收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

石油钻机电动绞车特性分析及控制研究

王平  
【摘要】: 通过调研,掌握了国内外石油钻机绞车的发展现状与趋势,对现有在用电驱动钻机绞车进行了结构分析,了解了其优缺点,为进行新型钻机绞车设计奠定了基础。与传统机械钻机绞车和直流电驱动钻机绞车相比,由于交流变频电驱动钻机绞车有着非常明显的优势和非常高的技术性能,当今石油钻机绞车正在向着交流变频电驱动方向发展。 针对我国传统绞车存在着传动复杂、效率低、送钻不均匀、钻压不稳定等缺点,本文设计了一种新型电机直驱单轴绞车结构型式:JC30DB-WZ型交流变频电驱动单轴绞车,可满足恒扭矩、恒功率等多种工况要求。通过对滚筒和滚筒轴的刚度和结构强度进行ANSYS有限元分析,确保了设计可靠性。该绞车采用两台大功率、低速、大扭矩变频电机从滚筒轴两端直接驱动滚筒,形成电机外置与滚筒一体化单轴绞车结构型式,去掉了大型齿轮减速箱、离合器等传动部件,电磁涡流刹车或水刹车等辅助刹车不复存在,具有结构简单新颖、调速范围宽、适应能力强等优点。技术参数符合SY/T5532-2002《石油钻机用绞车》标准要求,可广泛适用于国内外3000米交流变频电动钻机。 为深入研究钻机起升系统的动态特性,本文结合钻井工艺及钻机工作过程,对钻机起升系统运动学和动力学进行了理论分析。建立了考虑钢丝绳和井架弹性的起升系统力学模型,对该微分方程组进行了理论求解;采用传递函数的方法,进行Simulink仿真,得到了起升系统的振动频率、系统的响应和大钩的动载系数,并分析了大钩位移波动和加速度波动特性。然后结合实际的钻具组合和JC30DB-WZ型交流变频电驱动绞车的工作特性,在考虑钻柱与井壁摩擦阻力情况下,通过编程得到微分方程初值问题的数值解,并对求解结果进行了详细分析,得到了考虑摩擦阻力情况下的动载系数。分别对初速为零和初速不为零的两种工况进行了讨论,为提高绞车控制精度提供了依据。为进一步深入研究钻柱与井壁摩擦阻力对起升系统的影响,在同时考虑电机特性和摩擦阻力的情况下,本文采用了ADAMS仿真软件,对JC30DB-WZ型交流变频电驱动单轴绞车起升系统进行了仿真计算与分析。结果表明:钻机在起升过程中存在着动载,动载系数随着起升条件的变化而改变;由于钻柱下放到井底,在起升过程中,钻柱与井壁产生摩擦,使得起升过程的平稳性变差;不考虑钻柱与井壁摩擦时,起升的不稳定系数为1%左右;当考虑钻柱与井壁摩擦产生随机载荷后,加剧了起升过程的不平稳性,使得大钩动载荷增加,滚筒与大钩速度呈现出明显的不均匀性。为降低起升时的动载系数,可采用控制电机特性的方法减少起升动载荷。 基于JC30DB-WZ型交流变频单轴绞车,设计完成了与绞车一体化的自动送钻传动系统,当正常钻进需要使用自动送钻时,可以通过自动送钻中辅助电机、减速器经小齿轮直接驱动大齿轮,带动滚筒工作,从而悬提钻具,控制钻压,实现自动送钻;当绞车主电机出现故障需要使用应急功能时,系统可以上提井下钻具,防止井下可能发生的各种事故。 针对石油钻机自动送钻过程控制中存在着复杂、非线性、不确定性系统的问题,设计完成了基于模糊控制的计算机恒钻压控制系统,该系统采用双环路控制结构,内部将反映钻速的测速编码器信号进行反馈构成局部负反馈回路,外部将钻压测量信号进行反馈构成另一路负反馈回路。在控制算法上采用了模糊控制思想。另外,初步探讨了非线性粒子滤波技术在自动送钻方面的应用,并对钻头钻进速度进行预估计。 通过现场实时采集钻机实际钻井过程中相关参数,从工程实验角度分析了这种钻机的实际起升特性、井架的起升动载、起升系统的固有频率、绞车扭矩与转速特性等,通过与前面理论分析和仿真结果相比较,结果表明试验研究结果与理论研究结果还是比较吻合的,从而进一步丰富、完善理论研究结果。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 王兵;高明;;绞车电控自动送钻装置离合器形式的探讨[J];石油机械;2006年09期
2 董怀荣;梁子波;王平;张吉平;;基于电机直驱型绞车起升系统的仿真分析[J];西部探矿工程;2009年10期
3 王瑞成;;JC30DB-WZ型单轴绞车结构设计及起升系统特性分析[J];石油矿场机械;2011年07期
4 高成海;;变频器在石油钻机的应用及分析[J];变频器世界;2005年03期
5 张连山;电驱动钻机的应用与发展[J];石油机械;1983年03期
6 李莉;周斌;;ZJ30DBT钻机控制系统模块化设计及应用[J];石油机械;2005年12期
7 王定亚,龚惠娟,栾苏,杨向前;JC—70DB单轴绞车的设计研究[J];石油机械;2004年02期
8 贾秉彦;马广蛇;侯文辉;白永宏;毛玉琢;;石油钻机发展中有关问题的探讨[J];石油机械;2006年03期
9 兰石;ZJ32-8石油钻机通过部级鉴定[J];甘肃科技纵横;1995年03期
10 马家骥,王开训;Allison变速箱应用于石油钻机有关问题的讨论[J];石油机械;1984年05期
11 周明才;中石化集团ZJ40/2250L-HB石油钻机在胜利油田研制成功[J];石油机械;2001年08期
12 敖沛;国外绞车控制系统[J];石油机械;2003年03期
13 马家骥;我国石油钻机的发展与对策[J];石油机械;2001年05期
14 郭永军,王俊杰,张世强;浅议石油钻机的现状及优化设计[J];石油矿场机械;2004年05期
15 秋丽;液压驱动石油钻机和修井机[J];石油机械;1999年10期
16 张嗣伟;;关于我国石油钻机技术发展战略的思考[J];石油科技论坛;2001年03期
17 万惠君,仵世平,赵旭平,李春明,陆军,李刚;石油钻机用绞车刹车毂的堆焊[J];焊接;2005年05期
18 张红梅;孙海奇;;ZJ50DT钻机电控装置的设计应用[J];电气传动自动化;2008年02期
19 华北庄;国外石油钻机传动的发展概况[J];石油机械;1982年06期
20 陈茂松;;ZJ60D型石油钻机的研制[J];石油矿场机械;1986年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 施阳;徐德民;任章;;基于小波网络的智能PID控制[A];1996年中国控制会议论文集[C];1996年
2 朱丽业;吴惕华;;智能控制在现代钢铁工业中的应用[A];中国自动化学会全国第九届自动化新技术学术交流会论文集[C];2004年
3 韩赞东;都东;张人豪;;波控CO_2焊接熔滴过渡频率的智能控制[A];第九次全国焊接会议论文集(第2册)[C];1999年
4 周熙炜;钟彦儒;李洁;金舜;;基于智能控制的异步电机参数辨识的研究进展[A];中国电工技术学会电力电子学会第八届学术年会论文集[C];2002年
5 孙晓明;;九点控制器对不同类型输入的仿真研究[A];2002中国控制与决策学术年会论文集[C];2002年
6 万沛霖;何莉;张志远;;模糊神经网络控制系统的研究[A];2003年中国智能自动化会议论文集(下册)[C];2003年
7 薛云灿;胡树棠;;专家模型算法控制的进一步研究[A];1995年中国智能自动化学术会议暨智能自动化专业委员会成立大会论文集(上册)[C];1995年
8 于微波;姜长泓;崔丽娜;;基于嵌入式控制器的多模态智能控制方法[A];2003中国控制与决策学术年会论文集[C];2003年
9 黄伟;郭兵;;基于智能融合的油田注水系统控制策略[A];中国运筹学会模糊信息与模糊工程分会第五届学术年会论文集[C];2010年
10 林晨;李祖枢;;一种用于离散事件动态系统的智能控制结构及其实现[A];1996中国控制与决策学术年会论文集[C];1996年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王平;石油钻机电动绞车特性分析及控制研究[D];上海交通大学;2007年
2 谭文;混沌系统的模糊神经网络控制理论方法研究[D];湖南大学;2006年
3 梁新荣;高速公路智能控制方法研究[D];华南理工大学;2005年
4 卿铭;模糊熵及其在模糊系统优化中的应用[D];西南交通大学;2006年
5 文敦伟;面向多智能体和神经网络的智能控制研究[D];中南大学;2001年
6 王天堃;网络控制系统的研究及其应用[D];华北电力大学(北京);2009年
7 王新政;禽舍环境智能控制关键技术研究[D];东北林业大学;2012年
8 童梅;智能控制在电力系统谐波抑制中的应用[D];浙江大学;2002年
9 王海东;水泥生产过程多AGENT控制系统的研究[D];中南大学;2004年
10 张玉玺;液力缓速器电控系统及控制方法研究[D];吉林大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘辉;基于现场总线的交流变频钻机电气系统设计与研究[D];西华大学;2007年
2 智立甫;基于MATLAB的智能控制系统仿真研究[D];河北农业大学;2004年
3 查富生;高速车铣复合加工中心铣削过程的智能控制[D];兰州理工大学;2005年
4 张子迎;水下机器人运动控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
5 姚建明;基于神经网络的电液伺服系统智能控制研究[D];太原理工大学;2005年
6 王睿洁;一种改进的T-S型模糊神经网络控制在平面一级倒立摆中的应用[D];太原理工大学;2005年
7 谢冲;多级节流智能控制系统研究[D];西南石油学院;2005年
8 刘凤琴;基于嵌入式的含油污水控制系统设计[D];武汉理工大学;2006年
9 姚鹏;矿热炉低压无功补偿系统设计[D];西安建筑科技大学;2006年
10 阳胜峰;磨矿分级模糊智能控制工程研究[D];昆明理工大学;2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王希;我国研制出新型海洋铺管绞车[N];中国海洋报;2010年
2 龚辉平 胡伟;亚洲最大海工特种绞车下线[N];中国船舶报;2007年
3 刘连聪;违章“克星”张明源[N];经理日报;2008年
4 通讯员 胡平;华机厂大型绞车产品投入使用[N];中国船舶报;2004年
5 记者 刘颖;国产绞车变频控制系统装船[N];中国船舶报;2007年
6 刘立;飞利浦190SW8提速高效办公[N];电子资讯时报;2007年
7 倚凡;智能控制预应力张拉装置问世[N];中华建筑报;2003年
8 詹膑 罗杨;以多变量为基础的现代智能控制[N];光明日报;2000年
9 本报记者 蒋家华;募集资金将破解成长瓶颈[N];中国证券报;2007年
10 闫佳;建一流学科 育栋梁之才[N];科技日报;2004年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978