本文關(guān)鍵詞：纏繞在滾筒上的連續(xù)油管的張力模式及其控制系統(tǒng)研究　出處：《長江大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 連續(xù)油管 滾筒 張力模式 控制系統(tǒng) Matlab Simulink仿真

【摘要】：連續(xù)油管技術(shù)逐漸發(fā)展成為油氣田勘測開發(fā)領(lǐng)域應(yīng)用較為成熟的新興技術(shù)。連續(xù)油管作業(yè)機(jī)適應(yīng)性強(qiáng),可以被應(yīng)用于油氣田作業(yè)的各個方面,幾乎相當(dāng)于“萬能作業(yè)機(jī)”,同時連續(xù)油管的使用壽命是決定整個設(shè)備作業(yè)的核心因素。所以,迫切需要對連續(xù)油管作業(yè)過程中發(fā)生彎曲拉伸變形的力學(xué)特性進(jìn)行深入分析和研究。本文在前人研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合工程實踐,對纏繞在滾筒上的連續(xù)油管作業(yè)過程中的力學(xué)特性進(jìn)行了深入分析與研究。本文首先綜述了國內(nèi)外對連續(xù)油管在滾筒上的力學(xué)行為、張力控制等方面的研究現(xiàn)狀,發(fā)現(xiàn)前人對連續(xù)油管的研究主要集中在連續(xù)油管的受力、變形以及影響其工作壽命的因素等方面,而對連續(xù)油管的張力模式部分研究較少,從而提出本文的研究方向—連續(xù)油管作業(yè)過程中的張力模式研究。同時對連續(xù)油管作業(yè)機(jī)的工作原理及重要組成部分進(jìn)行了簡單介紹。其次,結(jié)合前人的研究和現(xiàn)場實際,利用彈塑性力學(xué)和材料力學(xué)知識,建立了纏繞在滾筒上的連續(xù)油管作業(yè)過程中的力學(xué)模型,并對其彎曲內(nèi)力和張緊力深入研究和計算,揭示出連續(xù)油管作業(yè)過程中所需要的張力主要與連續(xù)油管的直徑、壁厚、材料性能以及彎曲半徑有關(guān)。連續(xù)油管屈服強(qiáng)度越大、管徑越大、壁厚越厚,需要的張力越大,但是其彎曲半徑越大,所需要的張力越小。并且通過計算結(jié)果可知,連續(xù)油管作業(yè)過程中,需要的滾筒扭矩在不同層數(shù)時是恒定不變的,正是基于這樣的前提,得出本文的研究目標(biāo)為：連續(xù)油管纏繞在滾筒上需要的張力在同一層范圍內(nèi)應(yīng)該是恒張力控制。最后,對能實現(xiàn)連續(xù)油管作業(yè)過程中恒張力控制的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計與虛擬仿真,主要包括：(1)分析并設(shè)計出連續(xù)油管張力控制系統(tǒng)方案,采用PID控制器,電液控制方法,通過張力傳感器檢測變送張力信號；(2)結(jié)合控制理論,對控制系統(tǒng)的控制器及控制算法進(jìn)行了闡述,結(jié)合系統(tǒng)的特點和需求,選出適合的PID控制器及相關(guān)控制算法,包括PID控制參數(shù)整定方法；(3)根據(jù)已經(jīng)建立的控制系統(tǒng)方案,對控制系統(tǒng)的重要組成元件進(jìn)行詳細(xì)介紹及選型,并求解出其數(shù)學(xué)模型,為后面的系統(tǒng)仿真做好準(zhǔn)備；(4)結(jié)合連續(xù)油管張力控制系統(tǒng)及各組成元件的數(shù)學(xué)模型,在Matlab Simulink中對控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真,對不同的工況、有無PID控制器、是否進(jìn)行PID參數(shù)整定分別進(jìn)行仿真分析,通過比較其仿真結(jié)果,當(dāng)連續(xù)油管張力為恒定值工況、張力允許一定波動范圍工況時,設(shè)計的連續(xù)油管張力控制系統(tǒng)能滿足工況要求,實現(xiàn)相應(yīng)工況下的連續(xù)油管恒張力控制的目的,且響應(yīng)迅速,系統(tǒng)穩(wěn)定性較好。同時,PID控制器是該控制系統(tǒng)中必不可少的部分,PID參數(shù)整定是影響連續(xù)油管張力控制系統(tǒng)控制效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本課題研究設(shè)計的連續(xù)油管張力控制系統(tǒng),基本能實現(xiàn)連續(xù)油管作業(yè)過程中的恒張力控制,對指導(dǎo)連續(xù)油管現(xiàn)場作業(yè)和提高連續(xù)油管使用壽命具有一定的參考價值和現(xiàn)實意義。
[Abstract]:The coiled tubing technology has gradually become a new application field of oil and gas exploration and development is mature. The coiled tubing machine has strong adaptability and can be applied to all aspects of oil and gas field, almost equivalent to the "universal machine" at the same time, the service life of the coiled tubing is a key factor to determine the equipment operation. Therefore, urgent the need for coiled tubing in the process of mechanical properties of bending tensile deformation of the in-depth analysis and research. Based on the previous research, combined with the engineering practice, the continuous oil is wound on the roller on mechanical properties of pipe work in the process of in-depth analysis and research. This article firstly summarizes the mechanical behavior of continuous the tubing in the roller, the present research situation of tension control, study on coiled tubing predecessors mainly in coiled tubing stress, deformation And the factors affecting its working life, and the tension of the coiled tubing model research, and puts forward the research direction of tension of the coiled tubing in the process. At the same time, the working principle of the coiled tubing machine and important parts are introduced. Secondly, combined with previous studies and field the actual use of elastic-plastic mechanics and material mechanics, established the mechanical model of the coiled tubing is wound on the roller during operation, and the bending force and tension force of in-depth research and calculation, to reveal the coiled tubing during tension mainly with coiled tubing diameter, wall thickness, the the material properties and the bending radius of the coiled tubing. The yield strength is larger, the larger the diameter, the wall is thicker, need greater tension, but the bending radius is bigger, tension required is smaller. The calculation results show that the coiled tubing process, is in need of constant torque drum in different layers, it is based on the premise that the goal of this paper is: the coiled tubing winding required in the roller tension within the same layer is the constant tension control. Finally, the realization of control system for constant tension control of coiled tubing in the process of design and virtual simulation, mainly including: (1) the analysis and design of coiled tubing tension control system, using PID controller, electro-hydraulic control method, transmitting tension signals through the tension sensor detection; (2) combined with the control theory, the controller and the the control algorithm of the control system are described, combined with the characteristics and requirements of the system, select the PID controller and control algorithm for the PID control parameter tuning method; (3) according to the established Scheme of the control system are introduced in detail, and selection of the important components of the control system, and solving the mathematical model, prepare for the simulation of system; (4) according to the mathematical model of coiled tubing tension control system and its components, the control system was simulated in Matlab Simulink, on different conditions no, a PID controller, whether the tuning of PID parameters were simulated and analyzed. By comparing the simulation results, when the continuous tubing tension constant tension condition, allowing a certain range of conditions, a tension control system of coiled tubing can meet the conditions required to achieve constant tension control of coiled tubing under the condition of the corresponding the purpose, and quick response, the system stability is good. At the same time, the PID controller is essential in the control system, the tuning of PID parameters is the tension control system of coiled tubing. The key control effect. The coiled tubing tension control system designed in this paper, the basic can realize the constant tension control of coiled tubing in the process, to have the certain reference value and practical significance of CT site operations and improve the service life of coiled tubing.

【學(xué)位授予單位】：長江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE931.2;TP273

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本文編號：1393280