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。

空间圆弧轨道的分析与控制

空间圆弧是一种典型的井眼轨迹曲线,在定向钻井轨道设计、测斜计算和导向控制中应用广泛.为便于理论分析与轨道控制计算,基于圆弧段两端点的轨迹基本参数,应用矢量分析方法建立了空间圆弧轨道数学模型,得到了以井深为自变量的井眼轨道参数解析公式.提出了空间圆弧轨道姿态参数计算方法,进而用圆弧轨道曲率及其姿态参数描述圆弧轨道特征.推导了井斜角和方位角变化率计算公式,分析了空间圆弧轨道井斜角极值点问题.根据测斜仪原理,明确了工具面角和工具面方位角的含义,讨论了其间关系及应用.针对固定弯角的导向钻井系统,提出一种实钻轨迹控制模型,能够满足空间圆弧轨道的控制需要.这些研究成果为井眼轨道设计和导向控制提供了理论依据.

自动控制、自动控制设备及系统

Y98-61442-51 9908562多航天器轨道自主控制的3维方法=A 3-D method forautonomously controlling multiple spacecraft orbits[会,英]/Folta,D.C.& Quinn,D.//1998 IEEE AerospaceConference Proceedings,Vol.1 of 5.—51～60(PV)本文介绍戈达德空间飞行中心(GSFC)制导、导航和控制中心(GNCC)维持多低地球轨道(LEO)航天器的3维操作控制理论和完成 LED 航天器飞行用的算法。研究了轨道动态学,这是确定所提出的用于借助于参考航天器或预测轨道飞行的航天器制导和控制的方法所必须的。给出了集成自主“模糊逻辑”控制系统的模拟结果,该系统被称为“AutoCon”。