钻机自动送钻模拟实验装置加载系统的研究

为有效地研究钻机自动送钻系统的性能 ,以微机、电液伺服阀、油缸和拉力传感器等 ,构成钻机自动送钻模拟实验装置的加载系统。由于组成加载系统的物理环节不可避免地存在非线性 ,常规的PID控制器误差较大 ,因而采用自组织模糊控制 ,提高了系统的控制性能。实验表明 ,在阶跃信号作用下 ,系统输出稳定 ,最大稳态误差 2 3% ,最大超调 5 5 % ,调整时间 8s ,峰值时间 2 4s ;系统对正弦信号的响应输出稳定 ,调整时间 9s左右 ,稳态误差小于 3%。     

钻机自动送钻模似实验系统研究

为了更好地开展自动送钻技术的研究,以ZJ-32钻机1∶8模型为基础,用液压加载装置模拟钻柱载荷,用微机控制的电液伺服装置控制绞车刹车机构,构成钻机自动送钻模拟实验系统.由于系统中存在多种非线性环节,采用模糊控制技术进行送钻控制,编制自动送钻实时控制软件.通过实验对比研究了常规模糊控制、自组织模糊控制和自校正模糊控制3种方法的控制效果.实验结果表明在恒压送钻的条件下,实验系统能够模拟钻机自动送钻过程,系统工作稳定;自校正和自组织模糊控制都可满足自动送钻控制要求;自校正模糊控制的控制效果更好,最大稳态误差3.2%,最大超调9.1%,动态调整时间2.6 s,峰值时间0.86 s.     

钻机自动送钻模拟实验系统的研究

为了更好地开展自动送钻技术的研究 ,以ZJ— 32钻机 1∶8模型为基础 ,用液压加载装置模拟钻柱载荷 ,用微机控制的电液伺服装置控制绞车刹车机构 ,构成钻机自动送钻模拟实验系统。由于系统中存在多种非线性环节 ,采用模糊控制技术进行送钻控制 ,编制自动送钻实时控制软件。通过实验对比研究了常规模糊控制、自组织模糊控制和自校正模糊控制 3种方法的控制效果。实验结果表明 :在恒压送钻的条件下 ,实验系统能够模拟钻机自动送钻过程 ,系统工作稳定 ;自校正和自组织模糊控制都可满足自动送钻控制要求 ;自校正模糊控制的控制效果更好 ,最大稳态误差 3 2 % ,最大超调 9 1 % ,动态调整时间 2 6s ,峰值时间 0 86s。     

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自动送钻是指钻机在正常钻进过程中，不依靠司钻调节，而是按钻井工艺要求，让送钻装置在给定的条件下实现钻头的自动给进。自动送钻装置可以消除人工控制的缺点，能提高钻井质量和经济效益。出于对安全性和可靠性的考虑，必须在实际钻机上应用该装置前进行模型模拟实验，为自动送钻控制技术的现场推广应用奠定基础。针对钻井过程中的非线性、不确定性和实时性要求，采用改进的单神经元PID控制器实现自动送钻模拟加载。实验结果表明，和传统的PID控制相比，改进单神经元PID控制器的反应速度快，振荡幅度小，并且稳态误差小。采用改进单神经元PID控制结构简单，易于实现，在应用中效果明显。     

5000m交直流复合电驱动钻机应用

针对直流驱动与交流变频驱动钻机2种驱动形式的优缺点,结合钻井施工过程中对绞车、转盘、自动送钻及泥浆泵的工艺要求,研究并应用了绞车、转盘与自动送钻用交流变频驱动及泥浆泵用直流驱动2种电驱动形式。实际应用表明,交直流复合驱动钻机结合了钻机2种驱动形式的优点,结构简单,维护方便,综合效益显著。     

复合驱动式钻机

概述了复合驱动式钻机具有先进性与经济性、适应面广和改造升级快的特点。分析了国内3种复合驱动式钻机的优缺点。提出了优化复合钻机总体方案:绞车放置在钻台上由交流变频电动机驱动,转盘由另1台交流变频电动机独立驱动,结合本地实际情况,与伸缩、套装、K型等井架配合,另配柴油机驱动钻井泵。提出充分应用交流变频、能耗制动和主电动机自动送钻技术,采用国产柴油机驱动钻井泵及扩大柴油机选择范围等建议。     

自动送钻技术研究进展

自动送钻技术以其无可比拟的优越性取代了手动送钻方法,引导了钻机的发展趋势。分析对比了盘式刹车自动送钻、主电机自动送钻和辅助电机自动送钻的优劣,认为应重点推广交流变频辅助电机自动送钻系统。指出交流变频自动送钻系统应在结构方面做改进,并提出了人工智能的模式识别技术在自动送钻控制中的应用前景。     

ZJ40/2250DBT交流变频电动拖挂钻机的研制

为了实现钻机的自动化、智能化操作,满足中深井、复杂井以及欠平衡钻井等复杂工况的要求,研制了ZJ40/2250DBT交流变频电动拖挂钻机。该钻机主要由绞车、液压盘式刹车系统、变频电动机、减速器、自动送钻系统、转盘及传动装置、井架、钻台、半拖车、控制系统等部分组成。试验及应用情况表明,该钻机最大钩载达到设计要求,可满足114mm钻杆4000m的钻井能力;钻机结构简单、安装方便、搬运快捷、稳定可靠,能适应恶劣环境下的钻井要求。     

自动控制技术在轻型钻机中的应用

轻型钻机分电驱动和机械驱动两种,其中轻型电驱动钻机的自动控制系统由柴油机和发电机组组成的动力及其控制系统、驱动系统控制系统和辅助机械控制系统组成。与中、大型电驱动钻机相比,轻型电驱动钻机所需配置的发电机组、变频调速柜、SCR整流柜不仅数量少,而且容量小。轻型机械驱动钻机比较成熟的自动控制技术主要有电子控制汽油喷射装置、电子控制自动变速器、大钩限重及天车防碰自动控制系统、电子司钻和电视监控系统。     

石油钻机智能送钻技术研究

提出一种基于模糊智能技术的石油钻机自动送钻技术。针对最近出现的新型变频钻机,利用工业控制计算机对钻机辅助电动机进行自动送钻控制,将模糊控制技术用于自动送钻系统,根据熟练操作司钻的控制经验建立模糊控制规则,为提高石油钻井的自动化水平打下理论和技术基础。     

石油钻机主电动机自动送钻系统的设计方案

针对石油钻机自动送钻系统具有时变、时滞和非线性难以实现准确控制的特点,提出了利用微机对钻机主电动机进行恒钻压给进模糊控制的设计方案。采样时获得的误差和误差变化信号送入模糊控制器,模糊控制器将信号变为模糊量再转化为精确量,加到执行机构对主电动机实施控制。给出了这种自动送钻系统的硬件构成和软件设计程序,并讨论了系统存在的问题及解决方法。     

基于人工智能的自动送钻监控技术

人工智能及其应用已具有潜在的经济价值,将其应用于自动送钻过程的监控中,不失为一种新的途径。提出了把专家系统(ES)和神经网络(ANN)结合起来用于石油钻井自动送钻监控的新方法。这种方法采用预处理结合法,使钻进过程中的特征信号首先被送到BP神经网络进行处理,BP网络的输出值作为专家系统的输入,最后由专家系统通过产生式规则作出监控的结论。以卡钻事故为例的研究结果表明,对专家系统而言,知识的获取可以通过神经网络进行学习得到;对于神经网络纯粹的数值活动,通过专家系统再处理变得更加明确。这种方法可以用于自动送钻过程的在线实时监控,也可用于离线的事故分析与诊断。     

基于S7-300软冗余的钻机自动送钻控制系统设计

我国首台人工岛7000m深环轨移动模块钻机于2008年2月在冀东南堡油田1号人工岛顺利开钻,该钻机应用的基于S7-300软冗余钻机自动送钻控制系统,现已通过现场验收。该自动送钻系统添加了1套PLC控制系统,系统有手动和自动2种工作模式。自动送钻监控系统主要包括自动送钻恒钻压控制、电子防碰、游车位置精确定位与动态演示、故障识别报警与处理等模块。监控系统采用了基于西门子公司S7-300PLC的软冗余方案,PLC处理器成双使用,当主处理器出现故障时备用的处理器会按照监控程序和数据交换处理程序实现数据同步,完成自动切换。现场应用表明,该系统操作简单,切换方便,提高了钻机控制自动化水平和生产管理水平,确保了钻机的平稳、安全、高效运行。     

钻机自动送钻系统模糊最优控制

为了便于钻机自动送钻系统模糊最优控制的离线仿真寻优，以实际钻井现场测试的送钻过程数据为依据，建立了三层BP神经网络，拟合钻井送钻过程模型。以系统输入与输出之间的误差平方积分最小为优化目标，以模糊逻辑控制的量化因子、比例因子、修正因子、模糊量隶属函数的类型和模糊量论域的界限等参数为优化变量，以送钻过程神经网络模型为被控系统，进行离线仿真寻优，得出模糊控制器的最优参数，并以这些参数为基础进行自动送钻系统控制实验。研究结果表明，用三层BP神经网络构建送钻系统模型，拟合效果好，收敛快；先离线仿真寻求控制参数的最优值，以此为基础再进行在线控制是可行的；对于钻机自动送钻系统，模糊最优控制比常规模糊控制的控制效果更好。     

自动送钻过程安全监控系统设计与计算机仿真

现有自动送钻装置的可靠性和安全性不足,阻碍了这种装置的推广应用。鉴于此,在以往安全监控理论和研究成果的基础上,提出了自动送钻过程安全监控的原理及实现方法,给出了自动送钻过程安全监控系统的硬件和软件组成、安全监控显示电路、报警电路和无扰切换与紧急刹车原理框图,并设计研制成自动送钻过程安全监控系统。为了验证所论述的方法及硬软件的正确性,对自动送钻安全监控系统做了计算机仿真,仿真结果表明,该安全监控系统的研制是成功的,设计的软硬件可行,达到了预期要求。     

井眼轨道自动控制系统设计的几个基本问题

井眼轨道自动控制技术是当今世界钻井技术的最新领域,是一项跨世纪的高新技术。文中对井眼轨道自动控制系统设计的有关基本问题进行了初步的分析。给出了井眼轨道自动控制的目标及其数学描述,并根据系统的功能分配,提出了井眼轨道自动控制系统的基本结构即由两个分系统构成的监督控制结构;然后分别对这两个分系统的结构特点以及控制方法进行了分析;阐明了井眼轨道自动控制系统的基本设计原则。     

抽油机电液伺服加载系统及其试验

抽油机电液伺服加载系统由液压系统和电控系统两部分组成。控制信号电压Ｕｉ与力传感器反馈信号电压Ｕｆ比较后，其信号电压差ΔＵ经伺服放大器放大变为信号电流Δｉ，驱动电液伺服阀，输出流量为ＱＬ的压力液，推动液压缸输出加载力ＦＬ，实现加载。在分析和研究加载系统控制模型的频域特性的基础上，定量地给出了加载系统的动态响应指标。加载试验表明：输入各种不同的示功留曲线，加载系统动态响应快，能准确地再现抽油杆振动载荷，误差小于０．８％，输入与输出曲线基本吻合，工作稳定可靠。