[发明专利]一种深海岩心钻机自适应钻进测控系统

说明书

本发明公开了一种深海岩心钻机自适应钻进测控系统，包括水上操控系统和水下测控系统，水上操控系统与水下测控系统通信连接；水上操控系统包括第一通信模块、工控模块和人机交互模块，第一通信模块分别与工控模块和水下测控系统通信连接，人机交互模块与工控模块通信连接。该系统在钻机的钻进执行模块中增加转速、钻压等参数反馈信息，并相应在水下测控系统的比例阀控制模块中融入自适应控制算法，识别该钻进区域区块地质属性，并自适应匹配该地质环境下的官方大数据下的理论钻进速度，进行恒定转速巡航钻进，有效提高钻进效率和钻进效果。

技术领域

本发明涉及一种深海岩心钻机自适应钻进测控系统。

背景技术

海底岩心取样钻机是用于深海底矿产资源勘探和海洋地质科学研究的深海底地质钻探取心的专用设备，适合在海底进行普查勘探，与通常的钻探船或钻探平台有着完全不同的工作方式。海底钻机在水下工作时，与承载船只需要一条具有承载能力的脐带缆即可实现远程的能量供应和通信控制。

海底钻机的技术发展自2003年首次完成了实验样机以来，陆续完成了十余个航次、300余个有效站位的取样，为国内深海地质勘探提供了多样、有效的地质样品，进一步巩固了我国在国际深海科学考察地位。

海底钻机的测控系统，是实现钻探过程远程监测与控制的关键部件，是海底钻机的关键技术部分。目前现有海底钻机工作方式皆为开环控制，在钻机坐底钻进作业过程中完全依靠现场专业工程师进行手动遥控操作，根据水下各传感器数据反馈，进行手动调节钻进压力、转动速度和冲洗泵流量等参数，以完成钻探作业，整个操作复杂，对操作人员要求较高，缺少一定的自动化程度。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种深海岩心钻机自适应钻进测控系统。

为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种深海岩心钻机自适应钻进测控系统，包括水上操控系统和水下测控系统，所述水上操控系统与水下测控系统通信连接；所述水上操控系统包括第一通信模块、工控模块和人机交互模块，所述第一通信模块分别与所述工控模块和水下测控系统通信连接，所述人机交互模块与所述工控模块通信连接；

所述水下测控系统包括CPU控制模块、比例阀控制模块、传感器数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块、钻进执行模块和第二通信模块，所述第二通信模块连接所述CPU控制模块，所述CPU控制模块连接所述比例阀控制模块、传感器数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和钻进执行模块；所述传感器数据采集模块连接所述数据处理模块，所述数据处理模块连接数据存储模块，所述比例阀控制模块连接所述钻进执行模块；所述第一通信模块与第二通信模块之间通信连接；

所述CPU控制模块：用于控制整个水下测控系统的工作；

所述比例阀控制模块：通过自适应PID控制算法，对钻机钻压与钻速进行比例控制，达到钻机恒钻压控制；

所述传感器数据采集模块：所述传感器数据采集模块实时获取能够反映底质地层的力学特性的参数，并将其反馈给数据处理模块；

数据处理模块：用于对传感器数据采集模块采集的反映底质地层的力学特性的参数进行分析，方便CPU控制模块控制钻进执行模块进行钻进工作；

数据存储模块：用于对传感器数据采集模块的采集数据和数据处理模块的分析数据进行存储；

钻进执行模块：通过CPU控制模块控制钻进执行模块进行深海岩心的钻进工作。

进一步的，所述钻进执行模块包括提升装置、旋转装置、钻井液循环装置、动力驱动装置和传动装置；

所述提升装置：控制动力头的上行和下行，实现钻杆和钻头的钻进与提升；旋转装置：由动力头旋转马达带动钻杆和钻头旋转、破碎岩石；