǎng)度、電網(wǎng)電壓波動(dòng)情況隨時(shí)調(diào)節(jié)井下儀器工作電壓，使井下儀器的各種電磁閥工作正常，各種信號(hào)傳輸正常。利用設(shè)置的變頻電源作為專用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源，可以根據(jù)井下儀器的電機(jī)工作狀態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)供電電壓，使電機(jī)達(dá)到最佳工作狀態(tài)。通過(guò)井壁取心器井下儀器電路，使其能夠完成鉆進(jìn)式井壁取心器井下儀器液壓部分的測(cè)量和控制電路與鉆進(jìn)取心地面控制箱配套，使井下儀器與地面儀器構(gòu)成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)式井壁取心過(guò)程自動(dòng)化。本發(fā)明具體的系統(tǒng)組成和控制方法如下所述的六個(gè)實(shí)施方式。
[0061]實(shí)施方式I
[0062]如圖1所示，本發(fā)明所述測(cè)井鉆進(jìn)式井壁取心器的控制系統(tǒng)，其包含用于取心數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄功能的數(shù)據(jù)采集筆記本計(jì)算機(jī)；用于取心數(shù)據(jù)紙化記錄功能的繪圖儀；用于給井下儀器電機(jī)供電功能的變頻電源；用于信號(hào)處理和數(shù)據(jù)采集，以及井下儀器狀態(tài)控制和供電的鉆進(jìn)取心地面控制箱；用于向鉆進(jìn)取心地面控制箱提供井下儀器在井筒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)的絞車深度裝置；鉆進(jìn)取心地面控制箱根據(jù)接收到的運(yùn)動(dòng)信號(hào)得出井下儀器在井筒內(nèi)的深度以及運(yùn)動(dòng)方向和速度數(shù)據(jù)，作為其它取心數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)信息。還包括用于鉆進(jìn)式井壁取心操作和能量傳遞的井下儀器液壓部分；用于井下儀器工作狀態(tài)檢測(cè)和控制液壓部分工作狀態(tài)的井下儀器電路部分。
[0063]其中，如圖1所示，井下儀器液壓部分包括用于把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并傳遞給第一泵和第二泵的電機(jī)；用于改變推靠臂油缸進(jìn)油方向完成推靠臂開(kāi)合功能的推靠電磁閥；用于改變鉆進(jìn)缸進(jìn)油方向完成鉆頭的進(jìn)鉆和退鉆的鉆進(jìn)電磁閥；用于改變液壓馬達(dá)進(jìn)油和停油完成液壓馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)的液壓馬達(dá)電磁閥；用于把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能的第一泵和第二泵；用于把第一泵輸出的動(dòng)力液壓油的壓力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的第一泵壓力傳感器；用于把第二泵輸出的動(dòng)力液壓油的壓力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的第二泵壓力傳感器；用于把液壓油溫度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的液壓油溫度傳感器；用于將沖針的位移轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的沖針位移傳感器；用于把液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的液壓馬達(dá)；用于將液壓馬達(dá)及鉆頭的位移轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的鉆進(jìn)位移傳感器；用于將所取得的巖心的長(zhǎng)度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的心長(zhǎng)傳感器。其中，空心鉆桿鉆頭用于向地層鉆取巖心，沖針用于在取完巖心后從液壓馬達(dá)的空心鉆桿鉆頭里取出巖心；巖心沖針油缸用于控制沖針運(yùn)動(dòng)，鉆頭位置油缸用于控制空心鉆桿鉆頭運(yùn)動(dòng)；用于液壓能傳遞及能量分配的液壓部件及管匯。
[0064]如圖1所示，本發(fā)明測(cè)井鉆進(jìn)式井壁取心器的控制系統(tǒng)的控制下鉆進(jìn)式井壁取心的工作過(guò)程。在取心作業(yè)時(shí)，井下儀器與測(cè)井絞車車載的電纜連接被下放至取心的目的地層，變頻電源給井下儀器的電機(jī)供電，電機(jī)帶動(dòng)第一泵和第二泵給液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供液壓動(dòng)力，鉆進(jìn)取心地面控制箱發(fā)推靠臂推開(kāi)指令，井下儀器的推靠臂打開(kāi)，把取心儀器固定在井筒的取心目的層的取心位置上，鉆進(jìn)取心地面控制箱發(fā)液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)指令和鉆頭出鉆指令，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的空心鉆桿鉆頭在井壁的垂直方向鉆取巖心，當(dāng)鉆頭到達(dá)最遠(yuǎn)的鉆進(jìn)位置后，鉆頭掰斷巖心，地面控制箱發(fā)鉆頭收回指令和馬達(dá)停轉(zhuǎn)指令，巖心被收回到儀器體內(nèi)，在地面控制箱發(fā)推靠臂收回指令，且推靠臂收回后，沖針把巖心從空心鉆桿鉆頭內(nèi)捅出，巖心落入儀器尾部的巖心收集筒里，至此一個(gè)取心作業(yè)過(guò)程結(jié)束。在取心過(guò)程中數(shù)據(jù)采集筆記本計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)記錄取心過(guò)程中儀器的工作狀態(tài)，同時(shí)繪圖儀在數(shù)據(jù)采集筆記本計(jì)算機(jī)的控制下打印輸出數(shù)據(jù)的紙質(zhì)形式。在鉆進(jìn)式取心作業(yè)前，數(shù)據(jù)采集筆記本計(jì)算機(jī)記錄儀器內(nèi)自然伽馬探頭測(cè)出的井筒方向的自然伽馬曲線，根據(jù)自然伽馬曲線確定儀器所在井下的地層位置，來(lái)幫助儀器完成鉆進(jìn)式井壁取心位置的停靠定位。
[0065]井下儀器電路部分包括電機(jī)電壓互感器和電路電源電壓互感器。
[0066]本發(fā)明所述測(cè)井鉆進(jìn)式井壁取心器的控制系統(tǒng)工作時(shí)，由鉆進(jìn)取心地面控制箱控制完成取心，其中的退鉆排屑鉆進(jìn)取心過(guò)程如圖2所示。
[0067]在鉆進(jìn)取心過(guò)程中，空心鉆桿鉆頭在垂直井壁的地層中旋轉(zhuǎn)連續(xù)地切削與鉆頭接觸的巖石產(chǎn)生巖石碎屑，巖屑存在于鉆頭鉆進(jìn)過(guò)程中形成的空洞壁和鉆頭鉆桿之間的間隙中，積累多了就會(huì)造成卡鉆問(wèn)題，這使得在鉆進(jìn)過(guò)程中必須及時(shí)地用退鉆的方式把巖屑帶出空洞，而后才能再鉆進(jìn)，其稱為鉆進(jìn)式取心過(guò)程中的退鉆排屑鉆進(jìn)取心過(guò)程。
[0068]為了解決鉆進(jìn)式取心過(guò)程中的退鉆排屑鉆進(jìn)問(wèn)題，如圖2所示，首先，鉆進(jìn)取心地面控制箱給井下儀器供電，井下儀器電路部分完成其初始化工作，建立起與鉆進(jìn)取心地面控制箱的通訊；而后井下儀器電路部分采集井下儀器的第一泵和第二泵的壓力值、液壓油溫度值、沖針位移值、鉆頭位移值、芯長(zhǎng)位移值、電壓和電流信息，設(shè)定退鉆排屑位移值，沖針最小伸出狀態(tài)位移值，鉆頭退鉆排屑過(guò)程中退鉆的最遠(yuǎn)位置位移量，第一次排屑退鉆的上次排屑退鉆鉆頭位移最大值；再傳遞給地面控制箱；地面控制箱把采集到的井下儀器的信息在顯示器上顯示；之后，啟動(dòng)變頻電源給井下儀器的電機(jī)供電，電機(jī)帶動(dòng)第一泵和第二泵向液壓管匯輸出高速高壓液壓油，驅(qū)動(dòng)液壓執(zhí)行部件；地面控制箱下發(fā)推靠臂推開(kāi)指令給井下儀器，推靠電磁閥改變推靠臂油缸的油路，推開(kāi)推靠臂完成井下儀器在井下取心地層位置的固定工作；在推靠臂完全張開(kāi)后，沖針從空心鉆桿鉆頭里收回到最小的伸出狀態(tài)，沖針的最小伸出狀態(tài)在地面控制箱上顯示為沖針位移值< 150，也就是其最小伸出狀態(tài)位移值設(shè)定為150，這時(shí)沖針從空心的鉆頭鉆桿里全部收回；地面控制箱下發(fā)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)指令給井下儀器的電路，液壓馬達(dá)電磁閥改變油路，液壓馬達(dá)帶動(dòng)空心鉆桿鉆頭旋轉(zhuǎn)；鉆頭在出鉆后位移值大于400時(shí)，鉆頭就伸出了儀器外殼的包絡(luò)面，位移值400被設(shè)定為在鉆頭退鉆排屑過(guò)程中退鉆的最遠(yuǎn)位置，同時(shí)也設(shè)定400為第一次排屑退鉆的上次退鉆鉆頭位移最大值；地面控制箱下發(fā)鉆頭出鉆指令給井下儀器，鉆進(jìn)電磁閥改變油路控制鉆頭出鉆，旋轉(zhuǎn)的鉆頭鉆桿伸出儀器外殼垂直向地層鉆進(jìn)；由于在鉆進(jìn)過(guò)程中，要求退鉆排屑，設(shè)定其退鉆排屑位移值為50，從而系統(tǒng)要求鉆頭位移每次鉆進(jìn)加深50進(jìn)行一次退鉆排屑，只要鉆頭沒(méi)有達(dá)到排屑退鉆位移的要求值就處在鉆進(jìn)狀態(tài)，這就要求必須是鉆頭位移 < 上次退鉆鉆頭位移最大值+50 ;當(dāng)鉆頭達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的排屑退鉆位移值位置后，就更新上次退鉆鉆頭位移最大值，即把原來(lái)值+50再賦給上次退鉆鉆頭位移最大值；而后地面控制箱下發(fā)鉆頭退鉆指令給井下儀器，鉆進(jìn)電磁閥改變油路，開(kāi)始液壓馬達(dá)收回，鉆頭退鉆；只要鉆頭位移值> 400，地面控制箱就一直保持給鉆進(jìn)電磁閥的鉆頭退鉆指令狀態(tài)不變；在每次退鉆排屑后，再次鉆進(jìn)前，系統(tǒng)檢查鉆頭的位移值是否已經(jīng)滿足上次退鉆鉆頭位移最大值> 1050，鉆頭位移值1000是鉆頭達(dá)到最遠(yuǎn)伸出并完成掰芯的位移值，條件如果已經(jīng)滿足說(shuō)明本次取心工作已經(jīng)完成，在正常情況下掰斷的巖心已經(jīng)滯留在了空心的鉆桿里，這時(shí)系統(tǒng)就不再出鉆了，而是繼續(xù)退鉆，直到鉆頭回到儀器內(nèi)的收回位置，即鉆頭位移值為O的位置，同時(shí)地面控制箱報(bào)告完成當(dāng)前位置取心過(guò)程。
[0069]實(shí)施方式2
[0070]本發(fā)明所述測(cè)井鉆進(jìn)式井壁取心器的控制系統(tǒng)工作時(shí)，由鉆進(jìn)取心地面控制箱控制完成取心，電磁閥工作電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)的方法。如圖3所示，
[0071]首先，地面控制箱供電完成初始化過(guò)程；而后地面控制箱設(shè)置井下儀器的電磁閥的工作安全電壓；之后，地面控制箱給井下儀器供電，井下儀器電路部分完成初始化過(guò)程；井下儀器上傳工作狀態(tài)給地面控制箱，地面控制箱查詢井下儀器中的電磁閥的工作電壓，開(kāi)始對(duì)電磁閥工作電壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程；當(dāng)電磁閥工作電壓 < 工作安全電壓閾值下限時(shí)，地面控制箱發(fā)送指令調(diào)高纜頭供電電壓，直到電磁閥工作電壓〉工作安全電壓閾值下限時(shí)，纜頭電壓調(diào)高過(guò)程結(jié)束；當(dāng)?shù)孛婵刂葡錂z查到電磁閥工作電壓>閾值上限時(shí)，地面控制箱發(fā)送指令調(diào)低纜頭供電電壓，直到地面控制箱檢查到電磁閥工作電壓〈閾值上限時(shí)，纜頭電壓調(diào)低過(guò)程結(jié)束；以上兩個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束后，如果電磁閥工作電壓在工作安全電壓閾值內(nèi)，即工作安全電壓閾值下限〈電磁閥工作電壓〈工作安全電壓閾值上限，本次地面控制箱對(duì)電磁閥工作電壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束，否側(cè)，地面控制箱的控制過(guò)程重新返回到前面，開(kāi)始檢測(cè)電磁閥的工作電壓，開(kāi)始調(diào)節(jié)纜頭電壓，直到滿足自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程的結(jié)束條件。
[0072]實(shí)施方式3
[0073]本發(fā)明所述測(cè)井鉆進(jìn)式井壁取心器的控制系統(tǒng)工作時(shí)，由鉆進(jìn)取心地面控制箱控制完成取心，如圖4所示，其整體的方法步驟如下。
[0074]首先，地面控制箱供電后，設(shè)置井下儀器的電機(jī)安全工作電流最大值、系統(tǒng)最大功率值、電機(jī)安全工作電流變化量最大值、鉆頭單位時(shí)間內(nèi)鉆進(jìn)位移變化量最小值A(chǔ)S、鉆頭位移最大值Smax等，地面控制箱給井下儀器供電，與井下儀器建立通訊；而后，地面控制箱采集井下儀器上傳的電機(jī)工作電流、第一泵壓力值、鉆頭鉆進(jìn)位移值儀器狀態(tài)數(shù)據(jù)；在取心過(guò)程開(kāi)始后，地面控制箱給井下儀器發(fā)馬達(dá)轉(zhuǎn)指令和鉆頭鉆進(jìn)指令；之后，地面控制箱判斷條件鉆頭單位時(shí)間內(nèi)鉆進(jìn)位移變化量< AS是否成立，條件不成立，說(shuō)明鉆進(jìn)過(guò)程正常，控制過(guò)程轉(zhuǎn)到檢查鉆進(jìn)取心過(guò)程是否完成，如果條件成立，說(shuō)明鉆進(jìn)過(guò)程出現(xiàn)異常，進(jìn)而檢測(cè)電機(jī)工作電流；電機(jī)安全工作電流變化量最大值設(shè)定為0.5A，從而地面控制箱判斷條件電機(jī)工作電流值一前值> 0.5A是否成立，條件不成立，說(shuō)明只是鉆進(jìn)減速，控制過(guò)程轉(zhuǎn)到檢查鉆進(jìn)取心過(guò)程是否完成，如果條件成立，說(shuō)明鉆進(jìn)過(guò)程出現(xiàn)異常，進(jìn)而檢測(cè)第一泵壓力值；地面控制箱判斷條件第一泵壓力值 > 前值是否成立，條件不成立，說(shuō)明只是鉆進(jìn)減速，控制過(guò)程轉(zhuǎn)到檢查鉆進(jìn)取心過(guò)程是否完成，如果條件成立，說(shuō)明鉆進(jìn)過(guò)程出現(xiàn)異常；地面控制箱進(jìn)而開(kāi)始更新電機(jī)工作電流前值和第一泵壓力前值；地面控制箱發(fā)出鉆進(jìn)遇阻和遇卡警示；地面控制箱向變頻電源發(fā)出指令減降電機(jī)電壓和頻率；地面控制箱給井下儀器發(fā)退鉆指令；而后，地面控制箱解除遇阻或遇卡警示；地面控制箱判斷檢查條件鉆頭鉆進(jìn)位移值>鉆頭位移最大值Smax是否成立，條件不成立說(shuō)明取心進(jìn)程沒(méi)完成，程序控制轉(zhuǎn)到前邊繼續(xù)檢測(cè)井下儀器參數(shù)，重新開(kāi)始鉆進(jìn)過(guò)程，如果條件成立，說(shuō)明取心過(guò)程已經(jīng)完成；地面控制箱繼續(xù)發(fā)出指令退鉆；地面控制箱報(bào)告取心作業(yè)完成。
[0075]在本實(shí)施方式3的取心過(guò)程控制中，能夠啟動(dòng)地面控制箱的自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)，地面控制箱就可以自動(dòng)連續(xù)執(zhí)行電機(jī)啟動(dòng)，推靠臂張開(kāi)，沖針伸出位移達(dá)到最小，第二泵壓力達(dá)到最大，液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，鉆頭伸出，當(dāng)鉆進(jìn)位移達(dá)到掰芯位置，液壓馬達(dá)停轉(zhuǎn)，完成掰芯鉆頭退鉆，鉆頭收回等一系列連續(xù)動(dòng)作。進(jìn)而降低了操作人員因長(zhǎng)時(shí)間的手動(dòng)取心操作帶來(lái)的精神緊張。
[0076]實(shí)施方式4
[0077]本發(fā)明所述測(cè)井鉆進(jìn)式井壁取心器的控制系統(tǒng)工作時(shí)，由鉆進(jìn)取心地面控制箱控制完成取心，如圖5所示，其中沖針、空心鉆桿鉆頭的自動(dòng)保護(hù)方法如下。
[0078]首先，地面控制箱供電完成初始化；禁止給井下儀器的電機(jī)供電；而后，地面控制箱給井下儀器供電；之后，地面控制箱與井下儀器建立通訊；地面控制箱檢查與井下儀器的通訊是否正常，如果通訊不正常，程序控制返回上一步，繼續(xù)地面控制箱與井下儀器建立通訊的過(guò)程，直到檢查到通訊正常；地面控制箱開(kāi)電機(jī)供電；而后，地面控制箱設(shè)置鉆頭處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)的沖針安全位移值；而后，設(shè)置推靠臂處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)鉆頭安全位移值；地面控制箱采集沖針位移值；地面控制箱采集鉆頭位移值；而后，地面控制箱查詢與井下通訊是否正常，如果，通訊異常地面控制箱就會(huì)關(guān)閉電機(jī)電源；如果，通訊正常，地面控制箱就檢查條件沖針位移值< 安全位移值是否成立，如果不成立，地面控制箱禁止鉆頭出和收指令，如果條件成立，地面控制箱開(kāi)放出和收鉆指令；而后，地面控制箱檢查條件鉆頭位移>安全位移值是否成立，如果條件不成立，地面控制箱就禁止推靠開(kāi)和收指令，如果條件成立，地面控制箱就開(kāi)放推靠開(kāi)和收指令。
[0079]實(shí)施方式5
[0080]本發(fā)明所述測(cè)井鉆進(jìn)式井壁取心器的控制系統(tǒng)工作時(shí)，由鉆進(jìn)取心地面控制箱控制完成取心，變頻電源控制電機(jī)進(jìn)行取心，如圖6所示，其中方法如下。
[0081]首先，地面控制箱電機(jī)供電開(kāi)關(guān)置在開(kāi)狀態(tài)，即地面控制箱使得電機(jī)電源在使能狀態(tài)；而后，變頻電源供電初始化；變頻電源與地面控制箱建立通訊；地面控制箱放棄系統(tǒng)控制權(quán)；變頻電源獲得系統(tǒng)控制權(quán)；變頻電源設(shè)置井下儀器的電機(jī)工作電流最大值、系統(tǒng)最大功率值、電機(jī)安全工作電流變化量最大值、鉆頭單位時(shí)間內(nèi)鉆進(jìn)位移變化量最小值Δ S、鉆頭位移最大值Smax ;之后，變頻電源接收地面控制箱傳送的井下儀器和地面控制箱的狀態(tài)信息；變頻電源發(fā)送給地面控制箱液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)指令；變頻電源檢查條件鉆頭單位時(shí)間內(nèi)鉆進(jìn)位移變化量< AS是否成立，如果條件不成立，說(shuō)明鉆進(jìn)過(guò)程正常，控制過(guò)程轉(zhuǎn)到檢查鉆進(jìn)取心過(guò)程是否完成，如果條件成立，說(shuō)明鉆進(jìn)過(guò)程出現(xiàn)異常，進(jìn)而檢測(cè)電機(jī)工作電流；電機(jī)安全工作電流變化量最大值設(shè)定為0.5A，因此變頻電源判斷條件電機(jī)工作電流值一前值> 0.5A是否成立，條件不成立，說(shuō)明只是鉆進(jìn)減速，控制過(guò)程轉(zhuǎn)到檢查鉆進(jìn)取心過(guò)程是否完成，如果條件成立，說(shuō)明鉆進(jìn)過(guò)程出現(xiàn)異常，進(jìn)而檢測(cè)第一泵壓力值；變頻電源判斷條件第一泵壓力值 > 前值是否成立，條件不成立，說(shuō)明只是鉆進(jìn)減速，控制過(guò)程轉(zhuǎn)到檢查鉆進(jìn)取心過(guò)程是否完成，如果條件成立，說(shuō)明鉆進(jìn)過(guò)程出現(xiàn)異常；變頻電源進(jìn)而開(kāi)始更新電機(jī)工作電流前值和第一泵壓力前值；變頻電源發(fā)出鉆進(jìn)遇阻或遇卡警示；變頻電源發(fā)出指令減降電機(jī)電壓和頻率；變頻電源給井下儀器發(fā)退鉆指令；而后，變頻電源解除遇阻或遇卡警示；變頻電源判斷條件為鉆頭鉆進(jìn)位移值>鉆頭位移最大值Smax是否成立，條件不成立說(shuō)明取心進(jìn)程沒(méi)完成，程序控制轉(zhuǎn)到前邊繼續(xù)檢測(cè)井下儀器參數(shù)，重新開(kāi)始鉆進(jìn)過(guò)程，如果條件成立，說(shuō)明取心過(guò)程已經(jīng)完成；變頻電源繼續(xù)給井下儀器發(fā)出指令退鉆；變頻電源報(bào)告取心作業(yè)完成。
[0082]實(shí)施方式6
[0083]本發(fā)明所述測(cè)井鉆進(jìn)式井壁取心器的控制系統(tǒng)工作時(shí)，由鉆進(jìn)取心地面控制箱控制完成取心，如圖7所示，其中控制步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)取心鉆進(jìn)速度的方法如下。
[0084]首先，鉆進(jìn)取心地面控制箱供電完成初始化；而后，地面控制箱給井下儀器供電，井下儀器與鉆進(jìn)取心地面控制箱建立通訊；之后，地面控制箱采集井下儀器工作狀態(tài)；地面控制箱設(shè)置井下儀器步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)鉆進(jìn)速度閾值[SI，S2];啟動(dòng)變頻電源給井下儀器的電機(jī)供電；地面控制箱給井下儀器發(fā)推靠開(kāi)指令，井下儀器推靠臂張開(kāi)，沖針從空心鉆桿中收回到最小伸出位置；地面控制箱給井下儀器發(fā)鉆頭轉(zhuǎn)指令，馬達(dá)電磁閥改變油路，高壓油驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)帶著鉆頭鉆桿旋轉(zhuǎn)；地面控制箱給井下儀器發(fā)鉆頭出指令，鉆進(jìn)電磁閥改變油路，鉆進(jìn)缸推動(dòng)液壓馬達(dá)運(yùn)動(dòng)，鉆頭和鉆桿伸出儀器外殼；地面控制箱查詢鉆頭鉆進(jìn)速度值S ;地面控制箱判斷條件鉆進(jìn)速度值S〈鉆進(jìn)速度閾值下限值SI是否成立，當(dāng)條件成立時(shí)，地面控制箱發(fā)指令給井下儀器的步進(jìn)電機(jī)，井下儀器的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，而調(diào)節(jié)溢流閥減小溢流閥的溢流油量，調(diào)高調(diào)速閥的第二泵進(jìn)油量而提高鉆進(jìn)缸的出桿速度，從而提高鉆頭的鉆進(jìn)速度，直到條件不成立；而后，地面控制箱再判斷條件鉆進(jìn)速度值S〉鉆進(jìn)速度閾值上限值S2是否成立，當(dāng)條件成立時(shí)，地面控制箱發(fā)指令給井下儀器的步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)溢流閥增大溢流閥的溢流油量，減少調(diào)速閥的第二泵進(jìn)油量而降低鉆進(jìn)缸的出桿速度，從而降低鉆頭的鉆進(jìn)速度，直到條件不成立；之后，地面控制箱判斷條件SK鉆進(jìn)速度值S〈S2是否成立，當(dāng)條件不成立時(shí)，程序控制轉(zhuǎn)向前邊，重新開(kāi)始地面控制箱查詢鉆頭鉆進(jìn)速度值S，進(jìn)而程序循環(huán)，直到條件成立；而后，地面控制箱報(bào)告井下儀器鉆進(jìn)速度正常。
【權(quán)利要求】
1.一種測(cè)井鉆進(jìn)式井壁取心器的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括鉆進(jìn)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； 所述的鉆進(jìn)取心地面控制箱包括，用于信號(hào)處理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诵挠?jì)算機(jī)系統(tǒng)；用于接入市電對(duì)井下儀器進(jìn)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(jī)電源控制系統(tǒng)；用于對(duì)井下儀器供電電源和井下電機(jī)供電電源數(shù)據(jù)進(jìn)行采集的傳感器；核心計(jì)算機(jī)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(jī)電源控制系統(tǒng)；所述傳感器包括設(shè)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(shè)置在變頻電源供電線路上的電機(jī)電流互感器和電機(jī)電壓互感器； 所述的絞車深度裝置用于為核心計(jì)算機(jī)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(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度的實(shí)時(shí)信號(hào)數(shù)據(jù)； 所述的變頻電源用于根據(jù)核心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制給井下儀器中的電機(jī)供電；變頻電源包括兩組相同的分別連接在井下電機(jī)電源控制系統(tǒng)電源輸出端的功率電源通道，用于像功率電源通道發(fā)出高低頻控制信號(hào)的中央控制模塊，用于對(duì)功率電源通道反饋信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理的信號(hào)預(yù)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(kuò)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(jī)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(jī)的供電端； 所述的井下儀器電路部分用于井下儀器工作狀態(tài)檢測(cè)和根據(jù)核心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制信號(hào)控制相應(yīng)電磁閥的通斷； 所述的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(jī)構(gòu)提供液壓動(dòng)能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)井鉆進(jìn)式井壁取心器的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的井下儀器液壓部分包括由變頻電源供電控制的電機(jī)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dá)電磁閥控制的液壓馬達(dá)，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(shè)置在第二泵輸出管路上的鉆進(jìn)電磁閥，調(diào)速閥的輸入端分別連接第一泵的輸出端和設(shè)置有溢流閥的第二泵輸出端，溢流閥由步進(jìn)電機(jī)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(shè)置有沖針位移傳感器，液壓馬達(dá)與鉆頭位置油缸上連接鉆進(jìn)位移傳感器，液壓馬達(dá)與巖心沖針油缸上連接心長(zhǎng)傳感器；第一泵和第二泵上分別設(shè)置有第一泵壓力傳感器和第二泵壓力傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)井鉆進(jìn)式井壁取心器的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的核心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括搭載有CPU的嵌入式的計(jì)算機(jī)主板，用于擴(kuò)展的外圍擴(kuò)展接口電路，用于對(duì)數(shù)據(jù)采集進(jìn)行控制的采集控制板，用于與傳感器信號(hào)和絞車深度裝置信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理的傳感器預(yù)處理板，連接在采集控制板輸出端的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)及繼電器板；計(jì)算機(jī)主板通過(guò)通訊存儲(chǔ)板與采集控制板連接，采集控制板的輸入端連接傳感器預(yù)處理板的輸出端；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)電源控制系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種測(cè)井鉆進(jìn)式井壁取心器的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的下井供電電源系統(tǒng)包括輸入端連接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)及繼電器板輸出端的步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)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(duì)井下儀器進(jìn)行供電；所述的井下電機(jī)電源控制系統(tǒng)包括與依次接入電壓電流連接的高壓開(kāi)關(guān)和接觸器及反向切換器。
5.一種測(cè)井鉆進(jìn)式井壁取心器的控制方法，其特征在于，包括如下步驟， 1)地面控制箱供電，設(shè)置井下儀器的電機(jī)安全工作電流最大值、系統(tǒng)最大功率值、電機(jī)安全工作電流變化量最大值、鉆頭單位時(shí)間內(nèi)鉆進(jìn)位移變化量最小值A(chǔ)S、鉆頭位移最大值Smax ； 2)地面控制箱給井下儀器供電，與井下儀器建立通訊；地面控制箱采集井下儀器上傳的包括電機(jī)工作電流、第一泵壓力值、鉆頭鉆進(jìn)位移值的儀器狀態(tài)數(shù)據(jù)； 3)在取心過(guò)程開(kāi)始后，地面控制箱給井下儀器發(fā)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)指令和鉆頭鉆進(jìn)指令；之后，地面控制箱通過(guò)采集到的儀器狀態(tài)數(shù)據(jù)判斷鉆進(jìn)是否正常，判斷條件為鉆頭單位時(shí)間內(nèi)鉆進(jìn)位移變化量< AS是否成立，若條件不成立，說(shuō)明鉆進(jìn)過(guò)程正常，控制過(guò)程轉(zhuǎn)到檢查鉆進(jìn)取心過(guò)程是否完成；若條件成立，說(shuō)明鉆進(jìn)過(guò)程出現(xiàn)異常，進(jìn)而檢測(cè)電機(jī)工作電流； 4)地面控制箱檢測(cè)電機(jī)工作電流時(shí)，判斷條件為電機(jī)工作電流值一前值>電機(jī)安全工作電流變化量最大值是否成立，若條件不成立，說(shuō)明只是鉆進(jìn)減速，控制過(guò)程轉(zhuǎn)到檢查鉆進(jìn)取心過(guò)程是否完成；若條件成立，說(shuō)明鉆進(jìn)過(guò)程出現(xiàn)異常，進(jìn)而檢測(cè)第一泵壓力值； 5)地面控制箱檢測(cè)第一泵壓力值時(shí)，判斷條件為第一泵壓力值> 前值是否成立，若條件不成立，說(shuō)明只是鉆進(jìn)減速，控制過(guò)程轉(zhuǎn)到檢查鉆進(jìn)取心過(guò)程是否完成，若條件成立，說(shuō)明鉆進(jìn)過(guò)程出現(xiàn)異常，進(jìn)而地面控制箱開(kāi)始更新電機(jī)工作電流前值和第一泵壓力前值； 6)地面控制箱將電機(jī)工作電流前值和第一泵壓力前值分別更新到對(duì)應(yīng)的當(dāng)前值，然后地面控制箱發(fā)出鉆進(jìn)遇阻和遇卡警示，地面控制箱向變頻電源發(fā)出指令減降電機(jī)電壓和頻率，地面控制箱給井下儀器發(fā)退鉆指令，退鉆完成后地面控制箱解除遇阻或遇卡警示；控制過(guò)程轉(zhuǎn)到檢查鉆進(jìn)取心過(guò)程是否完成； 7)檢查鉆進(jìn)取心過(guò)程是否完成時(shí)，地面控制箱判斷檢查條件為鉆頭鉆進(jìn)位移值>鉆頭位移最大值Smax是否成立，若條件不成立說(shuō)明取心進(jìn)程沒(méi)完成，控制轉(zhuǎn)到執(zhí)行步驟2繼續(xù)檢測(cè)井下儀器參數(shù)，重新開(kāi)始鉆進(jìn)過(guò)程；若條件成立，說(shuō)明取心過(guò)程已經(jīng)完成；地面控制箱繼續(xù)發(fā)出指令退鉆；地面控制箱報(bào)告取心作業(yè)完成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種測(cè)井鉆進(jìn)式井壁取心器的控制方法，其特征在于，取心過(guò)程中鉆頭鉆進(jìn)時(shí)采用退鉆排屑鉆進(jìn)取心的方法，其包括如下步驟， al)鉆進(jìn)取心地面控制箱給井下儀器供電，井下儀器電路部分完成其初始化工作，建立起與鉆進(jìn)取心地面控制箱的通訊； a2)地面控制箱通過(guò)井下儀器電路部分采集井下儀器的第一泵和第二泵的壓力值、液壓油溫度值、沖針位移值、鉆頭位移值、芯長(zhǎng)位移值、電壓和電流信息；設(shè)定退鉆排屑位移值，沖針最小伸出狀態(tài)位移值，鉆頭退鉆排屑過(guò)程中退鉆的最遠(yuǎn)位置位移量，第一次排屑退鉆的上次排屑退鉆鉆頭位移最大值； a3)啟動(dòng)變頻電源給井下儀器的電機(jī)供電，電機(jī)帶動(dòng)第一泵和第二泵向液壓管匯輸出高速高壓液壓油，驅(qū)動(dòng)液壓執(zhí)行部件； a4)地面控制箱下發(fā)推靠臂推開(kāi)指令給井下儀器，推靠電磁閥改變推靠臂油缸的油路，推開(kāi)推靠臂完成井下儀器在井下取心地層位置的固定工作；在推靠臂完全張開(kāi)后，沖針從空心鉆桿鉆頭里收回到最小伸出狀態(tài)位移值； a5)地面控制箱通過(guò)井下儀器電路部分下發(fā)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)指令，液壓馬達(dá)電磁閥改變油路，液壓馬達(dá)帶動(dòng)空心鉆桿鉆頭旋轉(zhuǎn)；鉆頭在出鉆后位移值大于第一次排屑退鉆的上次排屑退鉆鉆頭位移最大值時(shí)，地面控制箱下發(fā)鉆頭出鉆指令給井下儀器，鉆進(jìn)電磁閥改變油路控制鉆頭出鉆，旋轉(zhuǎn)的鉆頭鉆桿伸出儀器外殼垂直向地層鉆進(jìn)； a6)鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，直至每次鉆進(jìn)位移達(dá)到退鉆排屑位移值時(shí)進(jìn)行一次退鉆排屑；當(dāng)鉆頭達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的排屑退鉆位移值位置后，就更新上次退鉆鉆頭位移最大值為上次退鉆鉆頭位移最大值與退鉆排屑位移值之和；而后地面控制箱下發(fā)鉆頭退鉆指令給井下儀器，鉆進(jìn)電磁閥改變油路，液壓馬達(dá)收回，鉆頭退鉆； a7)當(dāng)鉆頭位移值不小于鉆頭退鉆排屑過(guò)程中退鉆的最遠(yuǎn)位置位移量，地面控制箱就一直保持給鉆進(jìn)電磁閥的鉆頭退鉆指令狀態(tài)不變；在每次退鉆排屑后，再次鉆進(jìn)前，系統(tǒng)檢查鉆頭的位移值是否已經(jīng)滿足上次退鉆鉆頭位移最大值不小于鉆頭最遠(yuǎn)伸出位移量與退鉆排屑位移值之和，若條件不滿足，則重復(fù)步驟a6 ;若條件滿足說(shuō)明本次取心工作已經(jīng)完成，繼續(xù)退鉆直到鉆頭位移值為0的位置，鉆頭回到儀器內(nèi)的收回位置，同時(shí)地面控制箱報(bào)告完成當(dāng)前位置取心過(guò)程。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種測(cè)井鉆進(jìn)式井壁取心器的控制方法，其特征在于，取心過(guò)程中地面控制箱控制沖針將巖心從空心鉆桿鉆頭中取出時(shí)采用沖針和空心鉆桿鉆頭的自動(dòng)保護(hù)方法，其步驟如下； bl)地面控制箱供電完成初始化；禁止給井下儀器的電機(jī)供電；而后，地面控制箱給井下儀器供電； b2)地面控制箱與井下儀器建立通訊；檢查與井下儀器的通訊是否正常，如果通訊不正常，程序控制返回上一步，繼續(xù)地面控制箱與井下儀器建立通訊的過(guò)程，直到檢查到通訊正常； b3)地面控制箱開(kāi)放電機(jī)供電；設(shè)置鉆頭處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)的沖針安全位移值，設(shè)置推靠臂處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)鉆頭安全位移值；地面控制箱采集沖針位移值，采集鉆頭位移值；b4)地面控制箱查詢與井下通訊是否正常，如果通訊異常，地面控制箱就會(huì)關(guān)閉電機(jī)電源；如果通訊正常，地面控制箱就檢查條件沖針位移值<安全位移值是否成立，如果不成立，地面控制箱禁止鉆頭出和收指令，如果條件成立，地面控制箱開(kāi)放出和收鉆指令；然后，地面控制箱檢查條件鉆頭位移 > 安全位移值是否成立，如果條件不成立，地面控制箱就禁止推靠開(kāi)和收指令，如果條件成立，地面控制箱就開(kāi)放推靠開(kāi)和收指令。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種測(cè)井鉆進(jìn)式井壁取心器的控制方法，其特征在于，取心過(guò)程中地面控制箱通過(guò)控制變頻電源的供電實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)和鉆進(jìn)取心的控制，其具體步驟如下； cl)地面控制箱電機(jī)供電開(kāi)關(guān)置在開(kāi)狀態(tài)，變頻電源進(jìn)行供電初始化；變頻電源與地面控制箱建立通訊；地面控制箱放棄系統(tǒng)控制權(quán)；變頻電源獲得系統(tǒng)控制權(quán)； c2)變頻電源設(shè)置井下儀器的電機(jī)工作電流最大值、系統(tǒng)最大功率值、電機(jī)安全工作電流變化量最大值、鉆頭單位時(shí)間內(nèi)鉆進(jìn)位移變化量最小值A(chǔ)S、鉆頭位移最大值Smax ；c3)變頻電源接收地面控制箱傳送的井下儀器和地面控制箱的狀態(tài)信息；變頻電源發(fā)送給地面控制箱液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)指令；然后變頻電源通過(guò)接收到的狀態(tài)信息判斷鉆進(jìn)是否正常，判斷的條件為鉆頭單位時(shí)間內(nèi)鉆進(jìn)位移變化量< AS是否成立，如果條件不成立，說(shuō)明鉆進(jìn)過(guò)程正常，控制過(guò)程轉(zhuǎn)到檢查鉆進(jìn)取心過(guò)程是否完成，如果條件成立，說(shuō)明鉆進(jìn)過(guò)程出現(xiàn)異常，進(jìn)而檢測(cè)電機(jī)工作電流； c4)變頻電源檢測(cè)電機(jī)工作電流時(shí)，判斷條件為電機(jī)工作電流值一前值 > 電機(jī)安全工作電流變化量最大值是否成立，條件不成立，說(shuō)明只是鉆進(jìn)減速，控制過(guò)程轉(zhuǎn)到檢查鉆進(jìn)取心過(guò)程是否完成，如果條件成立，說(shuō)明鉆進(jìn)過(guò)程出現(xiàn)異常，進(jìn)而檢測(cè)第一泵壓力值； c5)變頻電源檢測(cè)第一泵壓力值時(shí)，判斷條件為第一泵壓力值〉前值是否成立，若條件不成立，說(shuō)明只是鉆進(jìn)減速，控制過(guò)程轉(zhuǎn)到檢查鉆進(jìn)取心過(guò)程是否完成，若條件成立，說(shuō)明鉆進(jìn)過(guò)程出現(xiàn)異常；變頻電源進(jìn)而開(kāi)始更新電機(jī)工作電流前值和第一泵壓力前值； c6)變頻電源將電機(jī)工作電流前值和第一泵壓力前值分別更新到對(duì)應(yīng)的當(dāng)前值，然后變頻電源發(fā)出鉆進(jìn)遇阻或遇卡警示；變頻電源發(fā)出指令減降電機(jī)電壓和頻率；變頻電源給井下儀器發(fā)退鉆指令，退鉆完成后變頻電源解除遇阻或遇卡警示；控制過(guò)程轉(zhuǎn)到檢查鉆進(jìn)取心過(guò)程是否完成； c7)檢查鉆進(jìn)取心過(guò)程是否完成時(shí)，變頻電源判斷條件為鉆頭鉆進(jìn)位移值>鉆頭位移最大值Smax是否成立，若條件不成立說(shuō)明取心進(jìn)程沒(méi)完成，控制轉(zhuǎn)到執(zhí)行步驟c2繼續(xù)檢測(cè)井下儀器參數(shù)，重新開(kāi)始鉆進(jìn)過(guò)程，如果條件成立，說(shuō)明取心過(guò)程已經(jīng)完成；變頻電源繼續(xù)給井下儀器發(fā)出指令退鉆；變頻電源報(bào)告取心作業(yè)完成。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種測(cè)井鉆進(jìn)式井壁取心器的控制方法，其特征在于，取心過(guò)程中地面控制箱通過(guò)控制下井供電電源的供電實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，完成對(duì)鉆進(jìn)速度的控制，其具體步驟如下； dl)鉆進(jìn)取心地面控制箱供電完成初始化；而后，地面控制箱給井下儀器供電，井下儀器與鉆進(jìn)取心地面控制箱建立通訊；之后，地面控制箱采集井下儀器工作狀態(tài)；地面控制箱設(shè)置井下儀器步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)鉆進(jìn)速度閾值[S1，S2]； d2)啟動(dòng)變頻電源給井下儀器的電機(jī)供電；地面控制箱給井下儀器發(fā)推靠開(kāi)指令，井下儀器推靠臂張開(kāi)，沖針從空心鉆桿中收回到最小伸出位置；地面控制箱給井下儀器發(fā)鉆頭轉(zhuǎn)指令，馬達(dá)電磁閥改變油路，高壓油驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)帶著鉆頭鉆桿旋轉(zhuǎn)；地面控制箱給井下儀器發(fā)鉆頭出指令，鉆進(jìn)電磁閥改變油路，鉆進(jìn)位置油缸推動(dòng)液壓馬達(dá)運(yùn)動(dòng)，鉆頭和鉆桿伸出儀器外殼； d3)地面控制箱采集鉆頭鉆進(jìn)速度值S ;地面控制箱判斷條件鉆進(jìn)速度值S〈鉆進(jìn)速度閾值下限值S1是否成立，當(dāng)條件成立時(shí)，地面控制箱發(fā)指令給井下儀器的步進(jìn)電機(jī)，井下儀器的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，而調(diào)節(jié)溢流閥減小溢流閥的溢流油量，調(diào)高調(diào)速閥的第二泵進(jìn)油量而提聞鉆進(jìn)缸的出桿速度，提聞鉆頭的鉆進(jìn)速度，直到條件不成立; d4)地面控制箱再判斷條件鉆進(jìn)速度值S>鉆進(jìn)速度閾值上限值S2是否成立，當(dāng)條件成立時(shí)，地面控制箱發(fā)指令給井下儀器的步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)溢流閥增大溢流閥的溢流油量，減少調(diào)速閥的第二泵進(jìn)油量而降低鉆進(jìn)缸的出桿速度，從而降低鉆頭的鉆進(jìn)速度，直到條件不成立； d5)地面控制箱判斷條件S1〈鉆進(jìn)速度值S〈S2是否成立，當(dāng)條件不成立時(shí)，控制轉(zhuǎn)到執(zhí)行步驟d3，重新開(kāi)始地面控制箱查詢鉆頭鉆進(jìn)速度值S，進(jìn)而循環(huán)直到條件成立；地面控制箱報(bào)告井下儀器鉆進(jìn)速度正常。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種測(cè)井鉆進(jìn)式井壁取心器的控制方法，其特征在于，取心過(guò)程中地面控制箱在控制井下儀器電路部分時(shí)，包括在井下儀器電路部分的電磁閥實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)壓，其具體步驟如下； el)地面控制箱供電完成初始化過(guò)程；而后地面控制箱設(shè)置井下儀器的電磁閥的工作安全電壓閾值；然后地面控制箱給井下儀器供電，井下儀器電路部分完成初始化過(guò)程；e2)井下儀器上傳工作狀態(tài)給地面控制箱，地面控制箱采集井下儀器中的電磁閥的工作電壓； 當(dāng)電磁閥工作電壓 < 工作安全電壓閾值下限時(shí)，地面控制箱發(fā)送指令調(diào)高纜頭供電電壓，直到電磁閥工作電壓〉工作安全電壓閾值下限時(shí)，纜頭電壓調(diào)高過(guò)程結(jié)束； 當(dāng)?shù)孛婵刂葡錂z查到電磁閥工作電壓 > 閾值上限時(shí)，地面控制箱發(fā)送指令調(diào)低纜頭供電電壓，直到地面控制箱檢查到電磁閥工作電壓〈閾值上限時(shí)，纜頭電壓調(diào)低過(guò)程結(jié)束；e3)步驟e2中的調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束后，如果滿足工作安全電壓閾值下限〈電磁閥工作電壓〈工作安全電壓閾值上限的條件，本次地面控制箱對(duì)電磁閥工作電壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束，否側(cè)，地面控制箱的控制過(guò)程重復(fù)步驟e2，開(kāi)始調(diào)節(jié)纜頭電壓，直到滿足自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程的結(jié)束條件。
【文檔編號(hào)】E21B49/06GK104373120SQ201410715205
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】王愛(ài)新, 劉文革, 方旭紅, 田亞鋒, 田麗萍, 賀海龍, 陳金宏, 陳川, 李珊, 紀(jì)志偉, 葛海婭, 張志敏 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司