基于PID控制的轮毂电机驱动钻机自动送钻系统设计

基于交流变频电机作为送钻电机完成自动送钻的现状，设计了一种轮毂式电机驱动的钻机自动送钻系统，以提高送钻电机依据传感元件反馈的各种实时送钻参数做出及时应对的能力，使得送钻电机可以及时调整自身转速并控制绞车转动完成起、下钻操作，最终达到实时平稳、匀速起下钻。根据轮毂电机特性选取了电机类型和参数，运用串并联多层次多自由度的弹簧阻尼动力学系统平衡原理建立了自动送钻系统动力学模型并求得整个系统的动力学方程，设计了一种轮毂电机对绞车的PID控制算法并通过Simulink仿真。仿真结果表明，与现有的送钻电机相比，所设计的轮毂电机能够调节绞车转速，使绞车转速更快地趋于匀速、稳定，并能根据不同情况及时响应，有利于起、送钻的控制操作。     

液压马达自动送钻装置的研制

 液压马达自动送钻装置是石油钻机提升系统中重要的设备之一,当绞车主动力系统发生故障时,可代替绞车主动力系统的功能进行应急操作,提升最大钻柱重量;可以根据钻进作业过程的需要,在恒钻压送钻和恒钻速送钻两种模式下进行选择,完成自动送钻设定。通过设定输出扭矩,反向拖动绞车滚筒,实现自动调整送钻速度和钻井过程安全保护,达到钻进作业过程中恒压和恒钻速目的。利用计算机控制技术与液压控制技术相结合精准控制液压马达实现高精度送钻。控制系统采用PLC编程控制,通过接收外部的连续钻压测量信号与液压马达转速检测单元的信号,实现钻井作业中的信息综合处理和送钻控制。经过油田现场17套钻机30余口井的应用表明,该装置值得推广应用。     

JC150DB外转子电机直驱单轴绞车设计

针对国内石油钻机市场急需深井/超深井的高性能绞车的需求,研制了一种能够满足15 000 m井深的新型绞车。重点介绍了绞车的设计思路、结构特点以及主要参数,绞车采用3台低速、大扭矩的交流变频外转子电机直接驱动滚筒,整个变速过程完全由主电机交流变频控制实现。此绞车技术性能先进,体积小、质量轻、结构简单、效率高、自动化程度高。对绞车的起升性能进行了分析,并运用有限元分析对绞车的主要承载件滚筒进行了强度分析。结果表明,绞车起升性能和滚筒强度设计能够满足深井钻机对绞车的使用要求。     

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。     

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。     

深井钻机钻杆自动传送装置载重臂的机械结构设计

以油田普遍使用的深井钻机钻杆自动传送装置为研究对象,对比分析国内外几种成熟的7000 m钻机使用的深井钻机钻杆自动传送装置,设计新型深井钻机钻杆自动传送装置,目的在于提高钻杆等管状钻具的输送效率和安全性。通过实验法,研究钻杆运送过程的受力情况,计算出装置最大受力位置和工作角度,设计深井钻机钻杆自动传送装置的总体结构。采用Solid Edge软件对载重臂等关键部件进行力学仿真计算、校核并制作样机测试系统,对相关数据进行运行操作,进一步优化结构设计,确定最优设计方案。     

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。     

探讨石油钻机中自动送钻技术的发展现状及其应用

根据笔者相关工作实践对石油钻机中自动送钻技术的发展现状及其相关应用进行了论述。首先对自动送钻技术的发展现状及前景进行了简析;然后对包括变频调速自动送钻和盘式刹车自动送钻在内的两种自动送钻技术在石油钻机中的应用进行论述;最后对自动送钻技术在钻机中的应用现状及发展趋势进行概述。     

直驱电动机自动送钻技术研究

针对钻机主电动机自动送钻过程中存在的复杂问题，结合直驱绞车的工作特点，设计了4种自动送钻控制方式。通过理论分析和现场试验之间的对比，证明试验效果和理论分析比较吻合，进一步丰富和完善了自动送钻的控制方式。     

模糊控制器在石油钻机自动送钻系统中的应用

针对交流变频电动钻机的自动送钻系统,对钻压的模糊控制进行了研究。根据钻井司钻的操作经验,设计出适合自动送钻系统的模糊控制器,并建立了相应的模糊控制规则。通过Matlab中的Simulink模拟工具,建立了模糊控制器的模拟系统,并与常规PID进行了比较。仿真结果表明,在存在时滞的情况下,模糊控制比常规PID有更好的稳定性,响应更迅速,稳态误差更小。模糊控制器在自动送钻系统中的应用,可提高系统性能。     

全球最大钻深石油绞车电机通过验收

标志着我国特深井钻探装备一举跃上世界之巅的12000M石油钻机日前在陕西宝鸡通过竣工验收。这钻机使用的4台绞车电机是由株洲南车电机公司研制的,表明株洲南车电机公司已经跻身世界石油电机技术研制的最前沿。株洲南车电机公司负责人称,这种满足全球第一台钻机使用的绞车电机首次采用国际领先的交流变频技术,具有输出力矩大、稳定性能好、过载能力强的特点。     

深井钻机绞车多电机主从同步控制设计

随着钻井深度不断地加深,大功率、高性能的绞车呈逐年增长趋势。大功率的绞车就必须采用多电机同步驱动,解决好多电机同步控制关键就是找到一种新的控制方法来消除或减小多电机之间转矩差值。针对这个问题,以7000 m变频钻机为研究对象,借鉴了国内在多电机控制方面的各种方案对比,找出更适合绞车多电机同步控制方法 -主从同步控制。解决好多电机同步性的问题,为未来超深井钻机绞车的研制奠定科学依据。     

92A钻机下钻运动学与动力学分析

结合交流变频电机的能耗制动原理和钻机下钻特点,对92A钻机下钻运动学与动力学进行分析,掌握了下钻的运动规律和绞车滚筒上的载荷变化情况,规范操作手的操作,校核绞车刹车的安全系数。     

钻机盘式刹车自动送钻的模糊控制研究

针对钻机自动送钻的控制特点和传统 PID控制存在的问题提出钻机盘式刹车自动送钻的模糊控制方案。在计算机仿真研究的基础上确定采用钟型隶属函数 ,设计了以 80 5 1单片机为核心的自动送钻模糊控制器 ,并给出了相应的运行软件框图     

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。     

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。     

新型JC-50D自动送钻绞车的设计与计算

重点介绍了新型JC-50D自动送钻绞车的设计方案、结构性能特点和主要技术参数。该绞车采用两台800kW直流电机驱动,配备了自动送钻装置、PSZ75B液压盘式刹车、换档机构、润滑系统、绞车气管道及DSW70水冷电磁涡流刹车等主要部件。该绞车具有整体结构紧凑、效率高、能耗低、刚性好、性价比高、易于安装和运输等优点。     

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…     

双作用带式刹车装置的设计研究

基于钻机组合刹车系统实验台,设计了一套小型机械/气控双作用带式刹车装置,为研究它们的刹车特性及气控带式刹车自动送钻提供了实验装置.     

石油钻机提升系统分析与应用

钻机提升系统作为石油钻机的核心,在起下钻等作业流程中起着至关重要的作用,按照提升方式的不同将钻机提升系统分为了绞车式和液压式提升系统,对两种提升系统的结构组成进行了分析,并调研了国内外提升系统的应用状况,最后对两种提升系统的优缺点进行了总结分析。可以预见,具备先进性的液压式提升系统会在今后的石油钻机中占据重要地位。