【摘 要】
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试验是检验旋转导向钻井工具性能的唯一途径。为了解决旋转导向钻井工具现场试验困难、研发周期长、试验参数采集难等问题,需要设计合理的旋转导向钻井工具试验台。本文以西安石油大学旋转导向钻井工具试验台为研究对象,设计其电液控制系统,并验证电液控制系统的可行性,主要研究内容如下:首先,设计试验台的动力系统。针对试验台的设计要求及机械结构需要实现的主要功能设计了试验台动力系统,包括试验台旋转外套驱动系统、试验
【基金项目】
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国家自然科学基金,51174164； 陕西省自然科学基金,2018JM5015； 西安石油大学研究生创新与实践能力培养计划项目,YCS18213103；
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试验是检验旋转导向钻井工具性能的唯一途径。为了解决旋转导向钻井工具现场试验困难、研发周期长、试验参数采集难等问题,需要设计合理的旋转导向钻井工具试验台。本文以西安石油大学旋转导向钻井工具试验台为研究对象,设计其电液控制系统,并验证电液控制系统的可行性,主要研究内容如下:首先,设计试验台的动力系统。针对试验台的设计要求及机械结构需要实现的主要功能设计了试验台动力系统,包括试验台旋转外套驱动系统、试验台钻压模拟系统、试验台反扭矩加载系统和试验台电气控制系统等。对试验台动力系统所需元件的主要参数作了计算,并确定各主要元件型号。其次,分析试验台旋转外套驱动系统性能。建立试验台旋转外套驱动系统的数学模型,验证了该系统的稳定性。利用Matlab/Simulink对该系统进行动态仿真,仿真结果表明,在PID的控制下,该系统无负载和有随机负载干扰时均能快速响应并达到稳定状态,满足试验台旋转外套驱动系统的设计要求。然后,分析试验台钻压模拟系统性能。利用AMESim和Matlab/Simulink构建试验台钻压模拟系统的联合仿真模型,设计模糊自适应PID控制器。对钻压模拟系统的动态特性、频率响应、模拟误差等进行了仿真分析,仿真结果表明,钻压模拟系统振荡小、响应速度快、模拟误差小,满足试验台钻压模拟系统的设计要求。最后,设计试验台电液控制系统。设计电液控制系统的硬件和软件,配置所需的I/O口资源,利用STEP 7软件编写PLC控制程序。为了验证试验台电液控制系统的可行性,通过S7-200PLC仿真软件对控制程序进行仿真,从仿真结果看,试验台电液控制系统可正常启动并运行,实现了对试验台电液控制系统的精确控制。
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