基于井底钻压自动送钻控制系统设计及仿真
发布时间：2021-01-02 05:07
随着自动送钻技术在石油领域的广泛应用,钻柱的摩阻扭矩使得地面钻压与井底钻压差别较大,无法获得准确的井底钻压,不合适的井底钻压会影响钻头的性能和寿命,导致钻井效率较低。因此,在预知井底钻压的基础上运用模型算法得到相应地面目标钻压,以实现对井底钻压的准确控制,故自动送钻数学模型的建立尤为重要。针对具体的井身结构,基于钻柱力学理论从钻头处根据公式迭代求解大钩载荷,结合液压盘式刹车以及杨格修正模式,组成三环控制策略,建立一套完整的液压盘式刹车自动送钻控制系统。并针对常规PID控制器在自动送钻系统具有非线性特点,模糊PID控制器自适应能力有限的缺点,提出一种模糊免疫PID控制器应用于自动送钻控制系统。控制器的比例系数由模糊免疫控制器在线修正,积分和微分系数由自适应模糊控制器实时调整。模糊免疫PID控制器的免疫参数运用经验试凑法,导致免疫参数选取未必为最优值而造成系统超调量大,响应速度慢,运用了全局寻优特性的遗传算法对免疫参数进行优化。采用常规PID控制器、模糊PID控制器、模糊免疫PID控制器及基于遗传算法模糊免疫PID控制器分别对自动送钻控制系统模型进行仿真,来验证控制器在钻头钻压20t的动态...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钻头和井底未接触在井身弯曲段部分，如图所示，
西安石油大学硕士学位论文8图2-1钻头和井底未接触图2-2钻头和井底接触在井身弯曲段部分，如图2-2所示，钻头没有和井底接触时。钻杆的摩擦力来源于钻杆与井壁之间的接触，主要发生于钻杆的弯曲段和直段，并且钻杆弯曲段的变形力由钻柱重力及钻杆弯曲挤压力造成。在斜直段，钻杆和井壁之间的正压力主要由钻杆的重力提供。这时钻杆上的受力平衡方程式可用下式表示：topbottomsweighttensionF=F+β×Wff（2-3）或者topbottomsweightF=F+β×Wf（2-4）式中：weightf，钻井元件由重力产生的摩擦力；tensionf，钻井元件由压力产生的摩擦力。此时在钻杆的轴线上对各力取矩，则在底部钻杆上，除轴向摩擦力以外的力会对轴线产生力矩。此时钻杆上的扭矩平衡方程式可用下式表示：topbottombitweighttension()DWOBT=T+T+T+T(2-5)或者topbottombitweightT=T+T+T(2-6)式中：topT，钻杆单元顶部的扭矩；bottomT，钻杆单元底部的扭矩；bitT，钻头上的扭矩；
第二章基于井底钻压的求解计算9weightT，由重力产生的摩擦力产生的扭矩；tension()DWOBT，当钻头和井底接触时，由钻杆上的张力产生的摩擦力产生的扭矩。如图2-4所示情形，钻头和井底接触时。在钻杆的弯曲段和斜直段，钻杆和井壁会产生接触，接触过程中随着钻柱的起下钻过程产生了摩擦力。钻柱弯曲段所受的力来源于钻柱的重力及钻柱弯曲段的挤压力。在斜直段，钻杆和井壁之间的正压力主要由钻杆的重力提供。又因为钻头受到井底的大支撑反力，所以弯曲段和斜直段的张力发生改变（变小）。此时钻杆上的受力平衡方程式可用下式表示：()topbottomsweightbottom()DWOBDWOBF=F+β×Wff（2-7）或者()topbottomDWOBsweightF=F+β×Wf（2-8）此时，在钻杆的轴线上对各力取矩。在底部钻杆上，除轴向摩擦力以外的力对轴线产生力矩，同时钻头和井底接触有力矩产生。因为钻头受到井底的支撑反力，所以弯曲段的张力发生改变（变小），钻柱弯曲段所受的力及力矩发生改变，但斜直段的力矩不会受到影响。此时钻杆上的力矩平衡方程式可用下式表示：topbottombitweighttension()DWOBT=T+T+T+T(2-9)topbottombitweightT=T+T+T(2-10)图2-3钻头和井底未接触图2-4钻头和井底接触在井身水平段部分。在图2-5（水平井）所示的情形下，比图2-3多增加了水平段。和图2-3相比，水平段的摩擦力和斜直段的摩擦力计算方式相似，弯曲段的摩擦力
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于BP神经网络和GUI的身份证号码识别系统[J]. 成利敏,孙亮,王宁. 廊坊师范学院学报(自然科学版). 2019(04)
[2]现代能源系统虚拟仿真实验教学平台设计[J]. 郑坤,陈诚信,杨家豪. 能源与节能. 2019(11)
[3]基于模糊PID的无人帆船航向控制方法[J]. 张雪飞,袁鹏,谭俊哲,王树杰,徐泓燊,孙烨. 中国舰船研究. 2019(06)
[4]基于人工蜂群算法优化的燃气发生器压强自适应模糊免疫PID控制[J]. 柴金宝,陈雄,周景亮,何坤. 推进技术. 2019(02)
[5]基于OPC的MATLAB与WinCC的风电机组监控系统设计与实现[J]. 任建华,赵凯龙,刘欣宜. 机电技术. 2018(05)
[6]采用气控盘式刹车的石油钻井绞车及其控制系统设计[J]. 杨秀菊,刘晓峰,李云鹏,王兰,张鹏. 机械制造. 2018(09)
[7]石油钻井机自动送钻系统优化控制研究[J]. 陈博,吕勇. 计算机仿真. 2018(09)
[8]LWD-200B钻机自动钻进最优决策与控制方法研究[J]. 王英杰,冀常鹏,李勇. 露天采矿技术. 2018(02)
[9]水平井钻井过程中井底钻压预测及应用[J]. 吴泽兵,郭龙龙,潘玉杰. 石油钻采工艺. 2018(01)
[10]一种石油钻井双气缸气动水冷却盘式刹车自动送钻装置[J]. 雷先革,涂志威,付月永,蒋新,边双宾. 中国石油和化工标准与质量. 2017(19)
硕士论文
[1]自动送钻虚拟监控系统的设计[D]. 万丹.西安石油大学 2018
[2]基于钻压优化的自动送钻系统研究[D]. 付勃.西安石油大学 2012
[3]全液压顶驱石油钻机模型数字样机研究[D]. 刘振东.中国石油大学 2007
[4]石油钻机自动送钻智能控制系统[D]. 高岩.西安建筑科技大学 2004
本文编号：2952712
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钻头和井底未接触在井身弯曲段部分，如图所示，
西安石油大学硕士学位论文8图2-1钻头和井底未接触图2-2钻头和井底接触在井身弯曲段部分，如图2-2所示，钻头没有和井底接触时。钻杆的摩擦力来源于钻杆与井壁之间的接触，主要发生于钻杆的弯曲段和直段，并且钻杆弯曲段的变形力由钻柱重力及钻杆弯曲挤压力造成。在斜直段，钻杆和井壁之间的正压力主要由钻杆的重力提供。这时钻杆上的受力平衡方程式可用下式表示：topbottomsweighttensionF=F+β×Wff（2-3）或者topbottomsweightF=F+β×Wf（2-4）式中：weightf，钻井元件由重力产生的摩擦力；tensionf，钻井元件由压力产生的摩擦力。此时在钻杆的轴线上对各力取矩，则在底部钻杆上，除轴向摩擦力以外的力会对轴线产生力矩。此时钻杆上的扭矩平衡方程式可用下式表示：topbottombitweighttension()DWOBT=T+T+T+T(2-5)或者topbottombitweightT=T+T+T(2-6)式中：topT，钻杆单元顶部的扭矩；bottomT，钻杆单元底部的扭矩；bitT，钻头上的扭矩；
第二章基于井底钻压的求解计算9weightT，由重力产生的摩擦力产生的扭矩；tension()DWOBT，当钻头和井底接触时，由钻杆上的张力产生的摩擦力产生的扭矩。如图2-4所示情形，钻头和井底接触时。在钻杆的弯曲段和斜直段，钻杆和井壁会产生接触，接触过程中随着钻柱的起下钻过程产生了摩擦力。钻柱弯曲段所受的力来源于钻柱的重力及钻柱弯曲段的挤压力。在斜直段，钻杆和井壁之间的正压力主要由钻杆的重力提供。又因为钻头受到井底的大支撑反力，所以弯曲段和斜直段的张力发生改变（变小）。此时钻杆上的受力平衡方程式可用下式表示：()topbottomsweightbottom()DWOBDWOBF=F+β×Wff（2-7）或者()topbottomDWOBsweightF=F+β×Wf（2-8）此时，在钻杆的轴线上对各力取矩。在底部钻杆上，除轴向摩擦力以外的力对轴线产生力矩，同时钻头和井底接触有力矩产生。因为钻头受到井底的支撑反力，所以弯曲段的张力发生改变（变小），钻柱弯曲段所受的力及力矩发生改变，但斜直段的力矩不会受到影响。此时钻杆上的力矩平衡方程式可用下式表示：topbottombitweighttension()DWOBT=T+T+T+T(2-9)topbottombitweightT=T+T+T(2-10)图2-3钻头和井底未接触图2-4钻头和井底接触在井身水平段部分。在图2-5（水平井）所示的情形下，比图2-3多增加了水平段。和图2-3相比，水平段的摩擦力和斜直段的摩擦力计算方式相似，弯曲段的摩擦力
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于BP神经网络和GUI的身份证号码识别系统[J]. 成利敏,孙亮,王宁. 廊坊师范学院学报(自然科学版). 2019(04)
[2]现代能源系统虚拟仿真实验教学平台设计[J]. 郑坤,陈诚信,杨家豪. 能源与节能. 2019(11)
[3]基于模糊PID的无人帆船航向控制方法[J]. 张雪飞,袁鹏,谭俊哲,王树杰,徐泓燊,孙烨. 中国舰船研究. 2019(06)
[4]基于人工蜂群算法优化的燃气发生器压强自适应模糊免疫PID控制[J]. 柴金宝,陈雄,周景亮,何坤. 推进技术. 2019(02)
[5]基于OPC的MATLAB与WinCC的风电机组监控系统设计与实现[J]. 任建华,赵凯龙,刘欣宜. 机电技术. 2018(05)
[6]采用气控盘式刹车的石油钻井绞车及其控制系统设计[J]. 杨秀菊,刘晓峰,李云鹏,王兰,张鹏. 机械制造. 2018(09)
[7]石油钻井机自动送钻系统优化控制研究[J]. 陈博,吕勇. 计算机仿真. 2018(09)
[8]LWD-200B钻机自动钻进最优决策与控制方法研究[J]. 王英杰,冀常鹏,李勇. 露天采矿技术. 2018(02)
[9]水平井钻井过程中井底钻压预测及应用[J]. 吴泽兵,郭龙龙,潘玉杰. 石油钻采工艺. 2018(01)
[10]一种石油钻井双气缸气动水冷却盘式刹车自动送钻装置[J]. 雷先革,涂志威,付月永,蒋新,边双宾. 中国石油和化工标准与质量. 2017(19)
硕士论文
[1]自动送钻虚拟监控系统的设计[D]. 万丹.西安石油大学 2018
[2]基于钻压优化的自动送钻系统研究[D]. 付勃.西安石油大学 2012
[3]全液压顶驱石油钻机模型数字样机研究[D]. 刘振东.中国石油大学 2007
[4]石油钻机自动送钻智能控制系统[D]. 高岩.西安建筑科技大学 2004
本文编号：2952712
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