Инструмент проверки динамической работоспособности системы верхнего привода

1. Способ, включающий в себя этапы, на которых осуществляют:
определение ожидаемых амплитудных и фазово-частотных характеристик верхнего привода (TD), приводимого в действие частотно-регулируемым приводом (VFD), причем VFD и TD являются частью системы VFD-TD системы бурения скважин, и причем при определении ожидаемых амплитудных и фазово-частотных характеристик используют модель контура управления для VFD и TD;
создание опытных данных путем подачи последовательности синусоидальных сигналов с разными, заданными частотами на VFD в качестве вводимых данных уставки по частоте вращения TD в дополнение к постоянной базовой частоте вращения;
определение амплитудной и фазовой задержки для синусоидальных входных сигналов разной частоты в контуре управления VFD-TD на основании опытных данных; и
оценку работоспособности системы VFD-TD путем сравнения определенных амплитудных и фазовых характеристик с ожидаемыми амплитудными и фазовыми характеристиками.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что модель использует параметры, включающие коэффициенты усиления управления автоматического регулятора частоты вращения (ASR), связанного с комбинацией VFD-TD, постоянной времени задержки, полученной из постоянной времени задержки фильтра низких частот, и измеренной инерцией TD.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что контур управления смоделирован как содержащий пропорционально-интегральный (PI) контроллер и фильтр VFD, инерцию TD, интегратор и компаратор, который сравнивает уставку по частоте вращения с выходным значением интегратора, и причем выходное значение интегратора представляет собой фактическую частоту вращения VFD или TD.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что создание модели включает в себя использование передаточных функций, соответствующих PI контроллеру, фильтру, инерции TD и интегратору.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что:
период времени сигналов на каждой частоте является одинаковым; и
амплитуда сигналов находится в постоянном диапазоне от приблизительно пяти оборотов в минуту (об/мин) до приблизительно двадцати об/мин на TD.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что испытание включает высокоскоростную регистрацию с частотой выборки по меньшей мере 200 Гц.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определение амплитуды включает в себя:
нахождение максимального и минимального значений в течение периода времени входных сигналов; и
определение средних величин для максимального и минимального значений.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определение фазовой задержки включает в себя использование последовательностей данных дискретного времени с алгоритмами оценки задержки.
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оценка работоспособности системы VFD-TD включает в себя оценку того, находятся ли определенные амплитудные и фазовые характеристики в пределах заданного диапазона ожидаемых амплитудных и фазовых характеристик, для определения того, удовлетворяют ли определенные амплитудные и фазовые характеристики заданным критериям проверки работоспособности.
10. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя оценку значений времени задержки между входными данными и выходными данными внешнего контроллера с использованием опытных данных.
11. Способ по п. 10, дополнительно включающий в себя оценку значений времени задержки между входными данными и выходными данными VFD с использованием опытных данных.
12. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя создание диагностического отчета, содержащего:
оцененную работоспособность; и
общую информацию о буровой установке и/или TD, в том числе одно или более из следующего: номер буровой установки, имя оператора, а также тип, модель, номинальная мощность, номинальная частота вращения и/или номинальный крутящий момент TD.
13. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя создание диагностического отчета, содержащего:
оцененную работоспособность; и
параметры управления VFD и/или другого устройства, в том числе одно или более из пропорционального и интегрального коэффициентов усиления управления автоматического регулятора частоты вращения (ASR), связанного с комбинацией VFD-TD, инерции TD и одной или более постоянных времени фильтра.
14. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя создание диагностического отчета, содержащего:
оцененную работоспособность; и
один или более заданных и/или вводимых пользователем критериев проверки работоспособности.
15. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя создание диагностического отчета, содержащего:
оцененную работоспособность; и
общие и/или характерные для испытания указания успешного/неуспешного прохождения.
16. Система обработки, содержащая:
процессор, содержащий локальное запоминающее устройство;
основное запоминающее устройство, осуществляющее связь с процессором;
устройство ввода, осуществляющее связь с процессором посредством интерфейсной схемы; и
устройство вывода, осуществляющее связь с процессором посредством интерфейсной схемы;
причем процессор выполнен с возможностью исполнения закодированных команд, хранящихся в запоминающем устройстве и/или локальном запоминающем устройстве для:
осуществления связи с частотно-регулируемым приводом (VFD) посредством интерфейсной схемы, причем VFD выполнен с возможностью приведения в действие верхнего привода (TD), и причем VFD и TD являются частью системы VFD-TD системы бурения скважин; и
в ответ на инициацию со стороны человека посредством устройства ввода автоматического выполнения следующего:
определение ожидаемых амплитудных и фазово-частотных характеристик с использованием модели контура управления для VFD и TD;
создание опытных данных путем подачи последовательности синусоидальных сигналов с разными, заданными частотами на VFD в качестве вводимых данных уставки по частоте вращения TD в дополнение к постоянной базовой частоте вращения;
определение амплитудной и фазовой задержки для синусоидальных входных сигналов разной частоты в контуре управления VFD-TD на основании опытных данных; и
вывод на устройство вывода указания работоспособности системы VFD-TD, причем указание работоспособности основано на сравнении определенных амплитудных и фазовых характеристик с ожидаемыми амплитудными и фазовыми характеристиками.
17. Система обработки по п. 16, отличающаяся тем, что инициация со стороны человека посредством устройства ввода не включает в себя ни информацию, используемую для создания модели, ни информацию, используемую моделью.
18. Система обработки по п. 16, отличающаяся тем, что инициация со стороны человека посредством устройства ввода включает в себя одно взаимодействие человека с устройством ввода.
19. Способ, включающий в себя этапы, на которых осуществляют:
ввод одного ввода в устройство ввода системы обработки, тем самым запуская работу процессора системы обработки для исполнения закодированных команд, хранящихся в запоминающем устройстве системы обработки, для выполнения следующего:
определение ожидаемых амплитудных и фазово-частотных характеристик верхнего привода (TD), приводимого в действие частотно-регулируемым приводом (VFD), причем VFD и TD являются частью системы VFD-TD системы бурения скважин, и причем при определении ожидаемых амплитудных и фазово-частотных характеристик используют модель контура управления для VFD и TD;
создание опытных данных путем подачи последовательности синусоидальных сигналов с разными, заданными частотами на VFD в качестве вводимых данных уставки по частоте вращения TD в дополнение к постоянной базовой частоте вращения;
определение амплитудной и фазовой задержки для синусоидальных входных сигналов разной частоты в контуре управления VFD-TD на основании опытных данных;
определение указания работоспособности системы VFD-TD путем сравнения определенных и ожидаемых амплитудных и фазовых характеристик; и
вывод указания работоспособности посредством устройства вывода системы обработки.
20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что вывод указания работоспособности включает в себя диагностический отчет, содержащий:
общую информацию о буровой установке и/или TD, в том числе одно или более из следующего: номер буровой установки, имя оператора, а также тип, модель, номинальная мощность, номинальная частота вращения и/или номинальный крутящий момент TD;
параметры управления VFD и/или другого устройства, в том числе одно или более из пропорционального и интегрального коэффициентов усиления управления автоматического регулятора частоте вращения (ASR), связанного с комбинацией VFD-TD, инерции TD и одной или более постоянных времени фильтра;
один или более заданных и/или вводимых пользователем критериев проверки работоспособности;
общие и/или характерные для испытания указания успешного/неуспешного прохождения; и
причины для указаний успешного/неуспешного прохождения.