导向钻井工具的冗余控制技术研究

发布时间：2022-02-20 08:41

　　导向钻井工具是钻特殊结构井的必用工具,工具系统的可靠性会直接影响导向钻进的控制效果。由于导向钻井工具是一个复杂的机电液一体化系统,影响其可靠性的因素繁多,且其故障状态又具有不可直接观测的特点,如何提高工具系统的可靠性,是导向钻井工具工程化研究急需解决的关键技术问题。本文研究了导向钻井工具系统的冗余技术,主要的工作内容和研究成果如下:1.结合工程实际,从导向钻井工具的机械结构和控制系统结构分析入手,依据工具系统能否实现其核心功能,界定了工具的正常状态和故障状态,采用故障树分析方法,分析了工具系统的故障致因,建立了工具系统的可靠性分析模型;2.基于对原工具系统的可靠性分析,针对对系统可靠性影响最为明显的、工程实际中易实现的关键模块,采用并联冗余方式,提出了工具系统冗余设计方案,设计了故障判断准则,提出了可实现的冗余模块切换控制策略;分析表明,经电源冗余和控制器冗余后的冗余工具系统,相较原系统,其可靠度有显著提高;3.完成了冗余控制器的初步设计,设计了电池组供电与涡轮电机供电、主控制器与副控制器的冗余切换控制电路,以及控制器的其它电路模块,部分完成了信号处理、数据采集、故障诊断与模块切换控制... 

【文章来源】：西安石油大学陕西省

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 导向钻井工具可靠性技术的国内外研究现状
        1.2.1 导向钻井工具可靠性国外研究现状
        1.2.2 导向钻井工具可靠性国内研究现状
    1.3 研究内容
    1.4 论文结构安排
第二章 导向钻井工具可靠性分析
    2.1 全旋转导向钻井工具的机械结构
    2.2 全旋转导向钻井工具的控制系统结构
    2.3 导向钻井工具可靠性
        2.3.1 故障的一般定义与评价指标
        2.3.2 导向钻井工具的核心功能及其故障定义
        2.3.3 导向钻井工具故障状态的判断方法
        2.3.4 导向钻井工具的模块分割
        2.3.5 导向钻井工具各模块的故障状态
        2.3.6 导向钻井工具的可靠性评价指标
    2.4 导向钻井工具故障树分析
        2.4.1 导向钻井工具系统可靠性分析的复杂性
        2.4.2 故障树分析方法
        2.4.3 导向钻井工具系统各模块的可靠性分析模型
        2.4.4 导向井工具系统的可靠度分析模型
    2.5 本章小结
第三章 导向钻井工具冗余控制方案设计
    3.1 冗余方法研究
        3.1.1 多机并联冗余方式
        3.1.2 多机表决冗余方式
        3.1.3 多机旁联冗余方式
        3.1.4 导向钻井工具冗余设计的限制
    3.2 导向钻井工具系统的冗余方案
        3.2.1 导向钻井工具冗余方案设计
        3.2.2 控制器冗余方案设计
        3.2.3 电源冗余方案设计
    3.3 冗余系统的可靠性分析
        3.3.1 冗余电源供电功能的可靠性分析
        3.3.2 冗余控制器可靠性分析
        3.3.3 冗余系统可靠性分析
        3.3.4 冗余系统可靠性效果分析
    3.4 本章小结
第四章 导向钻井工具冗余控制器的实现
    4.1 MCU选型和接口电路设计
        4.1.1 MCU的选型
        4.1.2 冗余控制器及其控制器接口电路设计
    4.2 功能模块电路设计
        4.2.1 导向钻井工具的测量传感器
        4.2.2 信号调理电路设计
        4.2.3 电源冗余电路设计
    4.3 冗余控制器软件部分设计
        4.3.1 系统的程序的结构图
        4.3.2 主副电源的切换程序设计
        4.3.3 主副控制器的程序设计
    4.4 本章总结
第五章 系统性能测试
    5.1 主副控制器的PCB设计
    5.2 冗余电源的测试
        5.2.1 电源测试
        5.2.2 测试结论
    5.3 控制器性能测试
        5.3.1 主控制器性能测试
        5.3.2 副控制器性能测试
        5.3.3 冗余控制器性能测试
    5.4 本章小结
第六章 总结展望
致谢
参考文献
攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]石油化工自控设计中冗余容错技术分析[J]. 张亮.  化工设计通讯. 2020(02)
[2]旋转导向钻井工具试验台加载控制系统的研究[J]. 张光伟,田帆,高嗣土,乔阳.  石油机械. 2020(02)
[3]基于多个切换开关的高可靠电机转速控制系统[J]. 夏洪,田雪丰,孙芸.  东华理工大学学报(自然科学版). 2019(04)
[4]冗余技术在船闸控制系统中的应用[J]. 李瑞.  自动化应用. 2019(11)
[5]旋转导向钻井系统发展概述[J]. 闫园园,解庆,胡林,郑丁,赵凯.  石化技术. 2019(10)
[6]控制系统高可靠冗余电源设计[J]. 陈宇,侯振林,王文辉,林强.  工业控制计算机. 2019(10)
[7]多状态并联冗余支路的船舶电机伺服控制研究[J]. 颜玉玲.  舰船科学技术. 2019(16)
[8]石油钻井工具的检测与应用[J]. 刘晗.  科学技术创新. 2018(33)
[9]针对井下作业工具的设计进行分析[J]. 李强强.  化工管理. 2017(31)
[10]井下工具可靠性设计分析[J]. 魏巍.  中国石油和化工标准与质量. 2016(23)

硕士论文
[1]近钻头振动信号的快速采样与存储技术研究[D]. 刘西安.西安石油大学 2018
[2]动态指向式旋转导向钻井工具的控制方法研究[D]. 李聪冉.中国石油大学(华东) 2017
[3]钻井过程中故障检测与诊断方法的研究[D]. 连晓圆.大连理工大学 2013
[4]双CPU冗余通信控制系统的研究与实现[D]. 徐连军.西安电子科技大学 2011
[5]双机系统的冗余及仲裁策略研究[D]. 张汩.电子科技大学 2010
[6]双机冗余综合导航信息处理系统研究与设计[D]. 张艳辉.哈尔滨工程大学 2009



本文编号：3634678