【摘要】：旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)是近年來應(yīng)用于油氣鉆井作業(yè)中的一種新型導(dǎo)向鉆井技術(shù),具有成本低、鉆速高、井眼軌跡平滑、可延長水平段等優(yōu)點。在實際應(yīng)用中,由于強(qiáng)烈的非線性、時變性以及滯后特性等影響控制性能的因素,導(dǎo)致系統(tǒng)難以精確跟蹤理想的預(yù)設(shè)井眼軌跡,甚至使系統(tǒng)偏離預(yù)設(shè)軌跡。因此,對于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的軌跡跟蹤問題研究具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。本文以旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的軌跡跟蹤控制和平臺搭建為研究對象,主要研究內(nèi)容和貢獻(xiàn)包括:1.介紹了一種推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)軌跡模型,推導(dǎo)了此模型的二維和三維軌跡的狀態(tài)空間方程,并對系統(tǒng)模型進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。2.針對旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的二維軌跡跟蹤問題,提出了一種基于穩(wěn)定補(bǔ)償式狀態(tài)觀測器的狀態(tài)反饋控制器。穩(wěn)定補(bǔ)償式狀態(tài)觀測器使用積分滑模變結(jié)構(gòu)控制方法進(jìn)行設(shè)計,通過對系統(tǒng)滯后特性進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償,保證了觀測器本身的穩(wěn)定性;使用一種改進(jìn)的遺傳算法NSGA-II對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。相比于基于傳統(tǒng)狀態(tài)觀測器的狀態(tài)反饋控制方法,本文方法在收斂速度、精度以及振蕩抑制等性能指標(biāo)上更具優(yōu)勢。3.針對旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的三維軌跡跟蹤問題,提出了一種基于區(qū)間二型模糊控制和增強(qiáng)學(xué)習(xí)協(xié)同的軌跡跟蹤控制算法。首先構(gòu)建區(qū)間二型模糊控制器對系統(tǒng)非線性和滯后特性進(jìn)行處理,然后設(shè)計基于增強(qiáng)學(xué)習(xí)的動作-評價網(wǎng)絡(luò)控制器優(yōu)化鉆井軌跡,提高了軌跡跟蹤的精確性和平滑性,最后使用低通濾波器對控制信號進(jìn)行融合濾波,進(jìn)一步提高了鉆井軌跡的控制效果。4.搭建了鉆井系統(tǒng)電氣綜合測試平臺。使用CAN總線實現(xiàn)信號采集與控制,PLC實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)控制;針對不同模塊分別采用CAN總線和OPC通訊兩種方式與下位機(jī)進(jìn)行通訊,實現(xiàn)了在工控機(jī)上對信號采集、傳輸以及控制等功能;實現(xiàn)了鉆井軌跡的可視化界面,便于直觀的觀測實時井下軌跡。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE928
【圖文】：

轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)技術(shù)研究起步較晚，和國外具有相和海上鉆井的作業(yè)任務(wù)多數(shù)情況下需要租賃國外油行[27-28]。國內(nèi)自 20 世紀(jì) 90 年代中期開始研究旋轉(zhuǎn)斷地攻關(guān)，取得了一定的進(jìn)展。近年來國內(nèi)多家科轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)工程樣機(jī)，并進(jìn)行了一系列的鉆井震動、泥漿沖蝕等惡劣環(huán)境下各功能模塊協(xié)同施工表明工程樣機(jī)已經(jīng)基本實現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井功能[29berger PowerDrive 系列旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)erger 公司研發(fā)的 PowerDrive 系列旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)用的導(dǎo)向偏置方式是動態(tài)偏置式，其外殼隨鉆桿一 1-2 所示。PowerDrive 系列具有如下優(yōu)點：點靠近鉆頭，能精確控制井眼軌跡；質(zhì)量高，清潔度好；環(huán)空限制；大程度減小壓差卡鉆事故；鉆速較高。

圖 1-2 Schlumberger PowerDrive 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)Fig. 1-2 Rotary steerable systems’ basic structure of Schlumberger PoweDrive1.2.1.2 Halliburton Geo-Pilot 系列旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)Halliburton 公司研發(fā)的 Geo-Pilot 系列旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)[32]在分類上屬于靜態(tài)偏置指向式。其偏置裝置和利用液壓缸推動系統(tǒng)外部的支撐翼肋完成導(dǎo)向作用的推靠式偏置裝置有很大不同，指向式是通過是鉆頭驅(qū)動軸彎曲，從而使鉆頭軸心偏離鉆具軸心，起到定向的效果。Geo-Pilot 系列旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)具有如下優(yōu)點：(1) 井眼質(zhì)量高；(2) 能提供多種造斜率和精準(zhǔn)的井眼軌跡控制；(3) 信號傳輸實時性好；(4) 可進(jìn)行精準(zhǔn)的地質(zhì)導(dǎo)向控制；(5) 提供垂直鉆井模式；(6) 自動穩(wěn)斜控制。

圖 1-2 Schlumberger PowerDrive 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)2 Rotary steerable systems’ basic structure of Schlumberger Porton Geo-Pilot 系列旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)on 公司研發(fā)的 Geo-Pilot 系列旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)[32]在。其偏置裝置和利用液壓缸推動系統(tǒng)外部的支撐翼置裝置有很大不同，指向式是通過是鉆頭驅(qū)動軸彎具軸心，起到定向的效果。Geo-Pilot 系列旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向質(zhì)量高；供多種造斜率和精準(zhǔn)的井眼軌跡控制；傳輸實時性好；行精準(zhǔn)的地質(zhì)導(dǎo)向控制；垂直鉆井模式；穩(wěn)斜控制。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 光新軍;王敏生;;新型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具在頁巖氣開發(fā)中的應(yīng)用[J];石油機(jī)械;2014年01期

2 張程光;吳千里;王孝亮;呂寧;;塔里木深井薄油層旋轉(zhuǎn)地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)應(yīng)用[J];石油勘探與開發(fā);2013年06期

3 石林;汪海閣;紀(jì)國棟;;中石油鉆井工程技術(shù)現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)及發(fā)展趨勢[J];天然氣工業(yè);2013年10期

4 薛啟龍;丁青山;黃蕾蕾;;旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)最新進(jìn)展及發(fā)展趨勢[J];石油機(jī)械;2013年07期

5 姜偉;蔣世全;付鑫生;陳平;;旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)應(yīng)用研究及其進(jìn)展[J];天然氣工業(yè);2013年04期

6 王鄂川;樊洪海;徐鵬;鄧嵩;陳旭躍;;等離子通道鉆井技術(shù)概況和發(fā)展前景[J];斷塊油氣田;2013年02期

7 雷靜;楊甘生;梁濤;胡馳;;國內(nèi)外旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)導(dǎo)向原理[J];探礦工程(巖土鉆掘工程);2012年09期

8 胡小林;肖玉清;王宇;;基于支持向量機(jī)的隨鉆測量[J];電子測量與儀器學(xué)報;2012年09期

9 朱劍明;彭代勇;;世界能源現(xiàn)狀與內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展機(jī)遇[J];內(nèi)燃機(jī)工程;2011年02期

10 賈平軍;鄭毅;;中國石油鉆井技術(shù)發(fā)展綜述[J];鉆采工藝;2009年01期

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1 何勇;基于自由權(quán)矩陣的時滯相關(guān)魯棒穩(wěn)定與鎮(zhèn)定[D];中南大學(xué);2004年

本文編號：2749950