电动石油钻机恒钻压自动送钻控制系统研究

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自动送钻就是指钻机在正常钻进过程中,不依靠司钻人员调节,而是按照钻井工艺要求,通过控制系统自动调节钻压、转速、送进钻具。本文首先介绍石油钻机盘式刹车自动送钻系统的工作原理及设备结构,对自动送钻的工艺要求进行阐述,给出了盘刹自动送钻的原理图。详细介绍了自动送钻的发展历程,对国内外现存自动送钻系统的优点与缺点进行分析,对于有大扰动的自动送钻系统来说,传统PID控制器的控制效果不是很好,并且将不需要建立精确模型的模糊控制理论用于自动送钻系统的控制将是发展方向。   在对自动送钻钻压控制系统模型进行详尽分析的基础上,制定出钻压控制系统的设计方案,并将控制系统分为三个控制环节,内环为液压控制环,实现液压刹车力调节,中间环节为速度环,通过调节内环液压压力实现对制动力的调节,绞车刹车制动力决定钻具下放速度,通过调节制动力控制钻具下放速度,外环为钻压控制环,在钻井生产中不同的下放速度产生不同的钻压,所以只要调节钻具下放速度即可控制钻具钻压。在分析和实验的基础上建立了液压比例阀、液压缸等的传递函数,完成外环钻压模糊控制器的设计,根据三环结构建立完整的仿真模型,使用Matlab对模糊钻压控制系统进行仿真模拟试验,同时对量化因子和比例因子数值进行整定,并且比较了不同模糊子集数量的控制效果。仿真实验结果表明该控制系统的设计完全能够满足系统的要求,控制效果良好,并且进一步揭示了参数整定对系统的影响。   对石油钻机盘刹自动送钻系统软硬件进行设计,给出了自动送钻系统模糊控制算法流程图,并设计了自动送钻监控画面,在ZJ70/4500DB钻机上对该系统进行实验,实验证明钻压波动小于±10kN,满足钻井工艺中钻压波动小于±10kN的要求,该模糊送钻方案能够达到钻井施工要求。
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