新型靜態(tài)偏置指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)導(dǎo)向控制研究

1、新型新型靜態(tài)偏置靜態(tài)偏置指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)導(dǎo)向控制研究控制研究SteeringControlResearchonANewSteeringMechanismfStaticPointtheBitRotarySteerableSystem學(xué)科專業(yè)：機(jī)械工程研究生：李遠(yuǎn)志指導(dǎo)教師：牛文鐵副教授天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二零一三年十二月I摘要旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)作為一項(xiàng)集機(jī)、電、液于一體的鉆井新技術(shù)，具有鉆井阻力小、時(shí)效高，鉆進(jìn)方

2、向?qū)崟r(shí)可調(diào)，機(jī)械鉆速高和使用壽命長(zhǎng)等突出優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于水平定向井、大位移井和三維多目標(biāo)井等復(fù)雜井眼軌跡的開發(fā)，代表了當(dāng)今世界石油開發(fā)技術(shù)的最高水平。針對(duì)國(guó)外石油公司對(duì)于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的壟斷和國(guó)內(nèi)石油鉆采行業(yè)對(duì)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的迫切需求，深入開展對(duì)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的研究具有十分重要的意義。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)是依靠導(dǎo)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)的偏置作用實(shí)現(xiàn)鉆頭偏置的，因此，導(dǎo)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)的研究是旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)研究的關(guān)鍵。本文面向一種新型靜態(tài)偏置指向式旋轉(zhuǎn)

3、導(dǎo)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)，圍繞其導(dǎo)向控制原理、導(dǎo)向運(yùn)動(dòng)控制、二維以及三維井眼軌跡導(dǎo)向控制和控制系統(tǒng)性能展開研究，主要工作如下：(1)導(dǎo)向原理分析。闡述了新型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成，分析了基于2自由度少齒差行星輪系及中空萬(wàn)向節(jié)的新型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向控制原理，建立了新型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入與輸出的數(shù)學(xué)模型。(2)井眼軌跡導(dǎo)向控制分析。建立了新型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)導(dǎo)向芯軸偏置點(diǎn)偏心位移矢量的數(shù)學(xué)模型，基于“三點(diǎn)定圓法”建立了導(dǎo)向芯軸偏置點(diǎn)偏心位移

4、矢量的幅值與二維井眼軌跡參數(shù)的函數(shù)關(guān)系；基于“最小曲率法”建立了導(dǎo)向芯軸偏置點(diǎn)偏心位移矢量與三維井眼軌跡參數(shù)的函數(shù)關(guān)系。(3)導(dǎo)向運(yùn)動(dòng)控制聯(lián)合仿真。通過(guò)SolidWks軟件與LabVIEW軟件的聯(lián)合，對(duì)新型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了導(dǎo)向控制的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，驗(yàn)證了新型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向控制方案設(shè)計(jì)、導(dǎo)向控制原理分析和井眼軌跡導(dǎo)向控制分析的正確性，為新型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。(4)導(dǎo)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)研究。建立了基于電流環(huán)、