隨著鉆井需求向深地層和深海地層的發(fā)展,開采難度不斷增大,對鉆井水平的要求也不斷增加。目前,頂驅系統(tǒng)以其高效、穩(wěn)定、安全等優(yōu)點,已經(jīng)被廣泛應用于鉆井作業(yè)中,然而在頂驅電機驅動下,井下鉆頭不可避免會產(chǎn)生粘滑振動,而粘滑振動不但會延長完井時間、縮短鉆具壽命,還可能引發(fā)重大的安全事故。因此,為了防止鉆機旋轉系統(tǒng)出現(xiàn)粘滑振動現(xiàn)象,為了保障鉆進效率,保護鉆具設備,維護系統(tǒng)穩(wěn)定,設計一套“軟扭矩控制系統(tǒng)”十分重要。本文以鉆機旋轉系統(tǒng)為研究對象,首先,研究軟扭矩控制系統(tǒng)的工作原理與流程,提出了軟扭矩控制系統(tǒng)整體方案,并給出軟扭矩系統(tǒng)控制方框圖。其次,建立了系統(tǒng)中頂驅電機的數(shù)學模型,對目前使用的直接轉矩控制系統(tǒng)進行研究,針對直接轉矩控制系統(tǒng)的缺陷提出采用空間矢量脈寬調制技術(SVPWM),并對其進行了仿真分析。另外,通過對鉆柱系統(tǒng)分析,建立了鉆柱系統(tǒng)模型,并與頂驅電機系統(tǒng)聯(lián)立,搭建了鉆機旋轉系統(tǒng)模型,仿真分析了在直接轉矩控制系統(tǒng)下,粘滑振動的產(chǎn)生情況。最后,根據(jù)鉆機旋轉系統(tǒng)特性,分別設計了PID控制器、滑模變結構控制器和一階積分滑模自適應控制器,在系統(tǒng)參數(shù)慢時變情況下,對比不同控制器的控制效果,驗證了軟扭矩控制系統(tǒng)的有效性。
【學位單位】：中國石油大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TE951;TP273.2
【部分圖文】：

發(fā)生嚴重的粘滑振動時，鉆頭會以高于頂驅電機的速度正轉和導致鉆桿旋轉脫扣，鉆井設備掉入井底，這需要花費很多時間鉆進過程中的粘滑振動現(xiàn)象，不但大大增加了鉆井時間，還會激發(fā)鉆井事故。因此，為了避免這一現(xiàn)象，設計一種包含頂驅效鉆柱系統(tǒng)集中模型的整體控制方案。為結合實際，所提出的定的鉆桿剛度系數(shù)和阻尼參數(shù)。扭矩控制系統(tǒng)原理通過鉆柱與井下加重鉆桿、鉆鋌、鉆頭等設備相連，頂驅電機動井下設備旋轉。目前，無論是陸地鉆井還是海上平臺，鉆井，鉆柱系統(tǒng)隨著井深增加剛度系數(shù)降低，可以將頂驅與井下鉆扭轉彈簧，當?shù)撞裤@頭卡頓時，通過對頂驅電機轉速的控制，量累積，達到避免發(fā)生粘滑振動問題，保持系統(tǒng)扭矩穩(wěn)定。頂原理如圖 2.1 所示。

中國石油大學（北京）碩士學位論文表 3.3 逆變器開關時刻切換點與 N 的關系Table 3.3 The relationship between the switching point of the inverter switch and the NN 1 2 3 4 5 6Tcm1 TbTaTcTcm2Tcm33.3.2 SVPWM 模型仿真根據(jù)上文空間矢量脈寬調制技術原理，基于 Matlab/Simulink 對模型進行仿真，SVPWM 的 Simulink 仿真結構如圖 3.3 所示。

圖 3.4 SVPWM 仿真波形Fig. 3.4 Simulation waveform of SVPWM由圖 3.4 可以看出，這些比較值波形如馬鞍形，故稱為馬鞍波，取頻率較大的等腰三角波作為載波，與 SVPWM 產(chǎn)生的馬鞍波進行比較，就可以獲得幅值相等，寬度按正弦波變化的脈沖序列，將脈沖序列輸入到逆變器中，從而使逆變器產(chǎn)生與參考電壓相同的電壓波形。為了驗證SVPWM技術的準確性，結合3.1節(jié)電機方程，將同種電壓信號分為兩路，一路直接輸入給電機模型，獲得仿真轉速曲線，另一路經(jīng)過SVPWM和逆變器對電壓進行處理后同樣輸入給電機模型，獲得經(jīng)SVPWM調制后的仿真轉速曲線，分析比較兩條曲線的變化規(guī)律與輸出差值。仿真系統(tǒng)如圖3.5所示。

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本文編號：2826366