自动垂直钻井平台测控系统设计与实现

admin · 发表于 2022-8-24 15:51:32

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自动垂直钻井技术研究是石油工业领域的前沿课题，该项技术通过井下捷联稳定平台实现钻进过程中的主动防斜、纠斜功能，以解决高陡构造地层及深井的垂直钻探题目。基于该研究成立的国家863课题“自动垂直钻井系统的研制”现已进入二期“捷联式自动垂直钻井系统工程样机研制”阶段。采用多DSP处理器构架的测控系统是自动垂直钻井平台的核心测量和控制单元，本文在前期经验总结及大量实际井下数据分析的基础上，对测控系统中数据采集及处理模块和伺服控制模块的软、硬件进行了重新设计，并针对井下负载特性，设计实现了基于空间矢量算法的永磁同步电机控制方案，提高了自动垂直钻井平台的井斜控制精度。数据采集及处理模块采用高分辨率多通道并行的数据采集方案，实时处理采集到的原始数据，解算钻铤的井斜、工具面及方位等姿态信息，并通过CAN总线将解算结果发送到自动垂直钻井平台上的伺服控制模块。在数据处理中本文采用了DSP2812 Q格式算法，在优化系统实时性的同时提高了姿态数据的解算精度。另外，本文设计了大容量井下数据存储和管理系统，为系统性能优化提供了大量原始数据。在大量实际测量数据分析的基础上，结合井下伺服电机特性，本文设计了基于空间矢量控制策略的永磁同步电机伺服控制方案，替代了原有的直流无刷电机方波控制方式，并对伺服控制模块的硬件电路进行了重新设计，解决了电动机在实际变化负载条件下平稳控制的题目。针对井下高电压、大电流的复杂电磁工作环境，本文对测控系统硬件电路的进行了优化设计，改善电磁兼容特性，有效提高了系统的稳定性。目前，自动垂直钻井系统已完成实验室联合测试、高温可靠性测试，满足各项性能指标。两套工程样机已完成现场的下井实验，防斜纠斜效果明显,为下一步的产业化工程提供了必要的理论基础和技术支撑。

自动垂直钻井平台测控系统设计与实现

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