垂直钻井系统纠斜机构脉宽调制控制研究

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1、第43卷第2期石油钻探技术Vo1．43NO．22015年3月PETR0LEUMDRILLINGTECHNIQUESMar．，2O15．_钻采机械doi：10．1l911／syztjs．201502021垂直钻井系统纠斜机构脉宽调制控制研究王燕，刘白雁，王科(1．东风康明斯发动机有限公司，湖北襄阳441004；2．武汉科技大学机械自动化学院，湖北武汉430081)摘要：为解决自动防斜垂直钻井系统在井下纠斜时纠斜方位难以准确控制的问题，开展了垂直钻井系统井下纠斜力连续控制的研究。在不改变钻具组合、元件和参数的前提下，建立了

2、钻具导向纠斜机构机电液系统的动力学模型，推导出控制元件二位二通电磁阀在钻杆一个旋转周期内的通断时间与机构输出纠斜力的幅值及钻杆转速之间的函数关系；根据钻杆转速确定脉宽周期T，再根据目标纠斜力计算出电磁阀的断电持续时间，在脉宽周期T内让电磁阀断电△￡，即可使纠斜机构输出预期的纠斜力。结果表明，试验模拟钻杆转速为65r／rain，在1个脉宽周期内对电磁阀分别断电5O，6O或70ms时，液压缸目标控制压力(即纠斜力)分别稳定在7．0，5．0和3．5SPa左右。研究结果表明，采用脉宽调制控制方法调节自动垂直钻具的井下纠斜力，能

3、将纠斜力控制在稳定的目标值。关键词：自动垂直钻井纠斜机构重力高边脉宽调制中图分类号：TE921．2文献标志码：A文章编号：1O0卜O89O(2O15)02-0120—06PWMControloftheAnti-DeviationMechanismintheVerticalDrillingSystemWangYan，LiuBaiyan。，WangKe(1．MorketingDepartment，DongfengCummisEngineeringCorporationLimited，Xiangyang，Hubei，4410

4、04，Cina；2．School0fMachinery&Automation，WhanUniversity0fScienceandTechnology，W—han，Hubei，430081，Cina)Abstract：Foranautomaticverticaldrillingsystem，itiSdifficulttoaccuratelycontroltheanti—devia—tionazimuthdownhole．Therefore，astudywasconductedonthecontinuouscontrol

5、overdownholeanti-de—viationforceofthedrillingtoo1．Thedynamicalmode1ofthemechanical—hydraulicsystemfortheanti—devi—ationmechanismwasestablished，withoutchangingthetoolstructure，componentandparameters．Usingthemodel。thefunctionrelationshipbetweentheon-offtimeofthetW

6、O—positiontwo—waysolenoidvalveinamomentofonerevolutionofthedrillpipe．theamplitudeoftheoutputanti～deviationforceofthemecha—nismandtherotaryspeedofthedrillpipewasderived．Toobtainanexpectedanti—deviationforceoutputbytheanti—deviationmechanism，thedurationtimeAtforsw

7、itchingoffthesolenoidvalvewascalculatedbythetargetanti-deviationforce，andthepulsewidthcycleTthatdeterminestheAtwasdeterminedbytherotaryspeedofdrillpipe．Accordingly，thetargetcontrolpressureofthehydrauliccylinderwasrespectivelystabilizedat7．0MPa，5．0MPaand3．5M[Pain

8、theexperimentwhentherotaryspeedofthedrillpipewassetto65r／minandthesolenoidvalvewasswitchedofffor50ms，60msand7OmsrespectivelyinonePWMcycle．Theresultsshowedthatthedownh