大位移水平井井下牵引器无线通信及控制系统研究
大位移水平井与普通井相比具有更高的油气开采率与更大的综合收益，但也普遍存在着管柱下入以及井下作业仪器输送困难、机械钻速低等问题。井下牵引器可有效解决大部分井下作业装备或设施仅仅依靠重力运输无法到达指定位置的难题。然而井下牵引器控制系统精度与通信系统可靠性不仅决定是否可以实现快速、精确的控制目标，还制约了现有牵引器的应用与连续油管的延伸。因此有必要对井下牵引器控制与通信系统展开研究。 本文首先设计了井下牵引器控制与通信系统总体方案，基于伸缩缸输出模型对井下牵引器的运动机理进行深入研究，提出了以流量与压力为变量，阀芯位移为输出的井下牵引器控制系统模型。基于井下牵引器数学模型，利用MATLAB/Simulink分别建立了PID、模糊PID、模糊神经网络PID控制器对井下牵引器进行控制，仿真结果表明模糊神经网络PID控制器具有更好的静态与动态响应能力，与模糊PID控制器相比，上升时间降低0.7s、调节时间减少0.6s、峰值为8kPa、超调量为0kPa，参数调节超调量减少60％、调节时间减少30％。基于不归零编码与负脉冲下传方式，设计了通信系统编码方案，并利用CFX，考察不同立管参数、不同工作液密度以及不同工作液流量对于井下牵引器系统压力波动比例系数的影响，分析结果表明114.3mm立管、流量35L/s、工作液密度1.0 g/cm3下压力波动比例系数最高为0.85; 73.03mm立管、流量20L/s、工作液密度1.8g/cm3下压力波动比例系数最低为0.60。 研究结果表明:针对井下牵引器，模糊神经网络PID控制器具有更好的动态与静态性能，稳定性更高，参数收敛能力更强，在调节速度与误差控制方面具有更高的优越性;工作液脉冲压力波动比例系数随立管外径增大而增大、随工作液流量增大而增大、随工作液密度减小而增大，其中同一管径下，流量对工作液压力波动比例系数影响最大。本文研究可为井下牵引器及类似井下仪器研制参考，也为井下装置通信系统的研究参考。
大位移水平井;井下牵引器;无线通信;控制系统
西安石油大学
硕士
机械电子工程
窦益华
2022
中文
TE931.2
2023-05-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）