捷联式自动垂直钻井工具伺服控制设计及实现

摘要：

为解决易斜地层中直井钻进的防斜打快问题，实现主动防斜、纠斜控制，开展了捷联式自动垂直钻井工具伺服控制的研究。采用包含位置环、速度环、电流环的三环闭环控制模型，建立了伺服控制系统的硬件结构和软件体系，采用增量式数字PID控制算法，使系统实现快速精确可靠的调节。通过研究电流动态阶跃响应、电机输出轴位置及盘阀工具面角等控制效果，分析了伺服控制系统的动态及稳态特性，最终完成伺服控制系统设计，并投入现场应用。室内试验表明，电机输出轴位置稳态控制精度在0.2°以内，电流环动态阶跃响应时间短于1.2 ms ，电机调速范围0～300 r／min ，表明控制精度较高，动态性能良好，调速范围较宽，能实现实时控制。在安顺1井现场应用时，输出控制的盘阀工具面角与指定的纠斜工具面角最大偏差不超过2°，达到2.8°／100m以上的降斜效果。捷联式自动垂直钻井工具的伺服控制系统能够快速响应并精确控制电机输出轴的位置，实现直井钻井的防斜、纠斜。

关键词：自动垂直钻井、伺服控制、闭环控制、井斜控制、安顺1井

分类号：TE921+.2(石油机械设备与自动化)

资助基金：国家高技术研究发展计划“863”计划项目“捷联式自动垂直钻井系统工程样机研制”编号2009AA093501;胜利石油管理局项目“捷联式自动垂直钻井系统推广应用”编号GT1104联合资助。

在线出版日期：2014-06-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：95-101