超深井钻机自动送钻系统研究探讨

智能型自动送钻能够有效的减少钻井投资成本,降低人力劳动的强度并增加钻速,对于推动钻机的高自动化及高安全可靠性发展具有关键的作用。其主要目的是通过控制系统的作用按相应的工艺要求将钻具自动送进,使得钻头对井底的钻压维持在设定值不变。针对目前的深井超深井钻机智能型自动送钻中所存在的绞车及游动滑车的动载荷作用、钢丝绳的振动影响及大钩不匀速送钻而导致井底的钻压发生变化以致很难达到准确送钻的问题,有必要进行深入的研究。本文在对绞车游动系统自动送钻的工作原理及液压盘刹系统自动送钻、主电机自动送钻和辅助电机自动送钻的方法进行阐述的基础上,提出更为精确的理想液压缸送钻方案。该方案避免了绞车及游动滑车的干扰作用,采用液压缸系统实现自动送钻及下钻具的动作,提高了工作效率。     

一种液压自动猫道在钻井作业现场的试验及分析

近年来,随着科学技术的飞速发展,液压、电控等自动化技术应用在石油钻井作业过程中,特别是应用在钻井作业用的石油钻机上,刹车系统和钻井整个钻井作业中的配套主要钻机设备手动刹车演变成液压盘式刹车以及手动送钻演变成目前的以及自动钻井用的自动送钻等,使整个钻井作业的机械自动化程序有了明显的提升。液压自动猫道是近年来钻井装备技术发展的新型设备,对提高钻井作业自动化水平、提高作业效率及降低安全风险效果明显。介绍了一种国产液压自动猫道,通过对在现场试验的效果进行分析并提出改进思路。     

钻机钻压自适应控制仿真研究

针对传统XY-4型钻机的人工送钻系统,建立其数学模型,同时设计了模糊PID控制器,实现钻机送钻系统对钻压负载的自适应控制,从而达到恒钻压钻进的目的。     

钻机恒压钻进和钻杆无磨损旋动液压系统

1　前言为适应钻凿水源井、打桩孔、扩底桩孔及高层建筑和桥梁施工打基桩孔等施工需要 ,某油田研制了车装液压水井钻机。该钻机主要由桅架、动力头、拉压装置、夹持器、绞车、机泵组和液压系统等组成。该钻机装在汽车上 ,机动灵活 ,搬迁方便。钻机具有抓、松、上提、下放、下压、正转、反转、撅起、侧摆、锁固等 10个动作。能独立完成抓卡钻具 ,接单根、旋紧、旋松、打钻、起 (下 )钻等项钻井作业 ,大大减轻了钻井工人的劳动强度。试用过程中 ,钻机在保持悬重、稳定钻压、控制钻杆无磨损旋动方面尚存在一些不足。本文仅就改进后的恒压钻进和…     

盘式刹车单片机控制自动送钻技术

在石油钻井过程中，使用自动送钻可显著提高钻进速度、延长钻头和钻柱寿命，降低钻井成本。在PZS－1型盘式刹车自动送钻装置的基础上，用单片机控制盘式刹车实现自动送钻技术的研究，设计了一套盘式杀车单片机控制的自动送钻装置。经闭环试验表明盘式刹车单片机控制自动送钻装置克服了PZS－1型的不足，效果良好。     

半主动式补偿绞车的液压试验系统

为了检验半主动式补偿绞车的控制性能与节能效果,根据相似理论研制了补偿绞车原理样机及其液压试验系统,主要包括升沉模拟液压系统、负载模拟液压系统、1∶5缩尺的补偿绞车原理样机,分别实现了造波、加载、升沉补偿与自动送钻等试验功能。开发了电控系统,升沉补偿采用大钩位移闭环,自动送钻采用负载压力闭环,电机采用带速度反馈的矢量控制模式。最后通过试验模拟了补偿绞车原理样机的升沉补偿过程、自动送钻过程以及二者的联动过程,测试了补偿绞车的控制性能及液压蓄能节能效果。试验结果表明:补偿绞车的控制效果良好,半主动补偿方式相对于主动补偿方式有明显的节能效果。     

盘式刹车单片机控制自动送钻系统

在石油钻井的过程中,使用自动送钻可显著提高钻进进度、延长钻柱和钻头的寿命,降低钻井成本.文中提出了一套单片机控制的钻机自动送钻的方法,着重论述了安全监控原理,硬软件系统组成.采用电液数字阀取代传统的D/A转换器.     

潜孔钻机凿岩过程自动防卡钻理论与方案研究

自动防卡钻控制是潜孔钻机凿岩过程的一个关键控制技术,它直接影响机器的性能指标。本文在分析了目前已有的潜孔钻机防卡钻方案及其卡钻机理的基础上,提出了利用推进压力突然下降的信号控制推进系统回退来预防溶洞卡钻,利用回转压力的缓变信号无级控制推进系统推进力及推进速度来预防缓变卡钻和利用回转压力突变信号控制推进系统回退来预防裂隙卡钻的综合自动防卡钻控制方案,并对其控制规则进行了理论研究。本文所提出的潜孔钻机综合自动防卡钻控制系统稳定,能够实现自动预防各类卡钻控制,增强了钻机对复杂岩层钻进的适应能力。     

多重自适应PID控制的负荷自动送钻策略

针对钻机在自动送钻过程中难以克服粘滑振动的现象、钻杆与井壁摩擦力不均匀引起载荷不均衡导致控制精度下降的问题，提出一种多重自适应PID控制的负荷自动送钻策略（Load Automatic Drilling Strategy Based on Multi-adaptive PID control, MA-PID）。通过变频调速和电机扭矩调节建立耦合模型，设计闭环控制系统，并且利用MATLAB/Simulink仿真软件根据规则仿真传递函数，对传递函数进行模拟退火算法得到全局最优解，实现PID参数的自整定，最后将PLC控制技术用于PROFIBUS总线和HMI人机界面实现钻速恒定及控制绞车达到钻压恒定的智能化控制目标。实验结果表明，与传统PID控制算法比较，系统自适应能力、抗干扰能力增强，同时调整时间变短，兼具更好的鲁棒性。     

JC40D钻井绞车改造设计

为了实现安全、优质、高效、低成本钻井,现代石油钻机在20世纪后期推广应用了顶部驱动、盘式刹车和自运送钻等新技术。主要介绍了JC40D绞车改造中的重点工作,带式刹车改为盘式刹车滚筒轴的结构设计;通过计算重新选配驱动电机,使绞车的配置更为合理;通过计算选配、增加自动送钻装置,并和绞车进行一体化设计,使绞车的结构更加紧凑;绞车架的全新设计。     

分度类零件专用机床设计

针对分度类零件的加工特点,将普通立式铣床改造为分度类零件加工专用机床,把铣床原丝杠螺母进给传动装置改造成液压传动方式。其分度装置利用步进电机驱动,对F125普通万能分度头进行数控化改造;控制装置采用PLC取代原有的继电器控制。改造后的专用机床对分度类零件可以实现快进-减速快进-工进-快退-减速快退-分度-快进的自动循环加工。通过对矩形齿快慢速转换离合器零件的加工实验证明,该机床加工分度类零件可以提高生产效率、减少操作失误及提高加工精度。     

基于二次回归模型的本安型液压车载钻机性能优化

最大钻速是判定本安型液压车载钻机工作能力的关键指标。基于二次回归模型，考虑二次交互效应，将最大钻速作为优化目标，将钻刀扭矩、钻杆推力、刀盘转速和螺旋机转速等工作参数作为设计变量构建优化数学模型，根据拟合误差判定近似模型具有较高的精度和稳定性。针对不同的样本数目，采用二次规划算法搜索Pareto最优解集。结果表明，性能优化后的钻机最大钻速为1.16 m/h，相比于工程经验法，在满足连续工作温度和噪声条件下提升了23.4%以上。     

液力推进式钻井工具理论分析和流体仿真

大位移水平井钻井过程中,存在钻压难以控制和上部钻柱振动这两个主要问题,限制了水平段的进尺位移和钻进速度,应用液力推进式钻井工具可以一定程度上解决这些问题。对使用液力推进式钻井工具的性能进行理论分析,并应用“弹簧阻尼”模型进行简化分析。利用SolidWorks和Fluent软件对液力推进式钻进工具进行流体仿真,得到压力云图和速度矢量图,获得准确的钻进速度。最后,应用Fluent和MATLAB 软件对使用液力推进式钻井工具的钻进速度的影响因素进行分析并作出合理解释。     

Effects of weight on bit on torsional stick-slip vibration of oilwell drill string

The stick-slip phenomenon is a type of dysfunction detrimental to the drilling operation. Field application shows that stick-slip phenomenon is inclined to appear when using a large Weight on bit (WOB). In this paper, effects of the WOB on the stick-slip vibration are investigated. Based on a lumped torsional pendulum model of the drilling system, equation of motion of the drill bit is obtained. By using parameters commonly used in field applications, the bit dynamics are analyzed and the stick-slip vibrations are discussed. During the stick-slip motions, the negative damping effect occurs in the transition from the stick phase to the slip phase. With the increasing WOB, the bit behavior may change from the stable motion to the stick-slip vibration once the WOB reaches the critical value. In case of stick-slip vibration, the phase trajectory ultimately converges to a limit cycle which represents periodical bit motion. With increases in the WOB, the limit cycle enlarges. For cases without stick-slip vibrations, the drill bit vibrates damply and finally converges to a state of uniform motion. The results presented in this paper can be applied to interpret some of the field phenomena related to WOB.     

旋挖钻机卷扬装置电液混合驱动系统特性

现有旋挖钻机卷扬系统是由阀控液压马达驱动。作业过程中,该系统存在非常大的节流损失;而且工作装置下放过程中,大量重力势能经控制阀节流作用转化为热能耗散掉,造成整机能效较低。为此,提出一种卷扬装置电液混合驱动系统,电动机作为主驱动,控制工作装置运动,降低节流损失;液压泵/马达与蓄能器等组合,构成能量回收单元,回收利用重力势能,辅助电动机驱动卷扬装置。分析了液压卷扬、电动卷扬与电液混合驱动卷扬系统的工作原理和运行特性,建立了旋挖钻机机电液多学科联合仿真模型,对不同驱动系统的运行和能量特性进行研究。结果表明,电液混合驱动系统具有良好的运行特性,相较于液压、电动驱动的卷扬系统,可节能27%~66%。     

油茶果采摘机阀控液压马达模糊神经网络PID控制

推摇式油茶果采摘机在作业机构作业时,需要保证振动液压马达恒定转速输出,以保证油茶果能够顺利通过推摇振动从树枝脱落,对此,推导了推摇式油茶果采摘机阀控振动液压马达系统的状态空间方程,并在传统增量式PID控制原理的基础上设计了模糊径向基函数(Radial Basis Function,RBF)神经网络PID控制方法。采用MATLAB/Simulink仿真软件对液压系统在空载和5 s带载工况进行仿真,并与传统PID控制和模糊PID控制方法进行比较和分析。仿真结果显示,传统PID控制和模糊PID控制响应速度较慢、鲁棒性较差;而采用模糊RBF神经网络PID控制方法响应速度快、鲁棒性强,能够很好地满足振动液压马达恒定转速输出的要求,并且能够灵活地在线调整PID的3个参数,控制精度较高。     

液压增速传动风力发电恒频控制研究

以液压型风力发电机组为对象,针对低速定量泵-高速变量马达增速传动闭式回路系统,阐释液压型风力发电机组工作原理,建立定量泵-变量马达主传动系统数学模型,搭建了37 kW液压风力发电试验平台,在系统恒流源控制基础上,应用PID控制器补偿斜盘摆角方法,分析了液压增速传动变速恒频系统的马达转速特性以及控制方法的抗干扰性能。研究表明,定量泵-变量马达液压增速传动控制系统能实现电励磁同步发电机转速稳定控制。     

基于压力流量复合控制的水下非开挖钻进电液驱动系统研究

水下攻千斤作业是沉船打捞的关键环节。设计一种基于非开挖钻进的水下攻千斤电液驱动系统，对钻进过程的钻进及旋转负载进行研究，分析钻头承受的切削阻力、海底泥压力、冷却液作用力以及钻杆受到的摩擦阻力的影响，并基于压力流量复合控制提出了水下非开挖钻进电液驱动系统，采用比例溢流阀控制液压马达两腔压力，采用比例换向阀控制进入液压马达的流量。采用AMESim软件对水下非开挖钻进电液驱动系统进行仿真分析，结果表明，其基本能够实现在不同海底地质条件下恒压连续钻进，保证沉船打捞水下攻千斤作业的顺利进行。     

DSP在牙轮钻机回转电机控制中的应用

介绍了牙轮钻机回转电机控制特点，设计了以DSP与单片机相结合的钻机回转电机控制系统，介绍了系统的硬件结构和软件设计算法，实际运行证明该系统具有良好的动态性能和较高的速度控制精度。     

高压旋转组合密封试验装置设计与研究

针对旋转组合密封性能检测问题,设计完成可对直径100 mm的轴用旋转组合密封圈进行密封性能试验的装置。采用PLC控制驱动,实现系统数据采集和压力转速自动调节控制,可对密封件在不同转速、压力下的扭矩、泄漏量等指标进行测试。利用该试验装置对某型号旋转组合密封件进行试验研究,试验结果表明：在定转速情况下,组合密封启动摩擦力矩随压力增加而增加;相同压力下,组合密封圈在低转速情况下,摩擦力矩随转速增加而增加,当转速增加到一定数值后,摩擦力矩增幅出现下降趋势。同时测试结果也表明该装置功能完善,操作简便,自身回转阻力小,在高压下工作稳定可靠。