深水钻井隔水管垂直系统测量与控制模块设计和实验

发布时间：2021-10-11 07:54

　　深水钻井隔水管是用于深海、超深海钻采作业的至关重要的海洋设备。隔水管在作业时受到复杂的海洋载荷的作用,作业工况较为复杂,这会导致隔水管柱发生弯曲和偏移,进而引发管柱内壁与钻柱摩擦。长期的摩擦磨损将对隔水管壁产生切削作用,使其变得薄弱化,十分容易破裂。钻杆与弯曲的隔水管之间的高强度摩擦不仅损耗了能量,而且降低了工具的使用寿命。基于此,减轻或消除隔水管柱的弯曲变形则变得十分重要。深水钻井隔水管垂直系统是一种用来减轻或消除隔水管柱弯曲变形的理论手段,源于李子丰研究员所申请的发明专利《深水钻井隔水管垂直装置》,以及李子丰等后续申请的发明专利《防台风深水钻井隔水管自动垂直调节装置》,该系统还未正式应用于实际工况。其主要设计原理为使用机械的方式将弯曲变形的隔水管柱拉直,并使其保持垂直状态。该垂直装置主要包括隔水管柱垂直度检测装置、卷扬机系统、控制台、拉绳及数据传输系统等部分。本文的主要研究内容为在上述发明专利所设计装置的基础上,并结合前人所做的工作,对该装置进行了一定的优化,建立了适用于实验室条件下的模拟实验台,并针对所建立的实验装置,设计了一套基于STC89C52单片机的机电式测量与控制模块。在... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题来源及背景
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 课题背景
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文研究目标和内容
        1.3.1 本文研究目标
        1.3.2 本文研究内容
        1.3.3 本文特色
        1.3.4 本文技术路线
第2章 隔水管垂直系统作业原理及实验装置
    2.1 隔水管的实际作业工况
    2.2 隔水管垂直系统作业原理
    2.3 隔水管垂直系统模拟实验装置
    2.4 本章小结
第3章 隔水管垂直系统测量与控制模块总体方案设计
    3.1 测量与控制模块设计要求
    3.2 测量与控制模块设计方案
        3.2.1 控制部分
        3.2.2 传感检测部分
        3.2.3 执行部分
        3.2.4 显示部分
    3.3 测量与控制模块控制方式
    3.4 本章小结
第4章 隔水管垂直系统测量与控制模块硬件设计
    4.1 测量与控制模块硬件开发工具
    4.2 测量与控制模块关键元器件选型
        4.2.1 单片机选择
        4.2.2 倾角传感器选择
        4.2.3 步进电机及其驱动器选择
        4.2.4 显示元件选择
    4.3 测量与控制模块硬件电路设计
        4.3.1 单片机最小系统设计
        4.3.2 倾角数据采集电路
        4.3.3 步进电机驱动电路
        4.3.4 液晶LCD1602 显示电路
        4.3.5 整体硬件原理图
    4.4 本章小结
第5章 隔水管垂直系统测量与控制模块软件设计
    5.1 测量与控制模块软件开发工具
    5.2 测量与控制模块软件设计流程
        5.2.1 系统定义
        5.2.2 程序设计
    5.3 本章小结
第6章 隔水管垂直系统测量与控制模块模拟实验
    6.1 测量与控制模块设备调试部分
        6.1.1 模拟隔水管柱调试选取
        6.1.2 传感器与电机测试
        6.1.3 传感器与拉绳布置
    6.2 测量与控制模块实验及其结果分析
        6.2.1 实验准备
        6.2.2 隔水管拉直实验
        6.2.3 实验结果分析
    6.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]隔水管脉动冲击疲劳损伤磁记忆检测试验研究[J]. 倪金禄,樊建春,周威,刘祥元,刘书杰,张红生.  中国安全生产科学技术. 2018(11)
[2]并联布置立管涡激振动抑制装置试验研究[J]. 娄敏,梅灿喜,董文乙.  船舶工程. 2018(01)
[3]海洋石油水下装备现状及发展[J]. 陈军强,覃健苡.  化工设计通讯. 2017(08)
[4]深海立管系统参数激励试验模拟装置设计[J]. 赵野,王海燕.  船舶工程. 2017(08)
[5]深水钻井隔水管疲劳监测方法分析[J]. 李清培,苏堪华,韩垚堃,罗惠兰,赵子元,李楠.  石油机械. 2017(07)
[6]浅析我国海洋石油钻井技术及装备发展研究[J]. 唐攀.  石化技术. 2016(05)
[7]海洋能源勘探开发技术现状与展望[J]. 周守为,李清平,朱海山,张厚和,付强,张理.  中国工程科学. 2016(02)
[8]Laboratory Measurements of Vortex- and Wake-Induced Vibrations of A Tandem Arrangement of Two Flexible Risers[J]. 刘怀增,王飞,蒋国盛,郭海燕,李效民.  China Ocean Engineering. 2016(01)
[9]基于模糊PID的海洋立管疲劳试验装置控制系统设计[J]. 冯鑫,何新霞.  计算机测量与控制. 2016(01)
[10]海洋钻井单立管系统流场仿真分析研究[J]. 徐涛,刘清友,陶雷.  计算机仿真. 2015(06)

硕士论文
[1]深水钻井隔水管垂直系统拉绳受力分析及布置方案的研究[D]. 黄海河.燕山大学 2018
[2]深水钻井隔水管垂直系统原理与实验装置研究[D]. 马建伟.燕山大学 2018



本文编号：3430103