对自动垂直钻井工具导向液压系统建模仿真

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1、2010年10月机床与液压0ct．20l0第38卷第19期MACHINET0OL&HYDRAULICSVo1．38No．19DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2010．19．023自动垂直钻井工具导向液压系统建模仿真张雪梅，何磊，陈新元(武汉科技大学冶金装备及其控制省部共建教育部重点实验室，湖北武汉430081)摘要：自动垂直钻井工具可实现井下主动纠斜，保持井壁垂直。为了保证纠斜成功，要求液压导向机构的纠斜油缸所产生的导向力在井下恶劣工况下能可靠工作。在建立液压系统数学模型的基础上，采用Matlab／Simulink仿真软件建立液

2、压导向系统的仿真模型并仿真研究系统压力的动态响应特性。结果表明该系统能够提供稳定的导向力，可满足纠斜要求。并通过实验验证系统仿真的正确性。关键词：自动垂直钻井工具；液压导向系统；Matlab／Simulink中图分类号：N945113；TP271+131文献标识码：A文章编号：1001—3881(2010)19—083—3ModelingandSimulationonHydraulicSteeringSystemofVerticalDrillingToolZHANGXuemei．HELei．CHENXinyuan(EducationMinistryKey

3、LaboratoryofMetallurgicalEquipmentandControl，WuhanUniversityofScienceandTechnology，WuhanHubei430081，China)Abstract：Automaticverticaldrillingtoolcancorrectwelldeviationautomaticallyandmaintainaverticalwel1．InordertoensuretheSuccessofwelldeviationcorrection，thesteeringforcegenerate

4、dbythesteeringcylinderisrequestedtobereliableinbadworkconditions．Basedonthemathematicalmodelofhydraulicsystem，Matlab／Simulinkwasusedtosimulatethehydraulicsystemandthepressureresponsecharacteristicsofthesystemwerestudied．Theresultsshowthatthesystemcanprovideastablesteeringforcetom

5、eetthewelldeviationcorrectingrequirements．Theexperimentalstudyonthehydraulicsteeringsystemshowsthevalidityofthesys—tensimulation．Keywords：Automaticverticaldrillingtool；Hydraulicsteeringsystem；Matlab／Simulink驱动和在中国，石油开采和石油化工产业已成为国民偏斜方向相反的导向集中导向部分经济的主要支柱产业。然而在西部发现的大量油力，使井眼轨迹逐渐恢复气资源

6、大都处于高陡构造地层，油气开采遇到了严到正确方向；当井眼轨迹偏重的井斜问题。目前国内已出现的防斜、纠斜技术斜量在正常范围内时，全部导向机尚不能从根本上解决直井井斜的问题，也不能满足导向液压缸活塞处于收缩高陡构造、深井等复杂情况下钻直井的需要。国外状态，不与井壁接触，不起经验表明，采用自动垂直钻井技术是最有效的方法导向作用。从旋转的钻杆上剖视图之一-4]。自动垂直钻井工具的导向集中力主要通提取机械能，再由柱塞式泵过液压导向系统来提供，纠斜过程中要求液压系统转化为液压能驱动导向液能产生稳定可靠的导向集中力。作者利用Matlab／图1自动垂直钻压缸活塞，形成导

7、向动力。井工具结构Simulink工具建立导向液压系统的仿真模型，对系其自动闭环控制原理如图2统压力进行分析。所示。1自动垂直钻井工具工作原理自动垂直钻井工具结构如图1所示，其导向控制基本思想是：当井眼轨迹偏斜量超过设定值后，在浮L—I————————双轴重力加速度计卜卜—————————动导向套上的一个或两个导向液压缸活塞伸出支撑井图2自动垂直钻井工具闭环控制系统框图壁，产生相应推力，在近钻头处形成一个与井眼实际收稿日期：2009—09—22基金项目：湖北省自然科学基金资助项目(2007ABA070、2007ABA271)；湖北省教育厅青年科学基金资助

8、项目(Q200611003)；武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室开放基