基于V-REP自动垂直泊车的教学仿真实验

泊车对驾驶员的操作技能有很高的要求,自动泊车系统的出现能够很好地解决这一问题,帮助驾驶员安全精准地完成泊车操作。该文对典型的自动垂直泊车进行仿真研究,针对标准和狭窄停车通道的垂直泊车,研究了C字型与人字型的泊车规划路径算法。基于机器人仿真平台(virtual robot experimentation platform,V-REP)搭建了典型的泊车仿真场景,利用用户数据协议(user datagram protocol,UDP)构建V-REP与MATLAB之间的通信,开展了V-REP与MATLAB的联合仿真实验,充分展示了自动垂直泊车的泊车过程,总结了垂直泊车的路径特点,对自动垂直泊车进行了可视化演示。此外,基于该平台为学生提供了虚拟仿真实验环境,激发了学生对无人驾驶的学习兴趣和勇于探索的精神,提高了学生的操作能力与创新思维能力,获得了良好的教学效果。

自动垂直钻井工具纠斜液压系统的研究

对一种用于石油自动垂直钻井工具的纠斜液压系统展开研究,以实现钻具的纠斜力稳定、可变及钻具矢量纠斜效果。针对油缸压力无法调节及液压泵引起油缸压力不易稳定的问题,研究一种新型纠斜液压系统。在建立纠斜液压系统数学模型的基础上,进行了系统和油缸压力的动态响应分析。仿真结果表明,新型纠斜液压系统提供的导向推力较传统系统稳定性更高,压力波动幅度更低;调节比例溢流阀的输入电流55~85 mA,并保持比例溢流阀输入电流增量不变,钻杆转速越大,油缸压力在单位时间内的开环调节精度就越高。

全自动垂直振荡提取-超高效液相色谱-串联质谱法测定鱼肉中地西泮残留量

建立全自动垂直振荡提取-超高效液相色谱-串联质谱法测定鱼肉中地西泮残留量。采用乙腈作为样品提取溶剂,全自动垂直振荡提取,MCX固相萃取法净化。选取SB-C18色谱柱(2.1 mm×50 mm,1.8μm)分离,以0.1%(体积分数)甲酸水和乙腈作为流动相分离,在电喷雾正离子模式和多反应监测模式下检测,外标法定量。结果表明,地西泮的质量浓度在0.1~50.0 ng/mL范围内与色谱峰面积线性关系良好,相关系数为0.9998,方法检出限为0.1μg/kg,定量限为0.3μg/kg。在低、中、高3个浓度加标水平下,地西泮的平均回收率为75.6%~88.6%,测定结果的相对标准偏差为2.2%~4.8%(n=7)。该方法提取效率高,净化效果好,降低了样品基质干扰,提高了方法准确性,可用于鱼肉中地西泮残留量的大批量检测。

自动垂直钻井技术进展

垂直钻井技术是当今深部油气钻探、科学钻探钻井技术难点之一,垂直钻井技术对于深井、超深井、复杂结构井、万米科学钻探井等钻井作业中有着重要作用,它具有减少套管层次、提高钻井机械钻速、减少复杂事故的优点。自动垂直钻井系统是一种先进的高技术含量钻井工具,可主动纠斜,且防斜打直效果不受钻压的影响,有利于充分提高机械钻速,并获得优良的钻井轨迹,特别适用于高陡构造地层和自然造斜能力较强的深井、超深井、复杂结构井、科学钻探等的垂直井段钻探。基于此,调研了国内外的主要自动垂直钻井系统,重点介绍了其主要组成部分和相应的工作机理和技术特点,分析了他们的优缺点,并介绍了现场主要使用情况,有利于该技术的进一步研究和应用,并提出了未来自动垂直钻井技术发展的方向。

全旋转推靠式自动垂直钻井工具悬架机构设计

自动垂直钻井工具的振动会使得工具的测量精度大大降低,工具本身也易产生疲劳强度降低、联结失效,使工具寿命降低、影响钻井的精度,并最终会影响井身质量。设计了一种用于全旋转推靠式自动垂直钻井工具的全密封悬架机构,其主要作用是连接稳定平台和外壳。同时采用动力吸振的原理设计减震机构,降低机构振幅,有效抑制振动向稳定平台传递,降低电子仓电子元件所受到的振动,提高传感器的测量精度和控制系统的控制精度,进而提高井身垂直度。所设计的悬架机构与传统的悬架机构相比较拥有更好的减振效果,并且消除了工具零件在装配时所存在的轴向间隙。采用ANSYS/Workbench对工具控制轴的强度校核结果表明:该机构控制轴所受到的轴向最大应力为140.41 MPa,满足强度要求。

自动垂直钻井工具控制轴阻力矩影响因素分析

自动垂直钻井工具的钻井精度与其控制轴上的力矩平衡程度有关,为提高自动垂直钻井工具控制轴上的力矩平衡程度,研究了在下涡轮发电机产生的电磁力矩克服上涡轮发电机产生的电磁力矩驱动控制轴旋转的工作形式下,自动垂直钻井工具控制轴上阻力矩的影响因素。基于理论分析,建立了包括轴承摩擦力矩、盘阀摩擦力矩、电子仓表面粘滞摩擦力矩,上涡轮发电机产生的电磁力矩的控制轴阻力矩分析模型,在此基础上分析了井斜角、稳定平台与工具外壳的相对转速,工具内外钻井液压差对控制轴阻力矩的影响规律。分析结果表明,控制轴上主要阻力矩是轴承和盘阀产生的摩擦力矩;稳定平台与工具外壳的相对转速和工具内外钻井液压差对控制轴阻力矩的影响显著。研究结果可为自动垂直钻井工具稳定平台的结构设计和控制提供理论依据。

旋转推靠式自动垂直钻井工具应用分析

针对高陡构造和大倾角地层中防斜与打快的矛盾难题,研制了旋转推靠式自动垂直钻井工具并获得了成功应用。实现了纠斜和稳斜功能,同时释放了钻压,提高了机械钻速。介绍了旋转推靠式自动垂直钻井工具的结构组成、工作原理、技术特点和应用效果等。从钻柱设计和钻井参数设计两方面进行了应用研究,最后对比国外同类产品在国内的应用情况并进行了应用分析,找出差距并提出改进措施。

机械式自动垂直钻具的纠斜行为及研究进展

综合近年来国内外机械式自动垂直钻具的研究成果,介绍了机械式自动垂直钻具的工作原理和使用优势,对比分析了动态和静态垂直钻具的纠斜行为及特点,并针对国内外机械式自动垂直钻具的研究进展和应用现状,对我国机械式自动垂直钻具的研究重点和发展方向提出了建议。

自动垂直钻井中井斜动态测量理论与实验研究

井斜动态测量是指在钻井过程中对井眼的井斜角、工具面角等物理量的实时检测和信息的提取,比静态测量复杂,钻具的振动和转动均会导致相应的井斜测量信号严重失真,但其中的振动信号可用低通滤波器滤除,而钻具转动对加速度计所产生的离心力导致的测量信号的失真,则必须通过诸如转速补偿之类的修正才能去除。低通滤波器可选用一定阶数和转折频率的巴特沃斯滤波器,而加速度计输出的转速补偿则须预先对加速度计进行标定。利用专门的实验装置对井斜动态测量的方法及其具体实现进行了有效的验证。

捷联式自动垂直钻井系统

针对高陡构造及大倾角地层的防斜打快难题,成功研制了具有自主知识产权的捷联式自动垂直钻井系统。该系统采用动态推靠方式实现钻进中的主动防斜和纠斜,主要由捷联式稳定平台和防斜纠斜执行机构组成,其中由基于旋转基座的测控短节、电源短节、伺服短节组成的捷联式稳定平台是捷联式自动垂直钻井系统的核心。在稳定平台的控制下,伺服短节驱动防斜纠斜执行机构中的盘阀对过流的钻井液进行控制,利用活塞驱动翼肋推靠井壁,产生具有纠斜作用的侧向推靠力,以实现有效的防斜、纠斜功能。通过捷联式稳定平台地面联调试验和现场试验,初步验证了系统工具的可行性、稳定性和可靠性,为工具进一步改进和现场试验提供了技术支撑。

自动垂直钻井工具纠斜控制实验研究

为了探讨井下纠斜控制的客观规律,基于自动垂直钻井工具原理样机,开展了井斜自动控制的实验研究。通过分析基于重力加速度计的井斜测量原理,并结合样机纠斜机构的工作原理,提出了对各纠斜机构的工作区域进行合理划分的实施方法,并根据该方法以及借助虚拟仪器技术实现了在原理样机上的井斜实时控制系统的开发。借助该套系统,目前已可实现不小于0.15°的井斜控制精度。

自动垂直钻井系统BHA力学分析的二维模型

为了指导自动垂直钻井工具的研究开发和现场应用,并且为自动垂直钻井系统底部钻具组合的优化设计提供理论依据,在充分调研自动垂直钻井系统的结构特征、工作原理的基础上,结合自动垂直钻井工具的BHA的一维力学模型,用纵横弯曲法建立了加装自动垂直钻井工具的BHA的二维力学模型,得到了自动垂直钻井系统的BHA的二维力学方程。确定了钻头和上切点处的边界条件,推导出了钻头侧向力和钻头转角的计算公式,应用建立的力学模型能准确地计算出稳定器支点的内弯矩和梁柱各点处的挠度。同时,也可计算出一定工作条件下的钻头侧向力和钻头转角,通过研究钻头侧向力和钻头转角随钻进参数的变化规律可以分析钻进参数对自动垂直钻井工具造斜能力的影响规律,为自动垂直钻井工具的现场使用提供理论依据。

自动垂直钻井系统BHA力学分析的一维模型

为了指导自动垂直钻井工具的研发和现场应用,并且为自动垂直钻井系统底部钻具组合的优化设计提供理论依据,在充分调研自动垂直钻井系统的结构特征、工作原理的基础上,用纵横弯曲法建立了加装自动垂直钻井工具的BHA的一维力学分析模型,建立了自动垂直钻井系统的BHA的普遍力学方程。确定了钻头和上切点处的边界条件,推导出钻头侧向力和钻头转角的计算公式。应用所建立的力学模型能准确地计算出稳定器支点的内弯矩和梁柱各点处的挠度,同时也可以计算出一定工作条件下的钻头侧向力和钻头转角,通过分析钻头侧向力和钻头转角随钻进参数的变化规律可以分析钻进参数对自动垂直钻井工具造斜能力的影响规律,为指导自动垂直钻井工具的现场使用提供理论依据。

国产自动垂直钻井系统的改进与优化

高陡构造及岩性变化复杂条件下的井斜问题一直是困绕钻井工作者的一大技术难题。中国石化南方探区河坝、普光等构造的岩性变化频繁,地层倾角大,自然造斜力强,井斜控制十分困难,极易发生井斜,严重制约了钻井速度的提高。国外自动垂直钻井系统在该地区进行了多井次的应用,效果良好,在控制井斜的同时大幅度提高了钻井速度,较好地解决了钻速提高与井斜控制之间的矛盾。但国外自动垂直钻井系统服务价格昂贵,钻井成本居高不下。为了降低钻井成本,决定在该地区应用中国石化自主研发的捷联式自动垂直钻井系统。然而,该系统在之前的现场试验过程中暴露出降斜、提速效果不明显等问题;经过原因分析,对系统进行了进一步的改进与优化,之后又进行了2井次的现场试验,显示出非常好的防斜打快效果,为系统的推广应用打下了坚实的基础。

捷联式自动垂直钻井系统井斜方位动态测量算法研究与应用

捷联式自动垂直钻井系统是针对高陡构造及大倾角地层的防斜打快难题而提出的一种新型自动垂直钻井工具。在小井斜动态旋转条件下,提出一种新的捷联式自动垂直钻井井斜、方位角动态测量算法,并针对不同倾斜角、不同钻铤转速等因素对算法进行仿真研究。结果表明,未经误差补偿的动态解算结果可用于自动垂直钻井的方位角动态测量,只是其精度受倾斜角和方位角影响;经过误差函数补偿后,方位角解算精度得到显著提高,算法不再受倾斜角和方位角影响。理论计算、地面台架实验和垂直钻井现场实验均表明该算法有效可行,能够满足捷联式垂直钻井系统的井斜、方位角动态测量精度需求。

全旋转推靠式自动垂直钻井工具现场试验分析

为了解决钻井过程中的防斜与打快技术难题,研制了全旋转推靠式自动垂直钻井工具。在介绍工具工作原理的基础上,对工具的纠斜和稳斜功能、提升机械钻速的能力及使用可靠性进行了试验,借助DJY-1井对工具的使用效果进行了现场验证。应用结果表明,全旋转推靠式自动垂直钻井工具在井下作业时实现了纠斜和稳斜功能,提高了机械钻速,释放了钻压,有效地解决了防斜与打快矛盾;工具下井后部分零件出现了磨损情况,可见零件的耐磨性有待提高。建议进一步检验工具的纠斜和稳斜能力,使工具防斜打快的优势在以后的钻井作业中能够充分体现出来。

全旋转推靠式自动垂直钻井工具的研制

为了打破国外公司在自动垂直钻井工具方面的技术封锁,实现在高陡地层的防斜打快,研制了全旋转推靠式自动垂直钻井工具。该工具在旋转的情况下,通过测量模块完成井身轨迹的井斜角和方位角等信息测量。井下微处理器将其与预置的井眼轨迹参数进行比较,当井斜角超过规定范围,通过井下小闭环自动控制系统限定工具内部控制轴的方向,从而使执行矩形推力板旋转到高边时张开并推靠上井壁,实现工具的纠斜功能。在执行机构矩形推力板交替推出时,则实现了工具的稳斜功能。试验验证工具性能达到设计要求,工具在井斜角小于等于1°的情况下实现了纠斜和稳斜功能。

标杆自动垂直平衡仪的研究

为满足在野外勘探和测量、土木桥梁建筑中,测量仪器和建筑物与地平面的垂直度高精度的要求,选用采集精度为0.6′的高精度倾角传感器DX-008D,运用PID调节方法对PWM输出信号的控制技术,研制了一种可自动校准和检测工程用标杆垂直度的自动垂直平衡仪,该仪器可在30秒钟内将工程用标杆的垂直度调整到要求的±3′范围之内,并且保持此状态.该仪器具有结构简单、体积小携带方便、校准精度高、响应速度快和工作性能稳定等特点.

自动垂直钻进系统的液压系统设计

研制的自动垂直钻进系统由随钻测量系统、信号传输系统、信号采集与处理系统、钻具纠斜系统等组成 ,其中具有 3个可伸缩支撑滑块的钻具纠斜系统的液压部分是设计的重点。根据液压系统的特点和纠斜工作要求 ,优选了主要由柱塞泵和电磁压力比例控制阀组成的压力调节回路 ,对纠斜系统 3个油缸的输出压力进行了测试 ,并对出现的压力不稳和高压泄漏问题做了调整和改进 ,结果表明 ,液压系统的设计是合理可行的。

φ311mm自动垂直钻井系统在宣页1井的应用

宣页1井的地质构造具有地层倾角大、各向异性、可钻性差及自然造斜能力强等特点,采用多种传统防斜钻具组合钻进,依然无法较好地防止井斜。为此,研制了φ311 mm自动垂直钻井系统。该钻井系统包括稳定平台及防斜纠斜执行机构2部分,可以有效解决高陡构造及大倾角地层的防斜打快问题,能够完全释放钻压,在保证井斜精度的前提下,可大幅度提高机械钻速,缩短钻井周期,降低钻井成本。该系统在宣页1井的应用中总进尺210.88 m,纯钻时间64 h,机械钻速3.29 m/h,与传统钻具相比,钻速提高114%,并收到明显的纠斜效果。