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《西安石油大学》 2020年
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导向钻井工具的冗余控制技术研究

芦海超  
【摘要】:导向钻井工具是钻特殊结构井的必用工具,工具系统的可靠性会直接影响导向钻进的控制效果。由于导向钻井工具是一个复杂的机电液一体化系统,影响其可靠性的因素繁多,且其故障状态又具有不可直接观测的特点,如何提高工具系统的可靠性,是导向钻井工具工程化研究急需解决的关键技术问题。本文研究了导向钻井工具系统的冗余技术,主要的工作内容和研究成果如下:1.结合工程实际,从导向钻井工具的机械结构和控制系统结构分析入手,依据工具系统能否实现其核心功能,界定了工具的正常状态和故障状态,采用故障树分析方法,分析了工具系统的故障致因,建立了工具系统的可靠性分析模型;2.基于对原工具系统的可靠性分析,针对对系统可靠性影响最为明显的、工程实际中易实现的关键模块,采用并联冗余方式,提出了工具系统冗余设计方案,设计了故障判断准则,提出了可实现的冗余模块切换控制策略;分析表明,经电源冗余和控制器冗余后的冗余工具系统,相较原系统,其可靠度有显著提高;3.完成了冗余控制器的初步设计,设计了电池组供电与涡轮电机供电、主控制器与副控制器的冗余切换控制电路,以及控制器的其它电路模块,部分完成了信号处理、数据采集、故障诊断与模块切换控制等程序设计,并对冗余系统进行了系统集成和部分测试,测试验证了设计合理性。这些工作成果对于提高井下工具的可靠性,解决导向钻井工具工程化研究中的关键技术问题,具有实际应用价值。
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