油气井工程中的一个新领域——井下控制工程学浅谈

油气井工程中普遍存在控制问题。由于油气井的特殊结构、井下作业的特殊环境和载荷性质,使井下控制问题表现出固有的特殊性和难度。为促进油气井井下控制技术研究的发展,在综合分析国内外有关成果的基础上,笔者于1993年前后提出了“井下控制工程学”这一新概念,1997年被中国石油工程学会钻井基础理论学组列为“油气钻井工程”专业的一个新分支。井下控制工程学是用工程控制论的观点和方法,去研究和解决油气井井下工程控制问题的有关理论、技术手段的一个新学科分支,是一个多学科交叉的应用技术新领域。在回顾100a来钻井工程技术发展过程的基础上,阐述了井下控制工程学产生的技术与学术背景,论述了井下控制工程学的学科框架、基本问题和主要研究内容,介绍了井下控制工程学十余年来在中国的研究进展,并对井下控制工程学的未来发展作出展望。

井下控制工程学概述及其研究进展

在回顾百年来钻井工程技术发展过程的基础上,阐述了井下控制工程学产生的技术与学术背景,论述了井下控制工程学的基本问题、学科框架和主要研究内容,介绍了井下控制工程学30年来在中国的研究进展,并对井下控制工程学的未来发展方向做出展望。笔者于1988年提出"井眼轨道制导控制理论与技术"这一研究领域,并进一步于1993年提出了"井下控制工程学"这一概念。井下控制工程学是用工程控制论的观点和方法去研究和解决油气井井下工程控制问题的有关理论、技术的一个学科分支,是一个多学科交叉的应用技术领域。该学科分支由井下系统动力学与控制信号分析方法研究、井下控制机构与系统设计学和井下参数采集与传输技术研究、井下控制工程产品开发、实验方法研究与实验室建设等4部分组成,其主要研究内容也包括这4个方面。30年来笔者及研究团队在这4个方面取得若干成果和进展。作为石油天然气工程中的一个研究领域和一个学科分支,井下控制工程学正在向更大的广度和深度发展。

井下控制工程学在旋转导向钻井系统中的几点应用

介绍了旋转导向钻井技术的产生和井下控制工程学的提出,井下控制工程学作为一个新型的多学科交叉应用技术领域,在旋转导向钻井系统的井下控制方面目前有着广泛的应用,这里笔者介绍的有:运用计算机技术模拟定向钻井过程、从钻井力学数据中分离钻头和岩性的影响、采用模块化测量钻井系统的定向控制和地层评价、与先进钻动力系统相结合的实时建模和测量等。从理论研究到产品开发呈现方兴未艾之势,理论体系正在探索研究中逐步建立。

井下控制工程学的建立发展及创新启示

为了进一步提高井眼轨道的控制水平和质量,受工程控制论在导弹制导和航天测控中成功应用的启示,笔者于1988年提出了“井眼轨道制导控制理论与技术”研究领域,1993年提出了“井下控制工程学”概念。30年来,笔者及研究团队在井下控制工程方面持续进行基础性研究和技术装备攻关,取得了相关成果:开创了石油工程一个新领域,形成学位教育中“石油天然气工程”这个一级学科下新增的二级学科方向(井下控制工程);独立自主研制成功了以“CGDS-1地质导向钻井系统”为代表的一系列井下控制系统和工具等高端技术与装备,并实现产业化和规模工业化应用,大幅提升了我国钻井技术在国际上的核心竞争力。文章介绍了井下控制工程学的学科框架、研究范畴、理论与技术创新点及发展方向,展现了这个新兴学科强大的生命力。通过回顾井下控制工程学的技术与学术背景、技术创新的规律与方法,指出学科交叉是科技创新的重要方式及突出特点,优秀的科技团队是科技创新的主体,坚持不懈是科技创新成功的保证,转化和应用是科技创新成功的标准;创新要经受实践的检验,只有被实践证明正确才是创新;理论创新和技术创新最终要转化为生产力,才算完成创新。

方兴未艾的井下控制工程学——访中国工程院院士、中国石油集团工程技术研究院苏义脑教授

油气井工程是石油工业上游业务的重要组成部分,是一个集钻井、完井(含固井)、测井、测试、采油和井下作业及增产改造等多个工艺环节、多学科和多专业交叉的技术领域,而井下控制工程学则是研究油气井下控制问题和技术的新兴学科分支。为让读者更深入地了解相关科技知识,我采访了我国著名钻井工程专家、中国工程院院士、中国石油集团工程技术研究院苏义脑教授。问: 井下控制工程学的产生背景与发展过程 答:井下控制工程学这一概念是我于1988年开始形成并在1993年前后正式提出的,至今也只有短短的20多年时间,其研究的主要对象是油气井井下控制问题。

井下管柱力学与控制方法若干研究进展

关于井下管柱力学的研究迄今已有七十多年的历程,取得了许多重要的研究成果,并主要在油气井工程中获应用实效.然而,由于井眼约束和作业工况的复杂性,目前仍未能够全面而准确地揭示井下管柱在狭长井眼内的复杂力学行为,导致相关工程设计控制方法难以解决好实际遇到的许多复杂问题.本文回顾了井下管柱力学的整体发展脉络,重点讨论井下管柱的静力学变形控制方程,然后针对井下管柱力学中的几个重要科学问题,包括井下管柱屈曲、井下管柱摩阻磨损、井下管柱安全作业极限和底部钻具组合力学特性及其相应的设计控制方法等,分别简要介绍了相关研究进展、最新研究成果及存在的一些问题等,并在一定程度上进行了总结与展望,以期为井下管柱力学与控制方法的创新发展并促进油气井工程技术进步提供有益参考.

井下控制机构与系统设计学概述

井下控制机构与系统设计学是井下控制工程学的技术基础,是关于井下控制机构与系统设计的理论与方法的研究。该设计学主要研究的是适用于井下控制的各种实用控制信号,研究其发生、传输、放大及执行机构。建立该机构的典型结构及传递函数,再根据实际要求,应用控制链思想,设计合成整套井下控制系统。重点阐述了设计学研究中的几个基本问题,包括井下可控信号、井下控制机构、井下控制机构的结构库和特性仿真库,以及控制链与井下控制系统设计。最后以变径稳定器为例,说明同一类控制系统有多种控制链可供选择。该项研究结果对于指导井下控制工具设计具有重要的现实意义。