旋转导向钻井系统稳定平台测试台架设计.pdf

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1、石油机械一36一CHINAPETROLEUMMACHINERY2010年第38卷第11期●设计计算旋转导向钻井系统稳定平台测试台架设计孙峰陈威王义峰(1．中国石,rb大学(华东)石油工程学院2．胜利石油管理局钻井3"-艺研究院)摘要为了验证旋转导向钻井系统稳定平台在旋转状态下井斜测量及控制的准确性，设计了一种能够改变空间姿态并且模拟钻铤转速变化及扭矩载荷波动的测试台架。该测试台架通过机、电、液一体化设计，实现了全程自动化控制。现场应用表明，该稳定平台测试台架结构设计合理，强度足够，其功能满足了稳定平台测试的需要。

2、关键词测试台架起竖摇摆机构模拟载荷旋转导向钻井系统感器是否灵敏以及电路是否工作正常，从而及时发0引言现并改正稳定平台中存在的问题。要完成复杂井眼轨迹，尤其是真正实现井下闭l总体结构设计及特点环控制，传统的钻井工具已不能满足要求，必须研制更加灵活的全方位可调的旋转导向井下工具，其稳定平台安装在钻铤内部，其空间姿态随钻井核心是能在旋转状态下按控制指令动作改变作用在过程而产生变化，当井斜发生时，稳定平台在不停钻头上的合力或改变钻具偏心程度的稳定平台装钻的情况下测量实时井斜，并判断井斜值是否超过置。稳定平台装置实际上是一

3、个测控单元，含有磁设定值以控制执行机构动作。为了验证稳定平台在通门、重力加速度计、速率陀螺、微处理器以及相旋转状态下井斜测量及控制的准确性，要求测试台关的各种电路。它可以检测接收各种信号，通过一架能够改变空间姿态即井斜角，同时模拟钻铤旋转定的算法计算得出正确的数据，并发出指令操纵执并为稳定平台提供模拟载荷。行机构完成各种动作¨。如图1所示，稳定平台测试台架由动力模拟电目前，国内大的石油公司及院所都对旋转导向动机、转角测量装置、负载装置、液压摆缸、铝制钻井系统投人了大量人力和资金，为了保证系统研制成功，减少不必要的

4、损失，有必要通过模拟井下仪器的运动状态，来验证旋转导向钻井系统稳定平台的各项参数是否满足性能指标。而研制稳定平台测试试验台架就是为了模拟旋转导向钻井系统稳定平台的井下工作状况而设计的地面专用测试系统。当试验台架水平或竖直放置时，电动机带动稳定平台模拟钻铤和涡轮以指定转速旋转，测试系统可以将稳定平台的转角、转速，控制轴的转角、转速、图l测试台架三维模型输出扭矩以及试验台架的倾角等参数经过测量、处1一动力模拟电动机；2一稳定平台；3一转理并存储。然后根据所得到的参数对其性能进行分角测量装置；4一负载装嚣；5一液压摆缸

5、；析，以便于验证稳定平台中算法是否正确，各个传6～铝制桁架；7一稳定平台旋转电动机。基金项目：园家“863”计划项目“自动垂直钻井技术”(2005AA602260)；中国石油化工集团公司重大攻关项目(JP05011)。2010年第38卷第l1期孙峰等：旋转导向钻井系统稳定平台测试台架设计桁架、稳定平台旋转电动机等组成。该测试台架的这种光电编码器旋转1周可以输出5000个脉特征是：通过动力模拟电动机与稳定平台输入轴连冲。为了满足测量精度的要求，在后续的测量电路接，实现稳定平台的动力输入；通过稳定平台旋转中设计了电子

6、细分电路，使用单片机对编码器的输电动机带动稳定平台以一定的转速旋转；通过转角出信号进行逻辑处理，得到了四倍频的脉冲信号。测量装置和负载模拟装置，测量稳定平台的转角，经过四倍频之后的电路，分辨率均达到0．01。。平并监测稳定平台的控制指令(控制轴转角和转速)台和涡轮的转角测量的设计精度均可以达到输出状态；通过液压摆缸使铝制桁架具备在0～0．02。。120。内摆动或精确定位的功能。单片机内部的计数器对细分之后的脉冲信号进通过对测试台架的精确控制，不但能够模拟稳行计数，以精确计算平台转过的角度。编码器具有定平台的井下工

7、作状态，而且能够验证稳定平台是绝对0位，平台或涡轮每正转或反转过0，计数器否稳定、准确地工作。就要清0，即计数器只计算平台在1圈内转过的角度。利用此转角值，在一定的时问间隔内，可以计2台架不导磁和起竖摇摆机构的实现算出平台的转速值。稳定平台内部装有磁通门等敏感元件，要求其4驱动和模拟载荷的实现附近1m范围内不能有磁性材料，台架采用了铝制桁架，但仍不能使用液压臂等常规方式来实现测试如图3所示，把负载电动机通过扭矩传感器与台架的起竖和摇摆。设计中通过使用骑马螺栓和设控制轴连接后，负载电动机轴随着控制轴的转向而计带平面

8、的回转轴实现回转轴与测试台架的可靠连转动，即负载电动机属于被拖动电动机。同时，为接后，采用了在台架底部安装液压摆动缸的方式来了使控制轴在试验条件下转速稳定，转矩恒定，负解决这一问题，如图2所示。这样，磁性设备离被载电动机必须始终提供阻转矩，并且这个阻转矩的测稳定平台内的敏感元件较远，不会产生大的影方向要随着涡轮转向的改变而变化，也就是说负载响。液压摆动缸的工作原理是通过液