全旋转闭环指向式钻井工具的仿真与实验研究

发布时间：2018-08-28 20:43

【摘要】：全旋转闭环指向式钻井工具的导向性能是决定工具成败的关键因素之一。本文分析了各影响因素对全旋转闭环指向式钻井工具导向性能影响,提出了一种基于全旋转闭环指向式钻井工具偏心机构的控制方法,并验证了控制方法在理论上的可行性。根据控制电机具有的时变性、高度非线性等特性,在Simulink的环境下,对加入PID控制的电机进行了建模仿真,发现加入PID控制后,缩短了电机的过渡时间,实现了快速启动,减小了调节误差,进入新的稳定状态,满足了工程需要。采用SolidWorks软件建立了全旋转闭环指向式钻井工具三维模型和电气模型,用Labview软件建立了控制程序和控制前面板,通过SolidWorks软件和Labview软件联合仿真,并运用牛顿插值法和MATLAB软件,验证了控制方法的合理性,得到了多组数据和导向轴的运动轨迹。通过对全旋转闭环指向式钻井工具进行受力分析,得到了偏心机构的受力情况。通过ANSYS软件,对内偏心环进行受力分析,并对内偏心环进行了受力实验研究,证明了所选材料可以满足全旋转闭环指向式钻井工具的作业需求。进行了全旋转闭环指向式钻井工具实验装置总体结构研究,并根据全旋转闭环指向式钻井工具工作特点,确定了实验内容,制定了实验方案,为理论研究奠定了基础。
[Abstract]:The steering performance of full-rotating closed-loop directional drilling tool is one of the key factors to determine the success or failure of the tool. In this paper, the influence of various factors on the steering performance of a fully rotating closed-loop directional drilling tool is analyzed. A control method based on the eccentricity mechanism of a fully rotating closed-loop directional drilling tool is proposed, and the feasibility of the control method in theory is verified. According to the characteristics of the control motor, such as time-varying and highly nonlinear, the motor controlled by PID is modeled and simulated under the environment of Simulink. It is found that the transition time of the motor is shortened and the quick start is realized after the addition of PID control. The adjustment error is reduced, the new stable state is entered, and the engineering needs are satisfied. The 3D and electrical models of full rotation closed loop directional drilling tool are established by SolidWorks software, and the control program and control front panel are established by Labview software. The simulation is carried out by SolidWorks software and Labview software, and Newton interpolation method and MATLAB software are used. The rationality of the control method is verified. The stress of eccentric mechanism is obtained by analyzing the force of the full rotating closed loop directional drilling tool. The internal eccentric ring is analyzed by ANSYS software, and the experimental study on the internal eccentric ring is carried out. It is proved that the selected material can meet the operational requirements of the fully rotating closed-loop directional drilling tool. In this paper, the overall structure of the total rotating closed-loop directional drilling tool experimental device is studied. According to the working characteristics of the fully rotating closed-loop directional drilling tool, the experimental content is determined and the experimental scheme is worked out, which lays a foundation for the theoretical research.
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE92

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本文编号：2210560