在深部硬地層鉆井領(lǐng)域,扭轉(zhuǎn)振動(dòng)工具具有破巖效果明顯和抑制鉆頭黏滑的作用,但其相應(yīng)的降黏機(jī)理和控制機(jī)理研究還不完善。為此,在現(xiàn)有通過(guò)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)工具解決黏滑問(wèn)題的基礎(chǔ)之上,建立了鉆柱系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)方程,提出U1和U2兩種滑模控制降黏方法,并在有工具作用時(shí),結(jié)合理論方程、給定參數(shù)對(duì)兩種控制方式的降黏效果進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:當(dāng)存在參數(shù)攝動(dòng)時(shí),鉆柱系統(tǒng)處于黏滑狀態(tài)附近,參數(shù)的變化會(huì)導(dǎo)致鉆柱系統(tǒng)的脆弱性,鉆柱系統(tǒng)需要加以控制;兩種滑模控制方式均能有效對(duì)鉆柱的黏滑振動(dòng)進(jìn)行控制;通過(guò)對(duì)在不同條件下各控制器的控制性能、魯棒性的對(duì)比可知,滑�？刂品绞経2整體控制性能較好,且滑模控制方式U2具有更強(qiáng)的魯棒性,有利于提高鉆柱系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。 

【文章來(lái)源】：振動(dòng)與沖擊. 2020年14期 北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

鉆柱系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模型

滑�？刂剖悄軌�?qū)︺@柱系統(tǒng)進(jìn)行魯棒控制一種簡(jiǎn)單有效方法,其主要有滑模面、滑�？刂破鲀刹糠纸M成[13]。本文中滑模面是一種雙滑模面,一個(gè)控制轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速,另一個(gè)則控制鉆頭速度,使得鉆頭速度跟蹤并達(dá)到轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速;滑�？刂破饔蔂顟B(tài)估計(jì)器和控制器兩部分構(gòu)成,狀態(tài)估計(jì)器根據(jù)被控對(duì)象的扭矩和轉(zhuǎn)速來(lái)估計(jì)此時(shí)被控對(duì)象的狀態(tài),控制器根據(jù)滑�？刂圃碛�(jì)算出被控對(duì)象的所需扭矩。通過(guò)滑�？刂�,鉆頭速度、轉(zhuǎn)盤速度與設(shè)定值之間的跟蹤誤差在滑�？刂破髯饔孟掠苫Ｃ嬷庀蚧Ｃ孢\(yùn)動(dòng)[14],一旦到達(dá)滑模面,滑�？刂破髯罱K將使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速、鉆頭轉(zhuǎn)速趨向于所設(shè)定的參數(shù)值,即為 θ ˙ b → θ ˙ r , θ ˙ r →Ω ,從而有效控制了鉆柱系統(tǒng)的黏滑現(xiàn)象�；？刂葡到y(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖,如圖2所示。考慮一般情況,設(shè)非線性系統(tǒng)為

從圖3與圖4可知,相同條件下,cpc與Jp分別單獨(dú)存在攝動(dòng)時(shí),加入了扭轉(zhuǎn)振動(dòng)工具的鉆柱系統(tǒng)均出現(xiàn)了黏滑現(xiàn)象,表明系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。由此可知,當(dāng)由于某些原因,系統(tǒng)某些參數(shù)發(fā)生變化時(shí),系統(tǒng)將出現(xiàn)與之前結(jié)果不同的狀態(tài),說(shuō)明原始鉆柱系統(tǒng)的魯棒性較差,整體性能比較脆弱,尤其是當(dāng)鉆柱系統(tǒng)處于黏滑狀態(tài)附近時(shí),此時(shí)參數(shù)的變化及模型的誤差將對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響,故而必須對(duì)系統(tǒng)加以控制。由此,在設(shè)定的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速下分別對(duì)各控制方式的降黏效果進(jìn)行對(duì)比分析,以便分析更佳的控制方式,從而與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)工具協(xié)作來(lái)共同抑制黏滑,使鉆頭能夠迅速破巖。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]新型恒扭矩工具動(dòng)力學(xué)模型與降黏機(jī)理研究[J]. 田家林,張?zhí)眉?程文明,袁長(zhǎng)福,楊琳,董燚,林曉月.  振動(dòng)與沖擊. 2018(19)
[2]鉆柱黏滑振動(dòng)動(dòng)力學(xué)研究[J]. 呂苗榮,沈詩(shī)剛.  西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2014(06)
[3]試論深井鉆井技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 汪華成,董孟坤,王海濤,包成虎.  中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量. 2014(10)
[4]變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的品質(zhì)控制[J]. 高為炳,程勉.  控制與決策. 1989(04)



本文編號(hào)：2918161