海洋钻机起升系统负荷特性研究

发布时间：2017-03-19 16:05

  本文关键词：海洋钻机起升系统负荷特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着陆上石油资源的日趋枯竭,发展海工装备,加大海洋油气资源的开采力度成为世界各大国的一项战略举措,我国自然也不例外。作为一项高科技含量的海工装备,海洋钻机的先进性主要体现在对起升系统的控制水平上,而起升系统的核心机构是绞车。为了应对海洋钻机复杂恶劣的工作环境,提高工作可靠性,目前多采用S7-300 PLC构成冗余系统,缺点是切换时间长,稳定性不够。另外,传统的PID控制方式已不能适应海洋钻机时变、非线性的特点,需要人工配合,操作复杂,可维护性差,加重了起升系统的负荷,加快了钻头的磨损,降低了设备利用率。针对以上种种问题,结合国内外最新研究进展,在吸收前人研究成果的基础上,提出一种绞车冗余控制方案,分析了海洋钻机绞车的负荷特性,旨在优化起升系统负荷,降低钻井成本,提高系统抵抗风险的能力。系统采用基于S7-400 PLC的硬件冗余结构设计,实现了CPU冗余、I/O模块冗余、PROFIBUS-DP总线冗余,切换时间为毫秒级,可靠性大大增加。另外,通过分析影响钻井成本的因素,提出一种钻压转速优化算法,以此建立最优钻井数据库。控制方式上,设计了钻压环和速度环双闭环控制算法,钻压环采用模糊PID控制器,将模糊控制和常规PID控制相结合,取长补短,既保证了控制精度,又增加了系统自学习、自调整的能力,提高了系统的鲁棒性。最后,运用STEP7开发环境完成了部分PLC程序的编写,该系统现已被成功应用于“新胜利一号”自升式钻井平台,搭载ZJ70DB钻机,通过分析埕北6GA-15井的钻井数据曲线可知,在最优钻井数据库的支持下,能够优化起升系统负荷,满足实际生产需要。
【关键词】：钻机 起升系统 绞车 冗余 优化
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE951
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 课题背景及研究意义8-9
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势9-12
• 1.2.1 国外研究及发展现状9-10
• 1.2.2 国内研究及发展现状10-11
• 1.2.3 绞车控制系统发展趋势及现有不足11-12
• 1.3 本文主要内容及所做工作12-13
• 1.4 本章小结13-14
• 2 绞车冗余控制系统设计14-34
• 2.1 海洋钻机的组成14-17
• 2.2 绞车冗余控制系统结构设计17-19
• 2.2.1 绞车控制原理17-18
• 2.2.2 控制系统网络设计18-19
• 2.3 绞车冗余控制系统硬件设计19-33
• 2.3.1 主要设备参数19-20
• 2.3.2 监控管理单元设计20-21
• 2.3.3 下位机控制单元设计21-26
• 2.3.4 变频调速单元设计26-31
• 2.3.5 检测变送单元设计31-33
• 2.4 本章小结33-34
• 3 绞车负荷特性分析34-38
• 3.1 绞车负荷特性34-35
• 3.2 起升参数计算35-37
• 3.3 本章小结37-38
• 4 控制策略及算法38-58
• 4.1 绞车控制过程38-39
• 4.2 影响钻井效益的因素39-41
• 4.3 钻压和转速优化算法41-43
• 4.3.1 钻压的测量41
• 4.3.2 钻压优化算法41-43
• 4.4 系统控制策略43-45
• 4.5 速度调节器设计45-47
• 4.5.1 速度环控制算法45-46
• 4.5.2 速度环控制系统仿真46-47
• 4.6 钻压调节器设计47-56
• 4.6.1 模糊控制结构及原理47-51
• 4.6.2 钻压环控制算法51-52
• 4.6.3 钻压环控制系统仿真52-56
• 4.7 本章小结56-58
• 5 软件实现58-68
• 5.1 STEP7开发环境介绍58-59
• 5.2 系统硬件组态59
• 5.3 系统程序设计59-67
• 5.4 本章小结67-68
• 6 典型工程应用68-74
• 6.1 工程概况68-70
• 6.2 应用结果评价70-72
• 6.3 本章小结72-74
• 7 总结与展望74-76
• 参考文献76-80
• 附录A80-82
• 附录B82-84
• 作者攻读学位期间发表学术论文清单84-86
• 致谢86

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本文编号：256212