检索结果-内蒙古大学图书馆

地球物理学报 2023年第1期66卷 101-110页

作者：谢棋军底青云杨永友刘庆波张辉马良令中国科学院深地资源装备技术工程实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029

旋转导向系统可有效提高钻井速度、安全性和井眼轨迹控制精度,是油气行业尤其是复杂环境下油气勘探开发的核心设备之一.非接触电能和信号传输单元是旋转导向系统中将电能和信号从旋转主轴传输至非旋转外套的重要单元.为了保证高温下大... 详细信息

旋转导向系统可有效提高钻井速度、安全性和井眼轨迹控制精度,是油气行业尤其是复杂环境下油气勘探开发的核心设备之一.非接触电能和信号传输单元是旋转导向系统中将电能和信号从旋转主轴传输至非旋转外套的重要单元.为了保证高温下大负载时电压输出的稳定性以及信号同步传输的可靠性,本文提出一种载波调制式电能与信号一体化的传输方法,在信号并联注入并联拾取的同步传输拓扑结构基础上,增加隔离电感与谐振电容,对新的拓扑结构进行数学建模,对电压增益、电流增益以及效率进行仿真,并通过仿真结果选择最优电路参数.实验验证该电路拓扑和传输方法在175℃环境温度下带载可到150 W,在150 W动态带载下输出电压的变化幅值小于输入电压的8%、传输速率115200 bps(bit per second,比特率)且误码率低于百万分之一.

关键词：旋转导向系统非接触一体化传输信号调制与解调

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旋转导向系统稳定平台自适应动态面控制

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中国石油大学学报（自然科学版） 2024年第5期48卷 190-199页

作者：万敏宋佳儒黄山山陈苗苗西南石油大学机电工程学院四川成都610500

井下的多种干扰因素为旋转导向系统稳定平台的控制器设计增加了复杂性。为了应对未知摩擦力矩和建模误差对稳定平台的不良影响,提出一种自适应神经网络动态面控制方法,该方法使用RBF神经网络逼近摩擦及干扰力矩,设置状态观测器获取由于... 详细信息

井下的多种干扰因素为旋转导向系统稳定平台的控制器设计增加了复杂性。为了应对未知摩擦力矩和建模误差对稳定平台的不良影响,提出一种自适应神经网络动态面控制方法,该方法使用RBF神经网络逼近摩擦及干扰力矩,设置状态观测器获取由于相关参数不确定导致的建模误差,并引入动态面方法避免传统反步控制带来的“微分爆炸”,最后使用李雅普诺夫法证明系统的稳定性。结果表明,该控制方法在稳定平台模型存在摩擦力矩、未知干扰和建模误差的情况下,仍能使工具面角准确、快速地跟踪输入指令信号,具有较好的自适应性和鲁棒性。

关键词：旋转导向系统稳定平台动态面控制 RBF神经网络状态观测器

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旋转导向系统及其控制方法研究进展

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煤田地质与勘探 2023年第10期51卷 167-179页

作者：黎伟牟磊周贤成谭先辉付权西南石油大学机电工程学院四川成都610500 石油天然气装备教育部重点实验室四川成都610500

旋转导向系统是定向钻井技术中一颗璀璨的明珠,是实现油气资源低成本、高效开发的重要技术手段。首先阐述了旋转导向系统的基本结构,根据不同的导向方式和偏置效果可分为静态推靠式、动态推靠式、静态指向式、动态指向式、混合式五大类... 详细信息

旋转导向系统是定向钻井技术中一颗璀璨的明珠,是实现油气资源低成本、高效开发的重要技术手段。首先阐述了旋转导向系统的基本结构,根据不同的导向方式和偏置效果可分为静态推靠式、动态推靠式、静态指向式、动态指向式、混合式五大类,并逐一分析其定向原理;其次根据国内外旋转导向系统技术研究及应用情况,系统分析了推靠式、指向式、混合式的发展现状,归纳分析了不同技术的优缺点;同时从现代控制、智能控制、复合控制3个方向梳理总结了旋转导向控制系统控制策略的基本情况进展;最后,讨论了我国未来旋转导向技术的发展方向和控制系统设计所面临的难点问题以及解决思路。指出:(1)我国应该完善现有的推靠式和指向式系统,提升系统造斜率、稳定性、自动化和智能化程度,开展导向技术、双向通信、井下闭环控制等配套技术的研究,进一步提升系统的工业化应用能力。(2)开展混合式旋转导向系统地面监控、双向通讯、随钻测量和井底钻具组合四大子系统的理论研究。(3)针对钻井环境多样化、控制能力精细化和控制需求智能化等诸多挑战,提出今后控制技术研究应重点关注3个方向:多种控制方法的综合应用、对复杂环境和未知挑战的自适应容错能力、基于智能技术的决策/控制一体化。本研究为我国未来旋转导向系统的研制和完善提供有益的参考;对控制系统而言则在多种控制方法综合发展基础上结合人工智能技术,形成一套能够有效应对未来挑战的控制策略。

关键词：旋转导向系统导向原理 RSS控制方法非线性控制智能控制

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旋转导向系统研究现状与发展趋势

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钻采工艺 2024年第3期47卷 1-8页

作者：苏义脑窦修荣高文凯彭烈新张磊刘珂奚筱宛中国石油集团工程技术研究院有限公司油气钻完井技术国家工程研究中心

井眼轨道控制技术是石油钻井工程成套技术中的关键环节,旋转导向系统可在钻柱旋转钻进过程中根据地质和工程目标实时调整井眼轨迹,有效提高井眼轨道控制精度和钻进效率,进一步把钻井技术推向自动化、信息化的新阶段。国外历经近30年发展... 详细信息

井眼轨道控制技术是石油钻井工程成套技术中的关键环节,旋转导向系统可在钻柱旋转钻进过程中根据地质和工程目标实时调整井眼轨迹,有效提高井眼轨道控制精度和钻进效率,进一步把钻井技术推向自动化、信息化的新阶段。国外历经近30年发展,已形成种类齐全化、功能多样化和尺寸系列化的旋转导向系统产品。文章通过对旋转导向系统的发展过程进行简单回顾和总结,特别是在对当前实现商业化应用的各种旋转导向产品性能特点分析、技术现状对比的基础上,提出推动我国旋转导向系统发展建议,以便于正确认识当前的技术现状、展望未来发展趋势和把握研究方向,为我国油气资源安全高效开发提供有力的工程技术支撑。

关键词：旋转导向系统推靠式指向式混合式钻头导向

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旋转导向系统底部钻具组合力学计算新方法

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力学季刊 2022年第3期43卷 670-680页

作者：王鹏唐博吉进元冯定长江大学机械工程学院湖北荆州434023 湖北省油气钻完井工具工程技术研究中心湖北荆州434023 四机赛瓦石油钻采设备有限公司湖北荆州434023

底部钻具组合(Bottom Hole Assembly,BHA)的力学计算是进行旋转导向系统钻具组合设计和井眼轨迹控制的基础.本文在纵横弯曲法、加权余量法和有限元法的基础上,提出了一种基于管柱单元组合的BHA力学求解方法.该方法以保持微分方程特解相... 详细信息

底部钻具组合(Bottom Hole Assembly,BHA)的力学计算是进行旋转导向系统钻具组合设计和井眼轨迹控制的基础.本文在纵横弯曲法、加权余量法和有限元法的基础上,提出了一种基于管柱单元组合的BHA力学求解方法.该方法以保持微分方程特解相同的条件作为管柱单元划分依据,对底部钻具组合进行单元划分;将管柱单元的挠曲线通解替代传统加权余量法的试函数,结合单元节点类型和组合关系,构建出包含边界条件和通解系数的线性方程组.对于边界条件未知问题,以支点反力符号条件为约束条件,以挠曲线越界程度、切点处弯矩平衡条件为目标函数,建立了以边界条件未知量为变量的多目标优化数学模型.应用多目标优化算法求解出边界变量,进而得出通解系数;最后,得出管柱单元内各点位移和载荷.以推靠式旋转导向系统BHA力学计算为案例,对比本文方法与加权余量法的计算结果,发现两者计算结果相差较小,表明本文方法可用于旋转导向系统底部钻具组合的力学计算.

关键词：管柱力学旋转导向系统底部钻具组合管柱单元多目标优化

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旋转导向系统的有源前端整流器研究

旋转导向系统的有源前端整流器研究

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作者：程李浩西安石油大学

学位级别：硕士

随着旋转导向技术的更新迭代,旋转导向工具的功能愈发强大,井下地质参数测量、导向控制电子仓及数据通信越来越复杂,这对井下供电系统的电压稳定输出和功率因数提出了更大的挑战。旋转导向系统中采用无源二极管整流器存在以下问题:(1)... 详细信息

随着旋转导向技术的更新迭代,旋转导向工具的功能愈发强大,井下地质参数测量、导向控制电子仓及数据通信越来越复杂,这对井下供电系统的电压稳定输出和功率因数提出了更大的挑战。旋转导向系统中采用无源二极管整流器存在以下问题:(1)泥浆排量变化和高动态事件下导致交流端电压波动大;(2)直流总线电压变化范围大增加了下游器件的选型和电路设计的复杂性;(3)谐波产生的电磁干扰影响导向控制电子仓的正常工作;(4)功率因数低产生的附加损耗缩短工具的使用寿命。为解决以上问题,本文提出利用有源前端整流器替代无源二极管整流器,实现输入电流谐波抑制、功率因数提高及总线电压的稳定控制等。本文通过对旋转导向系统的发电整流技术、电子器件选型、功率管理、系统组成及实际工况等研究分析,设计了旋转导向工具的有源整流系统。首先,对随钻涡轮发电机和有源前端整流器进行了理论分析。其次,为保证有源前端整流器输入交流源的准确性,在对实际的随钻涡轮发电机的参数进行测量和计算的基础上,建立了随钻涡轮发电机Simulink模型,并对仿真模型和实际样机的输出进行对比性能测试。再次,以旋转导向系统的实际工作需求为着力点,提出了有源前端整流器的设计参数。同时,在Simulink中设计了旋转导向系统的有源前端整流器仿真模型,测试分析了仿真模型的静态和动态性能。最后,设计了有源前端整流器系统并搭建了实验室测试平台,测试验证了有源前端整流器的性能。结果表明,无论在静态还是动态测试条件下,有源前端整流器的控制系统启动迅速,直流总线电压稳定控制且达到期望电压值400V。系统稳态运行时,具有良好的鲁棒性,直流总线电压无稳态误差,发电机端电流谐波含量低且电流波形正弦化,电流总谐波失真系数THD<5%,系统整体处于高功率因数运行状态,功率因数PF>90%,各项参数符合设计指标。本课题完成了旋转导向系统的有源前端整流器研究,实现了有源整流技术的应用场景创新,预期达到在泥浆排量变化和高动态事件下直流总线电压的闭环主动管理、发电机端电流的谐波抑制及功率因数的提高等,对旋转导向系统发电利用率的提升、导向控制电子仓的电路设计与器件选型的简化、导向电机控制精度的提高具有重要意义,使得整个旋转导向系统更加高效紧凑、协调统一。

关键词：旋转导向系统随钻涡轮发电机有源前端整流器功率因数校正

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旋转导向系统电机的自适应PID控制研究

旋转导向系统电机的自适应PID控制研究

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作者：岳家龙西安石油大学

学位级别：硕士

旋转导向系统是我国非常规油气资源开发的亟需工具,该系统主要包括发电模块、测量模块和执行机构。项目中所研究的旋转导向系统以永磁同步电机作为其执行机构,因此电机控制性能至关重要。但是,旋转导向系统目前所使用的电机控制算法存... 详细信息

旋转导向系统是我国非常规油气资源开发的亟需工具,该系统主要包括发电模块、测量模块和执行机构。项目中所研究的旋转导向系统以永磁同步电机作为其执行机构,因此电机控制性能至关重要。但是,旋转导向系统目前所使用的电机控制算法存在以下两个挑战:(1)井下温度变化范围大(),容易导致电机的电气参数发生变化;(2)旋转导向工具需要在现场配备不同型号和不同尺寸的钻头,导致电机转动惯量的变化。由于以上两个问题的影响,会导致电机控制性能下降,降低了旋转导向的系统性能。因此,提出了旋转导向系统电机的自适应PID控制算法,实时辨识电气参数和转动惯量,调整电机控制环路中的PID参数。本文以TMS320F28069信号处理器(DSP)作为主控器,搭建了具有自适应PID控制算法的电机控制系统。首先,从理论方面介绍了电机参数辨识算法和自适应PID控制算法。其次,根据电机参数辨识算法和自适应PID控制算法,搭建相应的Simulink仿真模型,从仿真角度验证算法的可行性。然后,完成了具有电机参数辨识和自适应PID控制算法的电机控制系统搭建。最后,通过所搭建的电机控制系统,在不同的电气参数、转动惯量、负载扭矩和定子温度情况下,对电机的参数辨识精度、动态跟随性能和动态抗扰性能进行实验验证。实验结果表明,在不同的电气参数和转动惯量情况下,电机参数辨识的相对误差均小于5%。并且在不同的环境温度下,通过改变电机的转动惯量,电机反馈速度的超调量均小于5%,上升时间均小于40ms,稳定时间均小于50ms。在电机运行过程中突变负载扭矩,电机反馈速度的动态变化均小于20RPM,恢复时间均小于3s,各项参数均满足参数辨识和控制指标。本文通过理论研究、建模仿真、系统实现和实验验证,完成了旋转导向系统电机的自适应PID控制研究,实现了电机参数辨识和自适应PID控制算法的应用场景创新,预期达到当电机参数发生变化或者更换钻头时无需地面技术人员重新调整PID参数,该系统即可根据电机参数自适应控制性能较好的PID参数。

关键词：旋转导向系统永磁同步电机控制自适应PID 电气参数和惯量辨识

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旋转导向系统PDC钻头设计

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中国石油和化工标准与质量 2024年第9期44卷 109-110,113页

作者：张军锋范永涛孙衍朱瑞明王亮王辉辉中国石油集团测井有限公司测井技术研究院北京100201 中国石油集团测井有限公司吉林分公司吉林松原138000

在使用PDC钻头配合旋转导向造斜时,保径的斜角大小对造斜能力影响极大;钻头斜角越大,造斜能力会越强,但同时降斜也很强,出现造斜不稳定,难以实现总的高造斜能力;采用力平衡布齿,微螺旋刀翼设计,使钻头在井底工作更加平稳。合理的PDC钻... 详细信息

在使用PDC钻头配合旋转导向造斜时,保径的斜角大小对造斜能力影响极大;钻头斜角越大,造斜能力会越强,但同时降斜也很强,出现造斜不稳定,难以实现总的高造斜能力;采用力平衡布齿,微螺旋刀翼设计,使钻头在井底工作更加平稳。合理的PDC钻头设计可以提高旋转导向仪器的机械钻速并提高进尺,降低钻头的震动及磨损,并获得很好的仪器造斜能力。

关键词：旋转导向系统 PDC钻头设计造斜能力

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旋转导向系统现状及关键技术分析

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科学技术与工程 2021年第6期21卷 2123-2131页

作者：宋红喜曾义金张卫米金泰黄中伟中国石化石油工程技术研究院北京100101 页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室北京100101 中国石油大学(北京)石油工程学院北京102249

旋转导向系统是一种具有高科技含量自动化钻井新技术,对石油天然气钻井提高井眼轨迹精确度和钻进能力、降低钻柱摩阻等方面具有重要作用。针对当前旋转导向系统研究的热点和问题,总结分析了中外旋转导向背景意义、技术组合、工作原理和... 详细信息

旋转导向系统是一种具有高科技含量自动化钻井新技术,对石油天然气钻井提高井眼轨迹精确度和钻进能力、降低钻柱摩阻等方面具有重要作用。针对当前旋转导向系统研究的热点和问题,总结分析了中外旋转导向背景意义、技术组合、工作原理和发展水平等,并对典型旋转导向系统重点做了详细阐述,具体阐明了推靠式旋转导向技术的难点和关键点。为了获得在钻井领域对未来技术制高点的掌控,最后对旋转导向系统进一步的实际工程价值和技术趋势做了展望和分析,将对开发旋转导向系统和研究方向具有切实的指导意义。

关键词：旋转导向系统石油钻井导向原理传输控制电路设计

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钻井旋转导向系统保险产品的改进创新设计——基于四川页岩气开发实践问题分析

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保险理论与实践 2024年第4期 30-42页

作者：邓宁战音明电子科技大学经济与管理学院昆仑保险经纪股份有限公司四川分公司

在四川页岩气开发中,旋转导向系统因其先进的实时测量和导向功能被广泛应用于水平井的钻井工程,但钻进时容易发生卡钻事故,导致旋转导向系统被卡落在井下,造成重大经济损失。已有尝试通过投保石油天然气钻井设备一切险来转移风险,但制... 详细信息

在四川页岩气开发中,旋转导向系统因其先进的实时测量和导向功能被广泛应用于水平井的钻井工程,但钻进时容易发生卡钻事故,导致旋转导向系统被卡落在井下,造成重大经济损失。已有尝试通过投保石油天然气钻井设备一切险来转移风险,但制式产品本身的缺陷以及保险公司对高技术风险认识不足,导致出险后发生较多的理赔纠纷;同时,保险公司处于严重亏损状态,进而停止对此项特殊风险业务的承保。这导致大部分旋转导向系统井下作业时无保险保障,油气行业相关方自身承担较高的经济损失风险,降低其参与页岩气开发的积极性。本文运用特殊风险保险原理,结合石油与天然气钻井设备一切险、井喷费用控制保险的实务经验,从投保问卷、保险条款、承保结构、统筹管理、产品定价五个方面对原有保险产品进行改进创新设计,提出一套总体解决方案供保险公司和行业相关方参考,旨在突破当前旋转导向系统保险无法稳定运行的困境。

关键词：旋转导向系统页岩气保险产品特殊风险

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