天车型主被动联合式升沉补偿装置控制策略研究

发布时间：2020-06-06 13:21

【摘要】：本课题针对海上钻井作业过程中,存在系统结构复杂、大钩振动问题突出、系统控制存在滞后、影响系统作业精度因素多的特点而提出,对钻井作业系统进行升沉补偿控制策略研究以保证钻井作业可靠安全的运行。海洋勘探工程被世界各国大力进行开发与利用。海洋钻采设备,作为发展海洋油气工程的关键部件,其升沉补偿尤为重要。在海洋平台进行钻井作业时,风、浪、流等将会引起平台做升沉运动。其中,当平台的升沉运动超过一定范围时,由于作业平台的上下起伏,将会导致钻柱的振动,引起井底钻压的不稳定;当平台的升沉运动过大时,将会导致钻头脱离井底,导致钻井作业无法继续进行或者发生安全事故。因此,对作业平台升沉运动的补偿效果可以作为判断钻井升沉补偿系统控制效果好坏的标准。本文通过搭建的天车型钻井升沉补偿试验机,进行了模型工艺过程与工作原理的分析和研究。通过钻柱振动模型分析了复杂海况条件下,作业平台升沉运动对钻井作业中钻采过程的影响。利用控制系统采集作业平台升沉位移和补偿液压缸的位移,得到两者之间的偏差实现对天车位移实时控制。通过主被动式补偿缸调整天车的位移,实现对作业平台升沉运动的补偿作用。对整个升沉补偿系统进行调研,分别对升沉补偿系统进行了升沉补偿前作业平台升沉运动的预测和利用升沉补偿系统对作业平台升沉运动进行补偿。基于作业平台在海浪中的运动规律,呈现非线性且多变的特点,提出一种改进的支持向量机,利用人工免疫算法优化最小二乘支持向量机,实现对平台的升沉运动状态的预测,同时,根据历史波浪数据对作业平台的升沉运动进行预测。进行了仿真实验验证了该预测方法,为作业平台的升沉补偿运动的预测提供了新的思路。基于装置的工作原理的研究与分析,利用钻柱振动模型,通过理论研究突出补偿钻井平台升沉运动的必要性,建立天车型升沉补偿系统的电液控制系统数学模型。进行了PID、模糊PID和BP神经网络PID三种不同控制器的仿真实验,结合仿真实验结果进行装置实验,对比分析得出BP神经网络PID为该装置控制系统的最佳控制策略。基于天车型主被动联合式升沉补偿系统的模型进行实验研究,通过对不同海况下进行实验,验证了装置的补偿性能。本文对钻井作业平台升沉补偿系统控制策略进行研究,提高了系统的控制精度,当平台做不同波形、不同幅值及不同周期的三种波形运动时实现了的有效补偿,系统平均补偿率可高达95%以上。保障了钻井作业安全有序地进行。另外,本文提出的预测方法不需要考虑系统本身的参数,避免了繁琐的系统建模的过程。可以用来解决其他相似问题。
【图文】：

图１－２死绳（快绳）升沉补偿装置逡逑

天车型主被动联合式升沉补偿装置控制策略研究

图１－４游车型升沉补偿装置逡逑
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE951

【参考文献】