中垂线遗传融合算法研究

为改善遗传算法的局部寻优性能和收敛速度,提出了一种将遗传算法和中垂线相算法结合的融合算法——中垂线遗传算法。中垂线遗传算法以遗传算法进行全局搜索,再以中垂线算法进行局部搜索。并将中垂线算法中的单一种群分化为双种群,将双种群中的优秀个体进行耦合交叉和变异,提升改进算法的全局搜索能力和跳出局部最优的能力。仿真实验讨论了算法转换系数的变化对改进算法性能的影响。通过与6个算法的对比实验,证明改进的中垂线遗传算法解决了传统遗传算法收敛速度慢和局部寻优能力弱的问题。并且与主流优化算法和其他遗传融合算法相比,改进的算法性能更加优越。最后,利用改进算法处理了三杆桁架的设计问题。结果表明:中垂线遗传算法在处理实际问题时具有可行性。

连续管防喷器检测装置的设计与应用

防喷器作为连续管作业中重要的安全设备,其结构性能直接影响现场安全。为检测防喷器性能,设计了一种新型的防喷器检测装置。经过试验表明:该装置实现了防喷器快速安装,提高了检测的安全性,并且能调节施加载荷的大小,适用于不同型号防喷器检测需求,实验数据精确度高。

连续管滚筒排管液压离合器的研制与应用

现有连续管作业机滚筒排管机构超越摩擦离合器的摩擦片容易磨损,经常需要人工调节离合器上的压紧螺母以恢复摩擦片上的接触压力,但现场调节很不方便,增大了作业的危险性。为此,研制了连续管滚筒排管液压离合器。该离合器采用两段式设计,其设计尺寸与原中间轴总成可完全互换;可实现离合器的整体润滑,延长离合器摩擦片和轴承的使用寿命;整个排管系统采用液压操作,互锁控制,响应速度快,运行安全可靠,既可减轻操作人员的劳动强度,又可提高现场作业安全性;由多块摩擦片共同传递力矩,减小了单块摩擦片的受力,手动排管时摩擦片之间无接触压力,不会产生滑动摩擦作用,大大延长了摩擦片的寿命。现场试验及应用结果表明,连续管滚筒排管液压离合器控制方便,传递力矩大,运行平稳可靠,满足连续管滚筒排管要求。

LG450/50型深井连续管作业机研制

为了满足深井测井、酸化压裂、钻磨桥塞、射孔等作业工艺的要求,以及国内页岩气开发需要,提高连续管深井作业工艺水平,研制了适应深井作业的LG450/50型连续管作业机。该作业机为车橇式结构,采用主辅车布置方式,配置独立操作橇,大提升力注入头(最大提升力450kN),大容量连续管滚筒和自主研发的数据采集系统。整机具有底盘越野性能强,操作系统集成化程度高,滚筒容量大,注入头提升力大,作业安全可靠等优点。应用结果表明,整机操控性能良好,运行安全平稳,各项性能指标达到设计要求,满足连续管深井作业要求。

连续管起出报警装置的改进设计

连续管入井深度受到测量装置的精度、连续管变形等因素的影响。特别是连续管累计起下行程越大时,其误差可能就越大,导致连续管起出井口时,操作人员无法准确判断其实际位置,易将连续管抽离防喷盒或携带的工具掉落井中。目前,有一种连续管起出报警装置在少数油田使用,但技术还不成熟,使用过程中存在滚轮偏磨、误报警、漏报警、控制电路不稳定等问题。针对现有装置,进行了滚轮总成、传感器总成、推杆总成和电路系统的改进设计。应用表明,改进后的连续管起出报警装置安装操作简单、灵敏度高、运行稳定可靠、无误报警、漏报警的情况发生,提高了连续管井下作业的安全性。

一体化连续管作业机在萨北油田的应用

针对萨北油田的特点,开发了一种安装简单、快速、安全、成本低的一体化连续管作业机。试验结果表明,基于一体化连续管作业机的快速作业技术具有成本低、效率高、安全、环保等优势,是解决萨北油田单井作业频繁、作业量大和队伍短缺的有效途径。

多策略融合的改进樽海鞘群算法

为解决传统樽海鞘群算法(SSA)收敛精度低、难以跳出局部最优等问题,提出了一种多策略融合的改进樽海鞘群算法(ISSA)。首先,提出了一种新的融合中垂线算法收敛策略的追随者位置更新方法,以解决传统SSA追随者位置更新方法的不足;为提升SSA跳出局部最优的能力,提出一种基于中垂线算法收敛策略的自扰动策略。其次,通过分析传统SSA领导者位置更新策略存在的不足,提出了一种新的领导者位置更新策略,并针对SSA的固定种群顺序,提出了以适应度为指标重构樽海鞘群体排列顺序的方法以提升算法性能。最后以仿真实验对ISSA的性能进行了验证,结果表明ISSA解决了SSA收敛精度低和难以跳出局部最优的问题,提升了SSA的收敛速度和稳定性。通过与其他改进SSA的对比实验,证明了ISSA的优越性。

连续管作业机软管滚筒制动装置设计

为了解决连续管作业机实际运输过程中滚筒在较差路况下出现晃动的问题,在充分考虑滚筒空间有限的情况下,提出了结构简单的液压控制制动装置,并在该制动结构的基础上进行了强度分析和疲劳寿命分析。分析结果显示:在液压缸施加21 kN推力的情况下,未简化的结构最大等效应力为233.5 MPa,经过简化的结构最大等效应力为62.89 MPa,满足选取材料强度的要求。疲劳寿命分析表明,制动结构的疲劳寿命在107次以上,安全性较高。

H型运动平台的时变非奇异快速终端滑模控制

针对以伺服电机和滚珠丝杠作为传动机构的H型运动平台系统位移跟踪控制存在的难点,设计了一种基于时变非奇异快速终端滑模控制器的控制方案。在滑模控制器设计阶段,提出一种新的滑模面幂指数时变方法,以加快系统状态的收敛速度;针对H型运动平台Y向两轴位移同步误差的控制问题,运用同步误差和单轴误差相结合作为控制器输入的方式减小了两轴位移误差。以仿真实验验证了提出的时变幂指数方法可提升系统状态的收敛速度,证明了相较于PID控制和一种滑模PID控制方式,采用本文提出的时变非奇异快速终端滑模控制方案后,H型运动平台单轴运动误差和双轴同步误差更小、误差波动幅度更小。

基于ISSA-FastSLAM的移动机器人定位与建图

针对传统FastSLAM算法需要大量粒子提高SLAM精度以及多样性缺失的问题,提出了一种基于改进SSA(麻雀算法)优化的FastSLAM算法。首先,在预测粒子集时加入机器人最新时刻的观测信息并通过改进SSA计算粒子适应度值,为避免SSA陷进局部最优,将计算结果较差的粒子进行混沌初始化;其次,通过改进SSA分工协作、扩大搜索空间的特性更新预测粒子集,增加粒子多样性;最后,当最优个体更新位置时依据变异率进行变异操作,根据改进SSA获取的最优解调整粒子集的提议分布,使预测粒子集在权重计算前就更逼近机器人真实位置,以此提高估计精度。仿真实验结果表明,ISSA-FastSLAM算法较FastSLAM、SSA-FastSLAM算法相比,其位姿与路标估计精度更高且鲁棒性更佳。

连续管注入头驱动液路系统设计及优化

为了满足各种连续管作业工艺的控制要求,适应探井底、解卡等特殊施工的需要,防止误操作,提高处理紧急事故的能力,开展了连续管注入头驱动液路系统研究,进行了负载反馈控制模块和双刹车控制系统设计,并通过试验完成了液路系统的优化改进。现场应用结果表明,所设计的液路系统满足连续管作业的多种控制要求,具备处理突发事故的能力,可有效防止误操作,而且操作简单、安全可靠,有效保证了连续管作业时的安全施工。

井下连续管力学行为分析软件及应用

连续管技术已广泛应用于多种井下作业,但因其在井下受力复杂,经常会出现断裂、卡堵等井下事故。为此,基于不同井眼轨迹中连续管的受力特点,运用现代力学理论及方法,结合其具体的作业工况,开发了井下连续管力学行为分析软件,并运用软件对连续管井下作业进行了实例分析计算。分析结果可用于指导连续管作业施工方案的设计、连续管注入头改进设计以及连续管井下安全性评价等,对于提高作业施工质量,减少作业事故,降低施工成本都具有现实意义。

LG360/60F车橇式连续管作业机的研制

LG360/60F车橇式连续管作业机是针对青海油田恶劣的自然环境和作业工况而专门研制的,整机底盘车越野能力强,采取不沉式底盘设计,重心较低,运行平稳,可靠性高。车上安装有可液压升降的控制室、下沉式可快换的连续管滚筒、动力及液压源系统及3个软管滚筒;顶吊式橇座,在运输时安装固定注入头、导向器、防喷系统及辅件等部件。它能够在干燥环境和风沙气候条件下连续作业。现场应用情况表明,该作业机在作业中,低速挡最大走管速度达到22m/min,下井深度1 452 m,设备运行与控制正常,达到了设计标准。

连续管井下作业摩阻计算分析

在综合分析现场3种摩阻计算模型优缺点的基础上,提出软模型是计算连续管作业摩阻的最优模型。根据连续管作业的特点,考虑到井眼轨迹中曲率和方位的变化,建立了连续管单元几何力学模型。分析了连续管单元的受力情况,给出了连续管摩阻的计算模型。进一步探讨了发生屈曲时连续管的受力情况,最终建立了三维井眼中连续管井下作业摩阻计算模型。结合中海油湛江DF1-1气田A1h井数据,对连续管井下作业轴向载荷和注入头载荷进行了预测,为连续管技术的应用提供理论基础。

川渝地区页岩气专用连续管作业机的研制

现有的连续管作业机中,超过?50.8 mm-5 000 m的作业机均为拖装结构,受山区多陡坡、急转弯等道路条件限制,底盘动力和转弯半径等不满足要求;同时,研制的?50.8 mm-6000 m连续管作业机作业时须两车并排放置,操作员只能依靠摄像头监测滚筒排管情况,不符合作业习惯。为此,研制了两车一橇结构的车载式连续管作业机。该作业机采用主车+辅车+操作橇的结构形式,将控制室、控制室软管滚筒和发电机等部件安装在一个可升降的运输橇中,形成操作橇,作业机主车底盘安装连续管滚筒处采用框架式结构,可实现滚筒下沉1.05 m,确保滚筒具有?50.8 mm-6 000 m连续管的缠绕能力。现场应用结果表明,该作业机可实现通井作业,最大下井深度达5 075 m,满足川渝地区页岩气井的各类作业要求。

φ60.3mm连续管导入装置的研制与应用

针对连续管作业机相关配套工具不齐全,仅靠人力难以将直径50.8 mm以上的大管径连续管导入注入头等问题,研制了φ60.3 mm连续管导入装置。该装置主要由串联于牵引钢丝绳上的卡瓦式连接头、锁紧套、浮动套和导引头等组成,主体与连续管的等径匹配,使得导入装置不需借助外部动力,即可将连续管顺利导入注入头。现场10余次的应用表明,φ60.3 mm连续管导入装置使导入时间从过去的2 h缩短到40 min,操作人员从过去的5人减少到2人。

海洋模块化小直径管排水采气装置的研制

目前海上气田都已有出水或出黑油的气井,有些出水气井甚至出现井底积液,从而引起气井停喷,严重影响气井产量和采收率。鉴于此,研制了海洋模块化小直径管排水采气装置。该装置设计时考虑了质量和吊升因素,按功能分成3个橇装模块,整机结构性能好,便于平台安装和运输吊装,整体达到船级社国家二级防爆等级,防喷系统耐压等级与采气树等级一致,动、静密封结合,可满足海上所有气井压力等级要求。通过3口井的应用,已形成了气井排液采气新工艺、注氮气气举工艺和注邻井天然气排液复产工艺,实现了小直径管排水采气装置在自升式和半潜式钻井及生产平台的应用。

连续管注入头检验方法研究

注入头是连续管作业机的核心部件,也是现场统计作业机故障率最高的部件之一。根据注入头的设计指标,需满足驱动轴、被动轴、张紧缸、夹紧缸、防喷盒等动作单元的同轴度、直线度、平面度、平行度等形位公差。为满足设计要求和现场作业需求,提出了注入头检验方法,并根据此方法设计了检验工装。实际应用结果表明,提出的注入头检验方法提高了加工和组装效率,保证了注入头产品质量,有效地降低了连续管作业机的故障率。

多策略融合的改进万有引力搜索算法

为解决传统万有引力搜索算法(GSA)易陷入局部最优和开发能力弱等问题,提出了一种多策略融合的改进万有引力搜索算法(MFGSA)。首先,提出动态调整引力常数G的更新策略,以增强算法的探索能力和收敛精度;其次,为保留粒子的多样性,提出了基于对称思想的粒子越界处理策略,以提高算法的收敛精度;为适应前两个策略,还引入精英思想,用最优粒子改善最差粒子位置策略,以避免算法陷入局部最优;同时,提出了自适应因子更新粒子速度和位置策略,以提高算法的收敛速度。为验证改进算法的性能,将改进算法与传统万有引力搜索算法和其他四种改进万有引力搜索算法在10个基准函数上进行了对比实验,结果表明MFGSA在收敛速度、搜索精度方面优势较大,表明MFGSA性能的优越性。

论域非原点对称的等效变论域模糊PID控制

传统变论域模糊PID控制器需对模糊控制器内部的论域进行伸缩,设计复杂度高,实现难度大。为解决该问题,文章提出不改变模糊控制器内部的论域,只改变模糊控制器的输入输出进而达到等效变论域效果的控制策略。同时针对目前论域伸缩的方法仅适用于原点对称论域的局限性,提出一种非原点对称论域内变量伸缩后位置的确定方法。以一种采用伺服电机和滚珠丝杠为传动机构的系统为例,设计了等效变论域模糊PID控制器。通过Matlab/Simulink仿真对比实验验证了等效变论域模糊PID控制器的可行性,并证明相较于传统模糊PID控制器、PID控制器和传统变论域模糊PID控制器,等效变论域模糊PID控制器具有更快的响应速度和更强的抗干扰能力,控制性能更佳。