(?)2-3/8连续油管防喷器控制系统设计及性能研究

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防喷器是在钻井作业中防止井喷发生的一种关键井控设备。目前应用于现场的防喷器控制系统大多存在自动化程度低、操作繁琐、可靠性不高等不足,且随着连续油管凭借其可带压作业、对地层伤害小、占地空间小等优点在石油天然气开采项目中应用越来越广泛,但是针对连续油管的防喷器控制系统的相关研究并不多。故本文针对连续油管防喷器控制系统开展了相关研究。本文采用随钻环空压力检测和泥浆池液位检测技术实时监测是否发生溢流及井喷现象。采用STM32作为控制器,在Lab VIEW中搭建上位机监控及操作系统,上位机与控制器之间采用TCP/IP通信协议,完成了控制系统中电路及程序设计。为防止由于控制器故障导致系统瘫痪,控制系统采用双冗余热备份结构,在主控制器出现故障时,从控制器即可代替主控制器工作。其中,主从控制器采用解析式故障检测算法实现故障检测,提高控制系统可靠性。由于机械损伤是影响连续油管寿命的一个重要因素,且连续油管管壁较薄。为防止四闸板防喷器中半封闸板和悬挂闸板工作时对连续油管产生不良影响,故在电磁减压阀的压力调节中加入模糊PID控制,提高压力控制精度,使输出压力快速达到稳态输出。通过MATLAB-Simulink对基于模糊PID控制和传统PID控制的电磁减压阀数学模型进行仿真分析。仿真结果表明:采用模糊PID控制的电磁减压阀没有超调量和“平顶”现象,并且响应速度更快、抗干扰性更强。采用AMESim对液压系统主要元件以及整体系统进行建模分析,根据开环液压系统仿真曲线分析可得:液压系统响应性能良好,闸板防喷器能在API规定时间内关闭,但是输出压力波动幅度较大。通过AMESim-Simulink联合仿真在开环液压系统中加入模糊PID控制构成闭环液压系统。根据仿真曲线可以得知:电磁减压阀输出压力输出波动幅度明显变小,并且闸板完全关闭所需时间更短,提高了液压系统的压力稳态输出性能和快速响应性能。
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