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(duì)鉆井水平的要求也不斷增加。目前,頂驅(qū)系統(tǒng)以其高效、穩(wěn)定、安全等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于鉆井作業(yè)中,然而在頂驅(qū)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下,井下鉆頭不可避免會(huì)產(chǎn)生粘滑振動(dòng),而粘滑振動(dòng)不但會(huì)延長(zhǎng)完井時(shí)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(jī)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)粘滑振動(dòng)現(xiàn)象,為了保障鉆進(jìn)效率,保護(hù)鉆具設(shè)備,維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定,設(shè)計(jì)一套“軟扭矩控制系統(tǒng)”十分重要。本文以鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)為研究對(duì)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(qū)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,對(duì)目前使用的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)進(jìn)行研究,針對(duì)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的缺陷提出采用空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)(SVPWM),并對(duì)其進(jìn)行了仿真分析。另外,通過對(duì)鉆柱系統(tǒng)分析,建立了鉆柱系統(tǒng)模型,并與頂驅(qū)電機(jī)系統(tǒng)聯(lián)立,搭建了鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)模型,仿真分析了在直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)下,粘滑振動(dòng)的產(chǎn)生情況。最后,根據(jù)鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)特性,分別設(shè)計(jì)了PID控制器、滑模變結(jié)構(gòu)控制器和一階積分滑模自適應(yīng)控制器,在系統(tǒng)參數(shù)慢時(shí)變情況下,對(duì)比不同控制器的控制效果,驗(yàn)證了軟扭矩控制系統(tǒng)的有效性。
【學(xué)位單位】：中國(guó)石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TE951;TP273.2
【部分圖文】：

發(fā)生嚴(yán)重的粘滑振動(dòng)時(shí)，鉆頭會(huì)以高于頂驅(qū)電機(jī)的速度正轉(zhuǎn)和導(dǎo)致鉆桿旋轉(zhuǎn)脫扣，鉆井設(shè)備掉入井底，這需要花費(fèi)很多時(shí)間鉆進(jìn)過程中的粘滑振動(dòng)現(xiàn)象，不但大大增加了鉆井時(shí)間，還會(huì)激發(fā)鉆井事故。因此，為了避免這一現(xiàn)象，設(shè)計(jì)一種包含頂驅(qū)效鉆柱系統(tǒng)集中模型的整體控制方案。為結(jié)合實(shí)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(shè)備相連，頂驅(qū)電機(jī)動(dòng)井下設(shè)備旋轉(zhuǎn)。目前，無論是陸地鉆井還是海上平臺(tái)，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(qū)與井下鉆扭轉(zhuǎn)彈簧，當(dāng)?shù)撞裤@頭卡頓時(shí)，通過對(duì)頂驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，量累積，達(dá)到避免發(fā)生粘滑振動(dòng)問題，保持系統(tǒng)扭矩穩(wěn)定。頂原理如圖 2.1 所示。

中國(guó)石油大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文表 3.3 逆變器開關(guān)時(shí)刻切換點(diǎn)與 N 的關(guān)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(diào)制技術(shù)原理，基于 Matlab/Simulink 對(duì)模型進(jìn)行仿真，SVPWM 的 Simulink 仿真結(jié)構(gòu)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(jìn)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(yàn)證SVPWM技術(shù)的準(zhǔn)確性，結(jié)合3.1節(jié)電機(jī)方程，將同種電壓信號(hào)分為兩路，一路直接輸入給電機(jī)模型，獲得仿真轉(zhuǎn)速曲線，另一路經(jīng)過SVPWM和逆變器對(duì)電壓進(jìn)行處理后同樣輸入給電機(jī)模型，獲得經(jīng)SVPWM調(diào)制后的仿真轉(zhuǎn)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(hào)：2826366