石油钻机液压盘式刹车自动送钻装置研制

摘要

随着石油行业竞争的日趋激烈，降低石油的开采成本就势在必行。国内目前使用的钻机比较陈旧，控制方式非常落后，导致钻井周期长、钻头损坏率高，这是降低石油开采成本的重要制约因素，而且落后的控制方式使得钻井过程容易发生溜钻、卡钻等事故。因此针对国内石油钻机的这种现状，采用先进的控制系统就成为必然趋势，本文阐述了石油钻机自动送钻控制系统的整体设计。
　　 自动送钻就是指钻机在正常钻进过程中，不依靠司钻调节，而是按照钻井工艺要求，通过控制系统自动调节钻压、转速、送进钻具。盘式刹车自动送钻采用液压力直接控制盘式刹车的刹车力，无需任何中间过渡环节，容易与电控制信号接口，所以盘式刹车的自动送钻容易实现遥控和自动化操作。根据我国目前的石油钻井现状，研究和开发盘式刹车自动送钻装置是今后的发展趋势。这是本课题选题的一大因素。
　　 本文是以宝鸡石油机械厂生产的陆地石油钻机的BSsz-1型自动送钻控制系统为对象进行的研究。在本篇论文中，首先详细地分析了控制系统的各个环节，为了提高系统的响应速度，增加系统稳定性，改善系统非线性，加入了液压、速度两个内环，在仿真分析了液压环和速度环模型后制定出了相应的控制方法，并对控制方法进行了仿真。然后，针对钻压系统是一个时滞、时变、非线性系统，本文应用了模糊理论进行钻压控制器的设计，试验证明该控制方式控制效果良好，各方面性能指标都达到理想要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1课题来源和背景

1.1.1课题来源

1.1.2课题背景

1.2国内外自动送钻现状及发展趋势

1.2.1国外自动送钻研制与应用概况

1.2.2我国自动送钻研制与应用概况

1.2.3自动送钻装置使用效果和经济效益

1.2.4现有自动送钻装置控制系统存在的不足

1.3国外钻机安全监控技术现状

1.3.1国外钻机安全监控技术现状

1.3.2国内钻机安全监控技术现状

1.4论文主要内容

第二章 石油钻机设备

2.1石油钻机设备概述

2.2钻机的组成及工作原理

2.2.1钻机的组成

2.2.1钻机的工作原理

2.3影响钻井成本的因素

第三章 盘式刹车自动送钻系统设计

3.1盘式刹车自动送钻系统组成

3.1.1盘式刹车自动送钻系统组成

3.1.2自动送钻选用盘式刹车与之配套的原因

3.2自动送钻系统实现的功能

3.2.1自动送钻功能

3.2.2安全保护控制

3.2.3故障监测功能

3.2.4数据显示与记录

3.2.5控制功能框图

3.3盘式刹车自动送钻系统工作原理

3.3.1液压盘式刹车系统工作原理

3.3.2自动送钻系统工作原理

3.4自动送钻钻压控制原理

3.4.1钻压控制原理

3.4.2自动送钻钻压控制策略

3.5自动送钻液压系统控制原理

3.5.1液压系统内环控制与算法

3.5.2液压系统内环控制策略研究

3.5.3液压系统内环控制系统仿真研究

3.5.4液压系统内环控制系统软件流程

3.6自动送钻速度控制

3.6.1盘刹对象数学模型分析

3.6.2控制策略研究

3.6.3速度调节器程序设计

3.7模糊控制算法研究

3.7.1模糊控制概述

3.7.2模糊控制器设计

3.7.3钻压控制的模糊控制器设计

第四章 钻机游车控制设计

4.1游车大钩的特点

4.2游车升降模型

4.1.1游车升降模型

4.1.2游车下降距离的计算

4.3模型设计验证

4.4游车控制策略

4.4.1游车上行的控制策略

4.4.2游车下行的控制策略

4.4.3游车运行的控制程序流程

第五章 控制系统硬件与液压接口设计

5.1控制系统硬件组成

5.2控制系统的硬件选型

5.2.1项目对硬件的要求

5.2.2控制系统的硬件选型

5.3系统的硬件模块功能

5.3.1 SIMATIC多功能平台

5.3.2西门子S7-300PLC

5.4控制系统的盘刹液压接口设计

第六章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文