專利名稱：用于水平定向鉆井中的功率控制的設備和方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及用于水平地下鉆孔的方法和設備，并且更具體地涉及一種用于管 理自引擎的泵功率提取的方法和設備。
背景技術：
用于水、電、氣、電話和有線電視的公用事業(yè)管路常常由于安全和美觀原因而在地 下延伸。在許多情形中，地下公用事業(yè)設施可以掩埋于溝槽中，然后回填該溝槽。雖然在新 建筑物領域中有用，但是在溝槽中掩埋公用事業(yè)設施具有某些弊端。在支撐現(xiàn)有建筑物的 區(qū)域中，溝槽可能引起對結構或者道路的嚴重擾動。另外，很有可能的是挖掘溝槽可能損壞 先前掩埋的公用事業(yè)設施并且由于挖掘溝槽而被擾動的結構或者道路很少能恢復至它們 的原有狀況。開放溝槽也可能造成工人和行人受傷的危險。近來已經(jīng)開發(fā)了鉆出水平地下孔的通用技術，以便克服上述弊端以及在運用常規(guī) 溝槽挖掘技術時未解決的其它弊端。根據(jù)也稱為水平定向鉆井(HDD)或者無溝槽地下鉆 孔的此類水平鉆孔技術，鉆孔系統(tǒng)處于地表面上并且相對于地表面以傾斜角度將孔鉆入地中。HDD過程包括定位孔鉆孔步驟。在該步驟中，產(chǎn)生在起始點開始并在終止點結束且 在地下(通常水平或者通常平行于地面)延伸的鉆孔。該鉆孔通過定位鉆孔機以旋轉和推 進鉆柱使其穿過地而形成。鉆頭附接到鉆柱的前端。通過將貯存在鉆孔機中的儲備鉆桿中 的各個鉆桿端到端地連接起來而形成鉆柱。形成鉆桿之間的連接，在隨后的步驟中該連接 被鉆孔機斷開。鉆井流體能夠流過鉆孔工具上的鉆柱并且從鉆孔向上回流以便去除切屑物和污 泥。在鉆孔工具達到所需深度之后，然后沿著基本上水平路徑導弓I工具以產(chǎn)生水平鉆孔。在 已經(jīng)獲得所需長度的鉆孔之后，然后向上導引工具以穿破地的表面。擴孔器然后附接到鉆 柱，該鉆柱回拉經(jīng)過鉆孔，由此將鉆孔擴大至較大直徑。普遍將公用事業(yè)設施管路或者其它 管道附接到擴孔工具，從而將它與擴孔器一起拖動經(jīng)過鉆孔。常稱為推動擴孔的、與水平定向鉆井關聯(lián)的另一技術涉及在鉆孔工具已經(jīng)退出鉆 孔的出口側之后在鉆孔的入口側將擴孔器附接到鉆柱。然后推動擴孔器經(jīng)過鉆孔，同時從 鉆孔的出口側行進離開的鉆桿在鉆孔的出口位置被個別地斷開。有時使用推動擴孔技術， 因為它有利地提供鉆井流體的再循環(huán)。比如在鉆孔的出口位置斷開鉆桿而需要的操作者與 鉆柱的直接互作用程度比與傳統(tǒng)水平定向鉆井技術關聯(lián)的直接互作用程度大得多。
發(fā)明內容
本公開涉及一種用于自動避免HDD系統(tǒng)中的引擎過載的系統(tǒng)和方法。水平定向鉆 井機可以包括引擎，為多個液壓電機提供功率。例如，可以使用一個液壓電機來推或拉鉆 柱，可以使用另一液壓電機來旋轉鉆柱，可以使用再一液壓電機來操作泥漿泵。液壓電機通 過分開的泵和液壓流體回路從引擎提取功率。本發(fā)明提供了一種控制方法和系統(tǒng)，用于防止多個液壓泵使得引擎過載。本發(fā)明的各個實施方式涉及一種水平定向鉆井機，其包括引擎，通過旋轉軸輸出 機械能；旋轉泵，利用由該引擎通過旋轉軸的旋轉而輸出的機械能來操作旋轉電機，該旋轉 電機通過該旋轉泵與該旋轉電機之間的旋轉液壓流體回路的加壓來旋轉鉆柱；推進泵，利 用由該引擎通過該旋轉軸的旋轉而輸出的機械能來操作推進電機，該推進電機通過該推進 泵與該推進電機之間的推進液壓流體回路的加壓來縱向移動該鉆柱；泥漿泵，利用由該引 擎通過該旋轉軸的旋轉而輸出的機械能來操作泥漿電機，該泥漿電機通過該泥漿泵與該泥 漿電機之間的泥漿液壓流體回路的加壓來通過該鉆柱遞送流體；旋轉液壓流體傳感器，輸 出指示旋轉液壓流體回路中的液壓流體壓力的旋轉壓力信號；推進液壓流體傳感器，輸出 指示推進液壓流體回路中的液壓流體壓力的推進壓力信號；泥漿液壓流體傳感器，輸出指 示泥漿液壓流體回路中的液壓流體壓力的泥漿壓力信號；傳感器，輸出指示旋轉軸的旋轉 速率的旋轉信號；以及控制電路，包括處理器和存儲器，該處理器配置為執(zhí)行存儲在存儲 器中的程序指令，處理器執(zhí)行存儲的程序指令使得控制電路控制該旋轉泵自該引擎輸出 的機械能的功率提取，控制該推進泵自該引擎輸出的機械能的功率提取，控制該泥漿泵自 該引擎輸出的機械能的功率提取，基于旋轉壓力信號和旋轉信號計算自該引擎的旋轉泵功 率提取，基于推進壓力信號和旋轉信號計算自該引擎的推進泵功率提取，基于泥漿壓力信 號和旋轉信號計算自該引擎的泥漿泵功率提取，基于該旋轉泵功率提取、該推進泵功率提 取和該泥漿泵功率提取計算總功率提取，比較總功率提取和與該引擎的輸出能力相關的閾 值，以及基于該總功率提取超過該閾值而降低該旋轉泵、該推進泵和該泥漿泵的每個自該 引擎的機械能提取。這種實施方式可以包括用戶接口，其包括旋轉用戶輸入件，配置用于基于用戶輸 入而輸出旋轉信號；推進用戶輸入件，配置用于基于用戶輸入而輸出推進信號；以及泥漿 用戶輸入件，配置用于基于用戶輸入而輸出泥漿信號，其中處理器執(zhí)行所存儲的程序指令 使得該控制電路基于旋轉信號控制旋轉泵的功率提?。换谕七M信號控制推進泵的功率 提?。换谀酀{信號控制泥漿泵的功率提取，以及其中旋轉泵的功率提取、推進泵的功率提 取和泥漿泵的功率提取每個基于該總功率提取超過該閾值根據(jù)用戶輸入水平來調節(jié)。在這種實施方式中，處理器執(zhí)行所存儲的程序指令可以使得該控制電路基于該總 功率提取超過該閾值，以成比例的量降低該旋轉泵、該推進泵和該泥漿泵中的每個自該引 擎的機械能提取。在這種實施方式中，處理器執(zhí)行所存儲的程序指令可以使得該控制電路基于該總 功率提取超過該閾值，以不同的量降低該旋轉泵、該推進泵和該泥漿泵中的每個的機械能 提取。這種實施方式可以包括引擎溫度傳感器，其輸出指示該引擎的冷卻劑溫度的溫度 信號，其中處理器執(zhí)行所存儲的程序指令可以使得該控制電路基于該引擎的冷卻劑溫度超 過由該溫度信號指示的溫度閾值，降低該旋轉泵、該推進泵和該泥漿泵中的每個自該引擎 的機械能提取。這種實施方式可以包括引擎負載傳感器，其輸出指示該引擎上的負載的負載信 號，其中處理器執(zhí)行所存儲的程序指令可以使得該控制電路基于旋轉信號計算每分鐘引擎 轉數(shù)參數(shù)，以及基于該每分鐘引擎轉數(shù)參數(shù)超過由旋轉信號指示的每分鐘引擎轉數(shù)閾值，降低該旋轉泵、該推進泵和該泥漿泵中的每個自該引擎的機械能提取。在這種實施方式中，處理器執(zhí)行所存儲的程序指令可以使得該控制電路計算該 旋轉液壓流體回路中液壓流體的旋轉液壓流體流量，計算該推進液壓流體回路中液壓流體 的推進液壓流體流量，計算該泥漿液壓流體回路中液壓流體的泥漿液壓流體流量，以及其 中該旋轉泵功率提取的計算基于該旋轉液壓流體流量，該推進泵功率提取的計算基于該推 進液壓流體流量，該泥漿泵功率提取的計算基于該泥漿液壓流體流量。本發(fā)明的各種實施方式針對一種水平定向鉆井機，其包括引擎，輸出機械能 ’旋 轉泵，利用由該引擎輸出的機械能來操作用于旋轉鉆柱的旋轉電機；推進泵，利用由該引擎 輸出的機械能來操作用于縱向移動該鉆柱的推進電機；泥漿泵，利用由該引擎輸出的機械 能來操作用于通過該鉆柱遞送流體的泥漿電機；以及控制電路，包括控制器和存儲器，該處 理器配置為執(zhí)行存儲在存儲器上的程序指令，處理器執(zhí)行存儲的程序指令使得控制電路 計算自該引擎的旋轉泵功率提取，計算自該引擎的推進泵功率提取，計算自該引擎的泥漿 泵功率提取，基于該旋轉泵功率提取、該推進泵功率提取和該泥漿泵功率提取計算總功率 提取，比較總功率提取和閾值，以及基于該總功率提取超過該閾值而降低該旋轉泵、該推進 泵和該泥漿泵中的每個自該引擎的機械能提取。這種實施方式可以包括第一傳感器，輸出指示由該旋轉泵所泵浦的液壓流體的 第一液壓流體參數(shù)的第一參數(shù)信號；第二傳感器，輸出指示由該推進泵所泵浦的液壓流體 的第二液壓流體參數(shù)的第二參數(shù)信號；以及第三傳感器，輸出指示由該泥漿泵所泵浦的液 壓流體的第三液壓流體參數(shù)的第三參數(shù)信號，其中處理器執(zhí)行所存儲的程序指令可以使得 控制電路基于第一參數(shù)信號計算該旋轉泵功率提取，基于第二參數(shù)信號計算該推進泵功 率提取，以及基于第三參數(shù)信號計算該泥漿泵功率提取。在這種實施方式中，該第一液壓流體參數(shù)可以是旋轉泵輸出的液壓流體流量，該 第二液壓流體參數(shù)可以是推進泵輸出的液壓流體流量，以及該第三液壓流體參數(shù)可以是泥 漿泵輸出的液壓流體流量。在這種實施方式中，處理器執(zhí)行所存儲的程序指令可以使得控制電路基于該總功 率提取超過該閾值，以相等份額降低該旋轉泵、該推進泵和該泥漿泵中的每個自該引擎的 機械能提取。在這種實施方式中，處理器執(zhí)行所存儲的程序指令可以使得控制電路基于該總功 率提取超過該閾值，以不相等份額降低該旋轉泵、該推進泵和該泥漿泵中的每個自該引擎 的機械能提取。這種實施方式可以包括用戶接口，其包括旋轉輸入件，配置用于輸出旋轉命令信 號、推進輸入命令信號以及泥漿輸入命令信號，其中處理器執(zhí)行所存儲的程序指令可以使 得該控制電路基于旋轉命令信號控制旋轉泵的能量提取；基于推進命令信號控制推進泵 的能量提??；基于泥漿命令信號控制泥漿泵的能量提取，其中旋轉泵的能量提取、推進泵的 能量提取和泥漿泵的能量提取每個均能夠基于該總功率提取超過該閾值由該控制電路根 據(jù)用戶輸入水平來調節(jié)。這種實施方式可以進一步包括引擎冷卻劑溫度傳感器，配置為輸出指示該引擎的 冷卻劑流體溫度的溫度信號，其中處理器執(zhí)行所存儲的程序指令可以使得該控制電路如 果該冷卻劑流體溫度超過基于該溫度信號的溫度閾值，則降低該旋轉泵、該推進泵和該泥漿泵中的每個自該引擎的機械能提取。本發(fā)明的各種實施方式針對一種用于控制水平定向鉆井機中自引擎的泵功率提 取的方法，該方法包括提供定向鉆井機，其具有引擎，用于輸出機械能，旋轉泵，利用由 該引擎輸出的機械能來操作用于旋轉鉆柱的旋轉電機，推進泵，利用由該引擎輸出的機械 能來操作用于縱向移動該鉆柱的推進電機，泥漿泵，利用由該引擎輸出的機械能來操作用 于通過該鉆柱遞送流體的泥漿電機；感測指示由該旋轉泵所泵浦的液壓流體的第一液壓流 體參數(shù)的第一參數(shù)信號；感測指示由該推進泵所泵浦的液壓流體的第二液壓流體參數(shù)的第 二參數(shù)信號；感測指示由該泥漿泵所泵浦的液壓流體的第三液壓流體參數(shù)的第三參數(shù)信 號；基于第一信號確定自該引擎輸出的機械能的旋轉泵功率提??；基于第二信號確定自該 引擎輸出的機械能的推進泵功率提取；基于第三信號確定自該引擎輸出的機械能的泥漿泵 功率提??；基于該旋轉泵功率提取、該推進泵功率提取和該泥漿泵功率提取確定總泵功率 提?。槐容^總泵功率提取和與該引擎的輸出能力相關的閾值；以及基于該總泵功率提取超 過該閾值，而降低該旋轉泵、該推進泵和該泥漿泵中的每個自該引擎的功率提取。在這種實施方式中，該第一液壓流體參數(shù)可以是旋轉泵輸出的液壓流體流量，該 第二液壓流體參數(shù)可以是推進泵輸出的液壓流體流量，以及該第三液壓流體參數(shù)可以是泥 漿泵輸出的液壓流體流量。在這種實施方式中，降低該旋轉泵、該推進泵和該泥漿泵中的每個自該引擎的功 率提取可以進一步包括在該旋轉泵、該推進泵和該泥漿泵之間以相等份額降低功率提取。在這種實施方式中，降低該旋轉泵、該推進泵和該泥漿泵中的每個自該引擎的功 率提取可以進一步包括在該旋轉泵、該推進泵和該泥漿泵之間以不相等份額降低功率提 取。這種實施方式可以進一步包括接收來自第一用戶操控輸入件的旋轉輸入?yún)?shù)； 接收來自第二用戶操控輸入件的推進輸入?yún)?shù)；接收來自第三用戶操控輸入件的泥漿輸入 參數(shù)；基于該旋轉輸入?yún)?shù)控制該旋轉泵自該引擎的功率提?。换谠撏七M輸入?yún)?shù)控制 該推進泵自該引擎的功率提?。换谠撃酀{輸入?yún)?shù)控制該泥漿泵自該引擎的功率提??； 以及基于該總功率能量提取超過該閾值來改變旋轉輸入?yún)?shù)、推進輸入?yún)?shù)和泥漿輸入?yún)?數(shù)中的每個，以降低該旋轉泵、該推進泵和該泥漿泵中的每個自該引擎的功率提取。這種實施方式可以進一步包括接收指示該引擎的引擎冷卻劑溫度的引擎冷卻劑 溫度信號；以及基于該冷卻劑流體溫度超過基于該引擎冷卻劑溫度信號的溫度閾值，降低 該旋轉泵、該推進泵和該泥漿泵中的每個自該引擎的能量提取。各個實施方式針對一種水平定向鉆井機，其包括引擎，輸出機械能；旋轉泵，利 用由該引擎輸出的機械能來操作用于旋轉鉆柱的旋轉電機；推進泵，利用由該引擎輸出的 機械能來操作用于縱向移動該鉆柱的推進電機；泥漿泵，利用由該引擎輸出的機械能來操 作用于通過該鉆柱遞送流體的泥漿電機；用于計算自該引擎的旋轉泵功率提取的裝置；用 于計算自該引擎的推進泵功率提取的裝置；用于計算自該引擎的泥漿泵功率提取的裝置； 用于基于該旋轉泵功率提取、該推進泵功率提取和該泥漿泵功率提取計算總功率提取的裝 置；用于比較總功率提取和閾值的裝置；以及用于基于該總功率提取超過該閾值而降低該 旋轉泵、該推進泵和該泥漿泵中的每個自該引擎的機械能提取的裝置。本發(fā)明的上述概括并非為了描述本發(fā)明的每個實施方式或者每個實現(xiàn)方式。通過參照結合附圖進行的下文具體描述和權利要求書將會清楚和理解本發(fā)明的優(yōu)點和效果，并 得到對本發(fā)明的更完整理解。
圖1圖示了根據(jù)本公開的各種實施例的鉆井系統(tǒng)的各種部件和示出向下鉆孔部 件的地面橫截面圖；圖2圖示了根據(jù)本公開的各種實施例的在水平定向鉆井中的功率管理的各個方 面的圖示；以及圖3圖示了根據(jù)本公開的各種實施例的在水平定向鉆井中的功率管理的各個方 面的圖示。盡管本發(fā)明可以有各種修改和替代形式，但是已經(jīng)在附圖中以示例的方式示出并 且這里將具體描述其細節(jié)。然而將理解其本意并非使本發(fā)明限于描述的具體實施例。反言 之，本發(fā)明旨在于覆蓋落入如所附權利要求書限定的本發(fā)明范圍內的所有修改、等效和替 代形式。
具體實施例方式在下文對所示出的實施例的描述中，參考了構成該描述的一個部分的附圖，其中 通過示例的方式示出了可以實現(xiàn)本發(fā)明的各種實施例。應當理解，可以利用其他實施方式， 也可以在并不偏離本發(fā)明的范圍的情況下進行結構和功能改變。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)、設備或方法可以包括在此處描述的一個或多個特征、結構、方 法或者它們的結合。例如，設備和系統(tǒng)可以實現(xiàn)為包括下面描述的有利的特征或者過程中 的一個或多個。其本意是，這樣的設備或者系統(tǒng)不必包括此處描述的所有特征，而是可以實 現(xiàn)為包括提供有用結構和/或功能性的選定特征。圖1示出了穿過地10中進行HDD鉆井操作的部分的橫截面。該地下鉆孔系統(tǒng)總 體上被示出為機器12，其位于地面上11，并且包括其上定位有傾斜縱向部件16的平臺14。 平臺14通過銷18或者其他限制部件固定到地，以便在鉆井操作期間限制平臺14的運動。 在縱向部件16上定位的是推進/回拉電機17，用于在總體上以箭頭示出的前向、縱向方向 上驅動鉆柱22。鉆柱22包括大量以端到端的方式附接的鉆柱部件23。旋轉電機19也定位 在傾斜縱向部件16上并被安裝成允許沿著該縱向部件16移動，以便用于旋轉鉆柱22 (被 示出為位于上部位置19a和下部位置19b之間的中間位置處)。在操作時，旋轉電機19旋 轉鉆柱22，該鉆柱22具有在鉆柱22的端部附接的鉆孔工具24?？梢岳酶櫰鲉卧?8來接收從鉆孔工具24發(fā)送的信息信號，該跟蹤器單元繼 而將該信息信號或者該信號的修改形式通信傳送給位于鉆孔機12處的接收器。鉆孔機12 還可以包括發(fā)射器或者收發(fā)器，以用于從鉆孔機12向跟蹤器單元28發(fā)送和/或從其接收 信息信號，諸如指令信號?？梢詡溥x地通過使用經(jīng)由鉆柱22在鉆孔工具24和中央處理器 25之間建立的通信鏈路，來促進數(shù)據(jù)和指令的傳輸。鉆孔操作可以如下進行。旋轉電機19初始定位在上部位置19a，并且旋轉鉆柱22。 在鉆孔工具24通過鉆柱22的旋轉而旋轉時，通過推進/回拉電機17在前向方向中朝著下 部位置將旋轉電機19和鉆柱22推入地中，從而形成鉆孔26。當已經(jīng)將鉆柱22向鉆孔26中推進一個鉆柱部件23的長度時，旋轉電機19到達下部位置19b。然后手工或者自動地將 新的鉆柱部件23添加到鉆柱22，釋放旋轉電機19，并且將其回拉到上部位置19a。使用旋 轉電機19將新的鉆柱部件23擰到鉆柱22，旋轉/推動過程重復進行，以便迫使新增長的 鉆柱22進一步進入地中，從而延伸鉆孔26。通常，使用泥漿電機通過鉆柱22來泵浦水或 者其他流體(通常是混合物形式，此處稱作泥漿)。如果使用氣錘，則可以使用空氣壓縮機 來迫使空氣/泡沫通過鉆柱22。泥漿或者空氣/泡沫經(jīng)過鉆孔26向上回流以便移除切削 物、污泥和其他碎屑，并提高鉆孔有效性和/或效率。水平鉆井轉向能力是通常提供用于控 制鉆孔工具24的方向，以使得能夠向得到的鉆孔26賦予期望的方向。手工控制件可以用于控制旋轉電機19、推進/回拉電機17、泥漿電機，以便提供期 望的各個輸出。例如，用戶可以使用操縱桿來控制推進/回拉電機17輸出，以便使鉆柱23 前進和回縮。另一操縱桿可以用于控制旋轉電機19。類似地，用戶控制件可以用于控制通 過鉆柱的泥漿遞送水平。在所有的這些情況下，來自各個用戶輸入件的信號通過一個或多 個控制器來接收，該一個或多個控制器用以控制電機和/或為電機供電的泵的操作。
在各種HDD系統(tǒng)中，可以使用若干電機使鉆柱旋轉，使鉆柱前進/回縮，以及驅動 泥漿通過鉆柱。例如，旋轉電機可以旋轉鉆柱，推進/回拉電機可以使鉆柱前進/回縮，泥 漿電機可以驅動泥漿通過鉆柱。這些電機中的每個電機均由流經(jīng)各個液壓流體回路的液壓 流體提供功率。這些各個回路中的液壓流體流動通過從公共引擎提取機械能的各個泵而產(chǎn) 生。例如，HDD鉆機可以具有由電力或者燃料提供動力的引擎，該引擎輸出機械運動 (動能)。機械運動由各個泵利用，以迫使液壓流體經(jīng)過各個回路以及為各個電機提供功 率。泵將來自引擎的機械運動(通常為旋轉運動)轉換成另一形式的能量(通常為液壓)。 通過泵轉換的能量可以操作HDD鉆機的各種旋轉、推進以及流體遞送功能。以這樣的方式操作分配功率的HDD系統(tǒng)能夠具有若干優(yōu)點。例如，只需要一個引 擎和燃料輸入，而其他系統(tǒng)可能需要用于旋轉、推進和泥漿遞送功能的分離的引擎。另外， 可以使用較大引擎，從而允許在需要時將引擎中的大量功率集中于單個任務。例如，如果需 要高速旋轉以用于特定磨削功能，則單引擎HDD鉆機可以將其所有功率資源投入到旋轉鉆 柱。這樣，單引擎HDD鉆機相對于多引擎實施方式可以提供更加強大的鉆柱旋轉、推進、回 縮或者流體遞送。然而，雖然單引擎HDD鉆機能夠管理功率資源以便在需要時靈活地專攻任何一個 功能，但是多任務性能可以會使得引擎的功率分布復雜化。如果每個泵的提取組合起來要 求大于引擎所能夠遞送的功率，則引擎可能會承受不住。例如，用戶可能操縱用于控制鉆柱 旋轉的操縱桿，以要求旋轉泵以其能力的100%為旋轉電機輸出提供功率，同時用戶還操縱 用于控制鉆柱的推進的另一操縱桿，以要求推進泵以其能力的70%為推進電機輸出提供功 率，這超過了引擎能夠遞送的功率的總量。在這樣的情況下，引擎輸出可能會下降，或者引 擎可能會停機，從而致使經(jīng)由這些泵供給這些電機的能量無法預測的且并不協(xié)調的減少。本公開的方法和系統(tǒng)實施方式通過以下方式來處理這些和其他問題監(jiān)測泵的參 數(shù)，計算電機的總功率要求，比較總功率要求和引擎的功率輸出能力，調整針對泵的控制信 號，以便防止透支自引擎的功率。圖2示出了在HDD系統(tǒng)200中用于管理自引擎的泵提取的實施方式。引擎201將可存儲能量(諸如汽油)轉換為機械能，并輸出旋轉形式的機械能。旋轉泵202、推進/回 拉泵203、泥漿泵204每個彼此背負布置(piggyback on)。旋轉泵202、推進/回拉泵203、 泥漿泵204每個均可通過控制信號來獨立控制，以便以可變的方式利用引擎201輸出的機 械能。 取決于每個電機202至204基于控制信號從引擎201提取了多少能量，可以控制 旋轉電機205、推進電機206和泥漿電機207以分別旋轉鉆柱、使鉆柱前進/回縮以及經(jīng)過 鉆柱遞送流體。例如，旋轉泵202響應于控制信號，以從引擎201輸出提取某一量的機械能， 從而使液壓回路260中的液壓流體流通。旋轉泵202在旋轉液壓回路260中產(chǎn)生的液壓流 體的壓力供旋轉電機205使用，以便旋轉鉆柱。同樣，推進泵203在推進液壓回路261中產(chǎn) 生的液壓流體的壓力供推進電機206使用，以便使鉆柱推進/回縮，以及泥漿泵203在泥漿 液壓回路262中產(chǎn)生的液壓流體的壓力供泥漿電機207使用，以便通過鉆柱遞送流體并遞 送入鉆孔中。不同的液壓流體回路260-262允許分別適合于旋轉電機205、推進電機206和泥漿 電機207的不同增壓和流量。傳感器208-210分別監(jiān)視各個液壓回路260-262的參數(shù)。傳 感器208-210能夠感測與電機輸出關聯(lián)的各個參數(shù)，尤其諸如是液壓壓力(磅每平方英寸， PSI)和液壓流體流量(加侖每分鐘，GPM)。傳感器208-210分別向監(jiān)視電路211-213提供 與這些參數(shù)相關的反饋信息。可以向監(jiān)視電路211-213提供來自引擎201的信息，諸如是 對泵202-204進行供給的輸出軸的每分鐘轉數(shù)。旋轉泵202、推進/回拉泵203和泥漿泵204的各自能量提取部分上分別由來自旋 轉輸入250、推進/回拉輸入251和泥漿輸入253的控制信號來控制。還向各自的監(jiān)視回路 211-213中的每個提供輸入信息。監(jiān)視回路211-213可以分別使用由傳感器208-210、泵202-204以及控制輸入 250-253提供的信息，來分別計算泵202-204中的每個對引擎201的功率提取。對功率提取 信息進行求和215并將其與引擎201相關的信息進行比較214。例如，一個或多個閾值可以 存儲在存儲器中，并且可以將總功率提取計算215與該閾值進行比較214。該閾值可以與引 擎201的最大功率輸出相關聯(lián)，例如為引擎201的最大功率輸出的95%?？偣β侍崛?15超過與引擎201的最大功率輸出相關聯(lián)的閾值214可以指示功率 提取即將超過引擎201的能力，從而將存在引擎201停機或者引擎201性能降低的危險。 HDD系統(tǒng)200可以通過減小控制輸入250-253、調整電機202-204 (例如，減小功率提取)來 對此進行響應，這可以優(yōu)先于指導旋轉、推進和泥漿遞送的用戶輸入。對于每個泵202-204，可以一致地進行自引擎201的泵功率提取降低。在一些情況 下，當達到總提取215閾值時214，泵202-204中的每個均可按它們各自操作能力的來 縮短沖程。例如，如果旋轉泵202以其能力的60%操作，推進泵203以其能力的20%操作， 泥漿泵204以其能力的15%操作，則這些泵202-204中的每個均可按它們各自操作能力的 10%來縮短沖程。在一些實施方式中，泵202-204可以基于它們當前的操作水平，諸如當前操作水 平的百分比，來縮短沖程。例如，計算211-213每個泵202-204的功率提取。因此，每個泵 202-204能夠按它們各自當前操作功率水平的百分比(例如，20%)來縮短沖程。這樣，如 果基于總電機提取超過閾值而使得每個泵的功率提取降低20%，則泵提取30馬力將會被限制為24馬力。在一些實施方式中，泵202-204能夠基于功率而按照標準量來縮短沖程。例如，每 個泵204-204的功率提取可以降低由針對每個泵202-204的功率計算211-213所確定的馬 力量或者瓦特量，該降低的功率提取量與任何單個泵的功率提取無關。在一些實施方式中，每個泵的功率提取可以線性地或者指數(shù)地降低，直到計算的 總電機提取215降回到閾值以下214，當總電機提取215降落至閾值以下214時，維持輸入 到泵202-204的那些控制參數(shù)水平。
在一些實施方式中，一個泵的功能相對于其他泵而言可能更受偏愛，因此在該受 偏愛的泵之前使其他泵縮短沖程，或者使其他泵縮短沖程的量比該受偏愛的泵更大。這種 非等功率提取降低可以保持與該受偏愛的泵相關的功能，諸如鉆柱旋轉、推進或者泥漿遞 送。例如，在一些HDD應用中，總是使泥漿流經(jīng)鉆孔是關鍵功能，因為泥漿可以清除切削物 并用作潤滑劑，從而減小機器應力。在這樣的應用中，相對于旋轉電機205和推進/回拉電 機206的輸出而言，保持泥漿電機207的輸出可能是有價值的。這可以通過在減小受偏愛 泵的提取之前減小非受偏愛泵的提取來完成(例如，僅當旋轉泵202和推進/回拉泵203 已經(jīng)縮短沖程但依然超過總功率閾值時才使泥漿泵204縮短沖程)。在一些實施方式中，受 偏愛的泵可以與非受偏愛的泵同時縮短沖程，但是其縮短沖程的量更小(例如，相對于其 他非受偏愛的泵/電機，該量是泵或電機能力、或當前操作水平的較小百分數(shù)(％)量，或者 是預定功率減小的較小量)。在一些實施方式中，所有泵可以在同時但以不同的速度來縮短 沖程。例如，泥漿和推進泵功率提取可以降低至用戶輸入的10%，而旋轉泵可以降低到用戶 輸入的僅50%。在泵202-204提取基于總功率提取215超過閾值214而降低后，各自計算的功率 提取211-213將有望降低，自引擎201的總功率提取215將有望降低。然而，如果總功率提 取215繼續(xù)超過閾值一段時間，或者超過了一個更高的閾值，則可以使用更加積極的步驟 (諸如更大的功率提取減小)來進一步減小泵202-204功率提取，直至總功率提取215降到 閾值以下并到達引擎201輸出能力內可接受的量。由于總功率提取215減低至閾值以下，所以可以調整在來自輸入250-253的控制 信號或者使其恢復以便更好地匹配用戶預期的輸入，并允許泵202-204從引擎201提取用 戶經(jīng)由控制件所指示的量的功率。圖3示出了本發(fā)明公開的各個方面。根據(jù)各個實施方式，測得的變量用于計算多 個泵中的每個泵從引擎提取的馬力量。圖3所示的實施方式包括三個靜液壓泵旋轉泵 305，用于驅動鉆柱的旋轉；推進/回拉泵323，用于驅動鉆柱的推進和/或回拉；以及泥漿 泵313，用于促進鉆孔中的流體(諸如，泥漿混合物)的遞送。旋轉泵305的操作由旋轉泵 控制器304來控制，該旋轉泵控制器通過邏輯電路303接收來自鉆井模式單元301 (例如， 基于自動鉆井模式設置)和輸入控制件302 (例如，與用戶操縱桿/選轉手柄對接)的控 制信號以及來自控制器316的控制信號。推進/回拉泵323的操作由推進/回拉泵控制器 324控制，該推進/回拉泵控制器通過邏輯電路325接收來自鉆井模式單元326 (例如，基于 自動鉆井模式設置)和輸入控制件327 (例如，與用戶操縱桿_推進/回拉手柄對接)的控 制信號以及來自控制器316的控制信號。泥漿泵330的操作類似地可以由用戶輸入件和鉆 井模式單元(未圖示)來控制。
每個泵均消耗來自引擎的一些功率量。每個泵所消耗的功率可以由下列式子來估 算液壓泵功率=((((引擎RPM/C2)xCl)x液壓流量的百分數(shù))χ液壓流體 PSI)/1741*C3))；其中Cl =額定引擎RPM;C2 =在額定引擎RPM下的實際泵輸出流量 (GPM)；以及C3 =液壓泵總效率(例如，0. 90 = 90% ) 如上面的等式所示，旋轉泵功率計算309依賴于液壓壓力306、自旋轉泵的液壓流 體流307和引擎RPM 308。泥漿泵功率計算314依賴于液壓壓力311、自泥漿泵的液壓流體 流312和引擎RPM 310。推進泵功率計算323依賴于液壓壓力321、自推進泵的液壓流體流 322和引擎RPM 320。將旋轉泵功率計算309、泥漿泵功率計算314和推進泵功率計算323 中的每個進行求和，以計算總功率315要求?？刂破?16比較該總功率315要求與一個或 多個存儲的閾值，諸如最大引擎輸出。在一些實施方式中，控制器316操作比例積分環(huán)路， 以比較總功率316參數(shù)和引擎參數(shù)。在控制器316確定泵304、313和324的該總功率315提取超過閾值時，控制器316 可以降低旋轉泵控制器304、推進/回拉泵控制器324和泥漿泵控制器330的功率輸入。旋 轉泵305的功率輸出和引擎功率消耗可以完全由用戶控制件302和/或鉆井模式單元301 控制直至達到閾值，此時，控制器316將會限制旋轉泵305的功率輸出和引擎功率消耗。推 進/回拉泵324的功率輸出和引擎功率消耗可以完全由用戶控制件327和/或鉆井模式單 元326控制直至達到閾值，此時，控制器316將會限制旋轉泵323的功率輸出和引擎功率消 耗。泥漿泵的功率輸出和引擎功率消耗可以類似地控制。泵控制器(例如，旋轉泵控制器304、推進/回拉控制器324、泥漿泵控制器330)可 以執(zhí)行算法以便管理用戶輸入件和控制器316設置。例如，可以將操縱桿輸入百分數(shù)(例 如，0-100%)乘以從控制器316接收的功率限制百分數(shù)(例如，0-100%)。如果輸入302 了 80%的旋轉功率水平且控制器316將泵輸出限制為輸入302的90%，則旋轉泵控制器304 可以命令旋轉泵305輸出能力的72% (例如，使用算法(來自用戶的輸入百分比)*(來自 控制器的沖程縮短百分比)/100 =泵能力的泵功率提取百分比)。推進/回拉泵313和推 進/回拉泵323可以被類似地控制，以便管理用戶輸入件和控制器316限制。在一些實施 方式中，鉆井模式單元301輸入可以設置旋轉泵305輸出水平，在這種情況下，控制器316 可以以與用于限制用戶輸入件302的方式類似的方式來限制旋轉泵305輸出?？梢耘c鉆井 模式單元301輸入以相同的方式由控制器來限制與推進相關的鉆井模式單元326輸入以及 與泥漿遞送相關的鉆井模式單元輸入。在一些實施方式中，控制器316可以基于引擎負載317和/或引擎冷卻溫度318來 限制旋轉泵、推進/回拉泵和泥漿泵的操作。在這種情況下，如果引擎負載317和/或引擎 冷卻劑溫度318超過閾值，則控制器316可以控制旋轉泵控制器304、泥漿泵控制器330和 推進/回拉泵控制器324，以便此處所討論的任何方式來限制旋轉泵305、泥漿泵313和推 進/回拉泵324的操作(例如，當泵的總功率提取超過閾值時)。例如，如果引擎在2400RPM 操作，且引擎的RPM隨后降低至1900RPM時，則不期望引擎旋轉輸出的降低，于是可以如此 處所討論的那樣基于感測的RPM下降來減小泵305、313和323的提取。在一些實施方式中，操作員使用左操縱桿輸入302來控制鉆柱的旋轉，使用右操 縱桿輸入327來控制施加到鉆柱上的推進或回拉力。通過配置(profile)功能向旋轉泵發(fā)送來自左操縱桿的控制信號，通過配置功能向推進/回拉泵發(fā)送來自右操縱桿的控制信 號。實質上，左、右操作桿均由用戶使用，以便向水平鉆井機輸入他或她期望的動作。在一些實施方式中，馬力限制器PI環(huán)路基于輸入數(shù)據(jù)確定引擎是否過載。如果引 擎過載，則調整自針對各個液壓泵的操縱桿的控制信號。在所描述的實施方式中，基于感測 的每分鐘引擎轉數(shù)(RMP)、液壓流體壓力(PSI)和液壓流體流量來計算子每個泵的馬力提 取?？梢韵騂P限制器PI環(huán)路發(fā)送每個泵的馬力提取和總馬力功率提取。該環(huán)路阻止用戶 向泵請求比引擎能夠遞送的功率更多的功率。當在鉆井模式中操作時，HDD鉆機的液壓系統(tǒng)功率需求可能超過引擎輸出功率能 力。為了減小或者避免引擎過載，本公開提供了一種控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)的一個實施方 式被配置為監(jiān)視液壓功率、引 擎百分數(shù)負載(J1939)以及引擎冷卻劑溫度。如果這三個變量中任意一個高于它們各自的閾值，則修改針對該液壓系統(tǒng)的控制 信號以便控制該“超限”的變量。當該“超限”變量降回到其各自限制之下時，控制系統(tǒng)允 許針對該液壓系統(tǒng)的控制信號升回到它們的原始值。本發(fā)明的實施例可以使用具有耦合到處理器的存儲器的控制器來實現(xiàn)這里描述 的方法和功能。存儲器可以是用計算機程序、軟件、計算機可執(zhí)行指令、能夠由計算機執(zhí)行 的指令等編碼成由電路(如主機控制器的處理器)執(zhí)行的計算機可讀介質。例如，存儲器 可以是存儲計算機程序的計算機可讀介質，處理器執(zhí)行該計算機程序將使得HDD系統(tǒng)執(zhí)行 此處參考的步驟，諸如與管理自引擎的泵功率提取相關的步驟。以示例格式給出了這里提供的討論和圖示，其中描述和圖示所選實施例以介紹本 發(fā)明的各種方面。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)、設備或者方法可以包括這里描述的特征、結構、方法 或者其組合中的一個或者多個。例如，設備或者系統(tǒng)可以被實施成包括下文描述的有利特 征和/或過程中的一個或者多個。根據(jù)本發(fā)明的設備或者系統(tǒng)可以被實施成包括在單獨示 例和/或圖示中圖示和/或公開的多個特征和/或方面。旨在于這樣的設備或者系統(tǒng)無需 包括這里描述的所有特征，而是可以被實施成包括所選特征，這些特征提供有用結構、系統(tǒng) 和/或功能。雖然可以將某些功能的示例僅描述為由電路執(zhí)行以力求簡潔，但是如本領域普通 技術人員將理解的那樣，可以使用這里描述的電路和方法來實現(xiàn)任何功能、方法和技術。
權利要求
一種具有功率控制的水平定向鉆井機，包括引擎，通過旋轉軸輸出機械能；旋轉泵，利用由所述引擎通過所述旋轉軸的旋轉而輸出的機械能來操作旋轉電機，所述旋轉電機通過所述旋轉泵與所述旋轉電機之間的旋轉液壓流體回路的加壓來旋轉鉆柱；推進泵，利用由所述引擎通過所述旋轉軸的旋轉而輸出的機械能來操作推進電機，所述推進電機通過所述推進泵與所述推進電機之間的推進液壓流體回路的加壓來縱向移動所述鉆柱；泥漿泵，利用由所述引擎通過所述旋轉軸的旋轉而輸出的機械能來操作泥漿電機，所述泥漿電機通過所述泥漿泵與所述泥漿電機之間的泥漿液壓流體回路的加壓來通過所述鉆柱遞送流體；旋轉液壓流體傳感器，輸出指示所述旋轉液壓流體回路中的液壓流體壓力的旋轉壓力信號；推進液壓流體傳感器，輸出指示所述推進液壓流體回路中的液壓流體壓力的推進壓力信號；泥漿液壓流體傳感器，輸出指示所述泥漿液壓流體回路中的液壓流體壓力的泥漿壓力信號；傳感器，輸出指示所述旋轉軸的旋轉速率的旋轉信號；以及控制電路，包括處理器和存儲器，該處理器配置為執(zhí)行存儲在所述存儲器中的程序指令，處理器執(zhí)行所述存儲的程序指令使得控制電路控制所述旋轉泵自所述引擎輸出的機械能的功率提取，控制所述推進泵自所述引擎輸出的機械能的功率提取，控制所述泥漿泵自所述引擎輸出的機械能的功率提取，基于所述旋轉壓力信號和所述旋轉信號計算自所述引擎的旋轉泵功率提取，基于所述推進壓力信號和所述旋轉信號計算自所述引擎的推進泵功率提取，基于所述泥漿壓力信號和所述旋轉信號計算自所述引擎的泥漿泵功率提取，基于所述旋轉泵功率提取、所述推進泵功率提取和所述泥漿泵功率提取計算總功率提取，比較所述總功率提取和與所述引擎的輸出能力相關的閾值，以及基于所述總功率提取超過所述閾值而降低所述旋轉泵、所述推進泵和所述泥漿泵的每個自所述引擎的機械能提取。
2.根據(jù)權利要求1所述的水平定向鉆井機，進一步包括用戶接口，其包括 旋轉用戶輸入件，配置用于基于用戶輸入而輸出旋轉信號；推進用戶輸入件，配置用于基于用戶輸入而輸出推進信號；以及 泥漿用戶輸入件，配置用于基于用戶輸入而輸出泥漿信號，其中處理器執(zhí)行所存儲的 程序指令使得所述控制電路基于所述旋轉信號控制所述旋轉泵的功率提?。换谒鐾?進信號控制所述推進泵的功率提?。换谒瞿酀{信號控制所述泥漿泵的功率提取，以及 其中所述旋轉泵的功率提取、所述推進泵的功率提取和所述泥漿泵的功率提取每個基于所 述總功率提取超過所述閾值而根據(jù)用戶輸入水平來調節(jié)。
3.根據(jù)權利要求1所述的水平定向鉆井機，其中處理器執(zhí)行所存儲的程序指令使得所 述控制電路基于所述總功率提取超過所述閾值，以成比例的量降低所述旋轉泵、所述推進 泵和所述泥漿泵中的每個自所述引擎的機械能提取。
4.根據(jù)權利要求1所述的水平定向鉆井機，其中處理器執(zhí)行所存儲的程序指令使得所述控制電路基于所述總功率提取超過所述閾值，以不同的量降低所述旋轉泵、所述推進泵 和所述泥漿泵中的每個的機械能提取。
5.根據(jù)權利要求1所述的水平定向鉆井機，進一步包括引擎溫度傳感器，輸出指示所 述引擎的冷卻劑溫度的溫度信號，其中處理器執(zhí)行所存儲的程序指令使得所述控制電路基 于所述引擎的冷卻劑溫度超過由所述溫度信號指示的溫度閾值，降低所述旋轉泵、所述推 進泵和所述泥漿泵中的每個自所述引擎的機械能提取。
6.根據(jù)權利要求1所述的水平定向鉆井機，進一步包括引擎負載傳感器，輸出指示所 述引擎上的負載的負載信號，其中處理器執(zhí)行所存儲的程序指令使得所述控制電路基于所 述旋轉信號計算每分鐘引擎轉數(shù)參數(shù)，以及基于所述每分鐘引擎轉數(shù)參數(shù)超過由所述旋轉 信號指示的每分鐘引擎轉數(shù)閾值，降低所述旋轉泵、所述推進泵和所述泥漿泵中的每個自 所述引擎的機械能提取。
7.根據(jù)權利要求1所述的水平定向鉆井機，其中處理器執(zhí)行所存儲的程序指令使得所 述控制電路計算所述旋轉液壓流體回路中液壓流體的旋轉液壓流體流量，計算所述推進 液壓流體回路中液壓流體的推進液壓流體流量，計算所述泥漿液壓流體回路中液壓流體的 泥漿液壓流體流量，以及其中所述旋轉泵功率提取的計算基于所述旋轉液壓流體流量，所 述推進泵功率提取的計算基于所述推進液壓流體流量，所述泥漿泵功率提取的計算基于所 述泥漿液壓流體流量。
8.一種具有功率控制的水平定向鉆井機，包括引擎，輸出機械能；旋轉泵，利用由所述引擎輸出的機械能來操作用于旋轉鉆柱的旋轉電機；推進泵，利用由所述引擎輸出的機械能來操作用于縱向移動所述鉆柱的推進電機；泥漿泵，利用由所述引擎輸出的機械能來操作用于通過所述鉆柱遞送流體的泥漿電 機；以及控制電路，包括控制器和存儲器，該處理器配置為執(zhí)行存儲在存儲器中的程序指令，處 理器執(zhí)行存儲的程序指令使得所述控制電路計算自所述引擎的旋轉泵功率提取，計算自 所述引擎的推進泵功率提取，計算自所述引擎的泥漿泵功率提取，基于所述旋轉泵功率提 取、所述推進泵功率提取和所述泥漿泵功率提取計算總功率提取，比較總功率提取和閾值， 以及基于所述總功率提取超過所述閾值而降低所述旋轉泵、所述推進泵和所述泥漿泵中的 每個自所述引擎的機械能提取。
9.根據(jù)權利要求8所述的水平定向鉆井機，進一步包括第一傳感器，輸出指示由所述旋轉泵所泵浦的液壓流體的第一液壓流體參數(shù)的第一參 數(shù)信號；第二傳感器，輸出指示由所述推進泵所泵浦的液壓流體的第二液壓流體參數(shù)的第二參 數(shù)信號；以及第三傳感器，輸出指示由所述泥漿泵所泵浦的液壓流體的第三液壓流體參數(shù)的第三參 數(shù)信號，其中處理器執(zhí)行所存儲的程序指令使得所述控制電路基于所述第一參數(shù)信號計 算所述旋轉泵功率提取，基于所述第二參數(shù)信號計算所述推進泵功率提取，以及基于所述 第三參數(shù)信號計算所述泥漿泵功率提取。
10.根據(jù)權利要求9所述的水平定向鉆井機，其中所述第一液壓流體參數(shù)是由所述旋轉泵輸出的液壓流體流量，所述第二液壓流體參數(shù)是由所述推進泵輸出的液壓流體流量， 以及所述第三液壓流體參數(shù)是由所述泥漿泵輸出的液壓流體流量。
11.根據(jù)權利要求8所述的水平定向鉆井機，其中處理器執(zhí)行所存儲的程序指令使得 所述控制電路基于所述總功率提取超過所述閾值，以相等份額降低所述旋轉泵、所述推進 泵和所述泥漿泵中的每個自所述引擎的機械能提取。
12.根據(jù)權利要求8所述的水平定向鉆井機，其中處理器執(zhí)行所存儲的程序指令使得 所述控制電路基于所述總功率提取超過所述閾值，以不相等份額降低所述旋轉泵、所述推 進泵和所述泥漿泵中的每個自所述引擎的機械能提取。
13.根據(jù)權利要求8所述的水平定向鉆井機，進一步包括用戶接口，其包括旋轉輸入 件，配置用于輸出旋轉命令信號、推進輸入命令信號以及泥漿輸入命令信號，其中處理器執(zhí) 行所存儲的程序指令使得所述控制電路基于所述旋轉命令信號控制所述旋轉泵的能量提 ?。换谒鐾七M命令信號控制所述推進泵的能量提??；基于所述泥漿命令信號控制所述 泥漿泵的能量提取，其中所述旋轉泵的能量提取、所述推進泵的能量提取和所述泥漿泵的 能量提取每個基于所述總功率提取超過所述閾值由所述控制電路根據(jù)用戶輸入水平來調 節(jié)。
14.根據(jù)權利要求8所述的水平定向鉆井機，進一步包括引擎冷卻劑溫度傳感器，配置 為輸出指示所述引擎的冷卻劑流體溫度的溫度信號，其中處理器執(zhí)行所存儲的程序指令使 得所述控制電路在所述冷卻劑流體溫度超過基于所述溫度信號的溫度閾值的情況下降低 所述旋轉泵、所述推進泵和所述泥漿泵中的每個自所述引擎的機械能提取。
15.一種用于控制水平定向鉆井機中自引擎的泵功率提取的方法，該方法包括 提供定向鉆井機，其具有引擎，用于輸出機械能，旋轉泵，利用由所述引擎輸出的機械能來操作用于旋轉鉆柱的旋轉電機，推進泵，利用由所述引擎輸出的機械能來操作用于縱 向移動所述鉆柱的推進電機，泥漿泵，利用由所述引擎輸出的機械能來操作用于通過所述 鉆柱遞送流體的泥漿電機；感測指示由所述旋轉泵所泵浦的液壓流體的第一液壓流體參數(shù)的第一信號； 感測指示由所述推進泵所泵浦的液壓流體的第二液壓流體參數(shù)的第二信號； 感測指示由所述泥漿泵所泵浦的液壓流體的第三液壓流體參數(shù)的第三信號； 基于所述第一信號確定自所述引擎輸出的機械能的旋轉泵功率提?。?基于所述第二信號確定自所述引擎輸出的機械能的推進泵功率提?。?基于所述第三信號確定自所述引擎輸出的機械能的泥漿泵功率提??； 基于所述旋轉泵功率提取、所述推進泵功率提取和所述泥漿泵功率提取確定總泵功率 提??；比較總泵功率提取和與所述引擎的輸出能力相關的閾值；以及 基于所述總泵功率提取超過所述閾值，而降低所述旋轉泵、所述推進泵和所述泥漿泵 中的每個自所述引擎的功率提取。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中所述第一液壓流體參數(shù)是所述旋轉泵輸出的液 壓流體流量，所述第二液壓流體參數(shù)是所述推進泵輸出的液壓流體流量，以及所述第三液 壓流體參數(shù)是所述泥漿泵輸出的液壓流體流量。
17.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中降低所述旋轉泵、所述推進泵和所述泥漿泵中的每個自所述引擎的功率提取包括在所述旋轉泵、所述推進泵和所述泥漿泵之間以相等份 額降低功率提取。
18.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中降低所述旋轉泵、所述推進泵和所述泥漿泵中 的每個自所述引擎的功率提取包括在所述旋轉泵、所述推進泵和所述泥漿泵之間以不相等 份額降低功率提取。
19.根據(jù)權利要求15所述的方法，進一步包括 接收來自第一用戶操控輸入件的旋轉輸入?yún)?shù)； 接收來自第二用戶操控輸入件的推進輸入?yún)?shù)； 接收來自第三用戶操控輸入件的泥漿輸入?yún)?shù)；基于所述旋轉輸入?yún)?shù)控制所述旋轉泵自所述引擎的功率提??； 基于所述推進輸入?yún)?shù)控制所述推進泵自所述引擎的功率提??； 基于所述泥漿輸入?yún)?shù)控制所述泥漿泵自所述引擎的功率提取；以及 基于所述總功率能量提取超過所述閾值來改變所述旋轉輸入?yún)?shù)、所述推進輸入?yún)?shù) 和所述泥漿輸入?yún)?shù)中的每個，以降低所述旋轉泵、所述推進泵和所述泥漿泵中的每個自 所述引擎的功率提取。
20.根據(jù)權利要求15所述的系統(tǒng)，進一步包括接收指示所述引擎的引擎冷卻劑溫度的引擎冷卻劑溫度信號；以及 基于所述冷卻劑流體溫度超過基于所述引擎冷卻劑溫度信號的溫度閾值，降低所述旋 轉泵、所述推進泵和所述泥漿泵中的每個自所述引擎的能量提取。
21.一種具有功率控制的水平定向鉆井機，包括 引擎，輸出機械能；旋轉泵，利用由所述引擎輸出的機械能來操作用于旋轉鉆柱的旋轉電機；推進泵，利用由所述引擎輸出的機械能來操作用于縱向移動所述鉆柱的推進電機；泥漿泵，利用由所述引擎輸出的機械能來操作用于通過所述鉆柱遞送流體的泥漿電機；用于計算自所述引擎的旋轉泵功率提取的裝置； 用于計算自所述引擎的推進泵功率提取的裝置； 用于計算自所述引擎的泥漿泵功率提取的裝置；用于基于所述旋轉泵功率提取、所述推進泵功率提取和所述泥漿泵功率提取計算總功 率提取的裝置；用于比較所述總功率提取和閾值的裝置；以及用于基于所述總功率提取超過所述閾值而降低所述旋轉泵、所述推進泵和所述泥漿泵 中的每個自所述引擎的機械能提取的裝置。
全文摘要
本公開針對用于控制在水平定向鉆井中自引擎的泵功率提取的方法和設備。本發(fā)明的各個實施方式針對一種水平定向鉆井機(12)，其包括引擎(201)，輸出機械能；旋轉泵(202)，利用由引擎輸出的機械能來操作用于旋轉鉆柱(22)的旋轉電機(19)；推進泵，利用由引擎輸出的機械能來操作用于縱向移動鉆柱的推進電機(17)；泥漿泵(204)，利用由引擎輸出的機械能來操作用于通過鉆柱遞送流體的泥漿電機；以及控制電路(211，212，213)，包括控制器和存儲器，該處理器配置為執(zhí)行存儲在存儲器中的程序指令，處理器執(zhí)行存儲的程序指令使得控制電路計算自引擎的旋轉泵功率提取，計算自引擎的推進泵功率提取，計算自引擎的泥漿泵功率提取，基于旋轉泵功率提取、推進泵功率提取和泥漿泵功率提取計算總功率提取，比較總功率提取和閾值，以及基于總功率提取超過閾值而降低旋轉泵、推進泵和泥漿泵中的每個自引擎的機械能提取。
文檔編號E21B44/06GK101883910SQ200880117077
公開日2010年11月10日 申請日期2008年10月16日 優(yōu)先權日2007年10月16日
發(fā)明者D·佩爾斯, P·R·拉尼 申請人:弗米爾制造公司