海底泥浆举升钻井系统控制仿真研究
发布时间：2020-12-24 13:22
为解决深水钻井面临的复杂井控问题,根据海底泥浆举升钻井系统的基本结构及工作原理,建立一个由变频器、电机、举升泵、泥浆循环管路组成的控制对象模型,结合控制对象为大惯性、非线性系统的特点,采用一种基于自适应模糊PID调节器的压力、转速双闭环控制策略,利用Matlab/Simulink软件构建系统仿真模型,分析结果表明,基于自适应模糊PID控制的压力、转速双闭环控制策略能够在海底泥浆举升钻井系统中取得很好的控制效果,使系统及时应对多种随机干扰。研究结果可为海底泥浆举升钻井控制提供参考。
【文章来源】：计算机仿真. 2020年04期 北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
基于SMD的无隔水管系统的基本结构
表2 dKp、dki、dkd的模糊规则表 EC E NB NM ZO PM PB NB PB/NB/NB ZO/NM/ZO NM/ZO/PM PM/NM/NM PM/NB/NB NM PB/NB/NB ZO/NM/ZO NM/PM/PM ZO/NM/NM PM/NB/NB ZO PB/NB/NB ZO/NM/ZO NB/PB/PB ZO/NM/ZO PB/NB/NB PM PM/NB/NB ZO/NM/NM NM/PM/PM ZO/NM/ZO PB/NB/NB PB PM/NB/NB PM/NM/NM NM/ZOPM ZO/NM/ZO PB/NB/NB模糊规则表的语言描述形式为:IF(条件1)AND(条件2) THEN(结果)。
由于海洋钻井环境的特殊性,海上钻井平台上所有设备的电源并不是来源于陆地电网,而是由钻井平台上的燃气轮机发电机组自主发电取得,因此海洋平台电力系统是一个典型的孤岛系统[8],其供电质量与陆地电网相比有一定的差距,这就使得电网电压波动成为一个不可忽略的扰动因素。由于电网电压的波动会直接影响到电机转速,进而影响泵的压力,而泥浆举升系统又是一个大惯性纯滞后系统。如果采用单闭环控制,当电网电压波动时,控制器不能马上响应,这意味着,在一段时间内,系统是没有任何调节作用的,这会严重影响系统的动态性能。如果内回路扰动过大,系统很可能会出现由于调节不及时而恶化失稳的情况。除受供电质量的影响外,钻井液的密度和工作环境温度的变化等都是非常主要的影响因素。因此,为了加强系统的抗干扰能力与动态响应能力,引入与压力调节点较近、滞后时间相对较小的转速闭环构成串级控制系统[9]。SMD系统中泥浆举升泵控制系统结构框图如图2所示。图2所示的泥浆举升泵控制系统中,压力为主变量,压力控制器为定值控制;转速为副变量,转速控制器为随动控制。自适应模糊PID控制综合了常规PID控制与模糊控制器的优点,既不需要被控对象的精确数学模型,又可在控制过程中对控制器参数进行微调,能够有效解决常规PID控制器参数固定不变的弊端,适用于工作环境复杂、存在诸多不确定干扰,难以构建精确数学模型的大时滞系统[6]。结合SMD系统实际工作特点,转速环采用PI控制器,压力环采用模糊PID控制器。
【参考文献】：
期刊论文
[1]未来海洋平台电力系统研究[J]. 张浩. 船电技术. 2014(11)
[2]海底泵举升双梯度钻井技术进展[J]. 侯芳,彭军生. 石油机械. 2013(06)
[3]无隔水管钻井泥浆举升系统管路特性计算与分析[J]. 葛瑞一,陈国明,周昌静,李伟. 石油矿场机械. 2012(07)
[4]深水无隔水管钻井液回收钻井技术[J]. 高本金,陈国明,殷志明,刘书杰. 石油钻采工艺. 2009(02)
[5]深水双梯度钻井技术研究进展[J]. 陈国明,殷志明,许亮斌,蒋世全. 石油勘探与开发. 2007(02)
[6]深水海底泥浆举升钻井技术及其应用前景[J]. 殷志明,陈国明,王卓显,许亮斌,蒋世全. 钻采工艺. 2006(05)
[7]双梯度钻井技术原理研究[J]. 许亮斌,蒋世全,殷志明,陈国明. 中国海上油气. 2005(04)
硕士论文
[1]深水泥浆举升钻井系统控制策略研究[D]. 闫加亮.中国石油大学 2011
本文编号：2935728
【文章来源】：计算机仿真. 2020年04期 北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
基于SMD的无隔水管系统的基本结构
表2 dKp、dki、dkd的模糊规则表 EC E NB NM ZO PM PB NB PB/NB/NB ZO/NM/ZO NM/ZO/PM PM/NM/NM PM/NB/NB NM PB/NB/NB ZO/NM/ZO NM/PM/PM ZO/NM/NM PM/NB/NB ZO PB/NB/NB ZO/NM/ZO NB/PB/PB ZO/NM/ZO PB/NB/NB PM PM/NB/NB ZO/NM/NM NM/PM/PM ZO/NM/ZO PB/NB/NB PB PM/NB/NB PM/NM/NM NM/ZOPM ZO/NM/ZO PB/NB/NB模糊规则表的语言描述形式为:IF(条件1)AND(条件2) THEN(结果)。
由于海洋钻井环境的特殊性,海上钻井平台上所有设备的电源并不是来源于陆地电网,而是由钻井平台上的燃气轮机发电机组自主发电取得,因此海洋平台电力系统是一个典型的孤岛系统[8],其供电质量与陆地电网相比有一定的差距,这就使得电网电压波动成为一个不可忽略的扰动因素。由于电网电压的波动会直接影响到电机转速,进而影响泵的压力,而泥浆举升系统又是一个大惯性纯滞后系统。如果采用单闭环控制,当电网电压波动时,控制器不能马上响应,这意味着,在一段时间内,系统是没有任何调节作用的,这会严重影响系统的动态性能。如果内回路扰动过大,系统很可能会出现由于调节不及时而恶化失稳的情况。除受供电质量的影响外,钻井液的密度和工作环境温度的变化等都是非常主要的影响因素。因此,为了加强系统的抗干扰能力与动态响应能力,引入与压力调节点较近、滞后时间相对较小的转速闭环构成串级控制系统[9]。SMD系统中泥浆举升泵控制系统结构框图如图2所示。图2所示的泥浆举升泵控制系统中,压力为主变量,压力控制器为定值控制;转速为副变量,转速控制器为随动控制。自适应模糊PID控制综合了常规PID控制与模糊控制器的优点,既不需要被控对象的精确数学模型,又可在控制过程中对控制器参数进行微调,能够有效解决常规PID控制器参数固定不变的弊端,适用于工作环境复杂、存在诸多不确定干扰,难以构建精确数学模型的大时滞系统[6]。结合SMD系统实际工作特点,转速环采用PI控制器,压力环采用模糊PID控制器。
【参考文献】：
期刊论文
[1]未来海洋平台电力系统研究[J]. 张浩. 船电技术. 2014(11)
[2]海底泵举升双梯度钻井技术进展[J]. 侯芳,彭军生. 石油机械. 2013(06)
[3]无隔水管钻井泥浆举升系统管路特性计算与分析[J]. 葛瑞一,陈国明,周昌静,李伟. 石油矿场机械. 2012(07)
[4]深水无隔水管钻井液回收钻井技术[J]. 高本金,陈国明,殷志明,刘书杰. 石油钻采工艺. 2009(02)
[5]深水双梯度钻井技术研究进展[J]. 陈国明,殷志明,许亮斌,蒋世全. 石油勘探与开发. 2007(02)
[6]深水海底泥浆举升钻井技术及其应用前景[J]. 殷志明,陈国明,王卓显,许亮斌,蒋世全. 钻采工艺. 2006(05)
[7]双梯度钻井技术原理研究[J]. 许亮斌,蒋世全,殷志明,陈国明. 中国海上油气. 2005(04)
硕士论文
[1]深水泥浆举升钻井系统控制策略研究[D]. 闫加亮.中国石油大学 2011
本文编号：2935728
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