深水钻井隔水管反冲控制系统建模和仿真.pdfVIP

　 　 石　 油　 机　 械 　 　 　 　 　 　 ２０１６年　 第４４卷　 第３期 ＣＨＩＮＡ ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ — ６３ — ◀海洋石油装备▶ 深水钻井隔水管反冲控制系统建模与仿真∗ １ １ １ ２ 何新霞　 张方芬　 田秀娟　 刘秀全 （１ 中国石油大学 （华东） 信息与控制工程学院　 ２ 中国石油大学 （华东） 海洋油气装备与安全技术研究中心） 　 　 摘要： 海洋深水钻井作业过程中， 由于动力定位失效造成钻井船无法保持其有效位置时， 须断 开隔水管与井口的连接， 此时， 隔水管会发生反冲， 若反冲得不到有效控制， 易发生钻井事故。 为 此， 针对液压缸直接作用式隔水管张力器反冲控制系统， 提出一种基于模糊ＰＩＤ控制器调节反冲 阀开度， 达到控制隔水管垂直位移的控制方法， 并对控制算法进行设计。 基于Ｍａｔｌａｂ 构建反冲控 制系统的精确仿真模型， 进行一系列的仿真研究分析。 分析结果表明， 闭环控制可以达到较好的 控制效果， 系统的稳定性增强， ＰＩＤ控制和模糊ＰＩＤ 控制都能发挥较好的控制作用， 有效地控制 了隔水管的反冲速度， 经过综合比较可知， 模糊ＰＩＤ控制降低了隔水管起升位移的峰值， 减少了 液压系统的压力冲击， 提高了系统控制性能。 研究结果可为深水钻井隔水管的安全应用提供参考。 关键词： 隔水管； 张紧系统； 反冲控制； 模糊ＰＩＤ控制； 仿真 － 中图分类号： ＴＥ９５１　 文献标识码： Ａ　 ｄｏｉ： １０１６０８２／ ｊｃｎｋｉｉｓｓｎ１００１ ４５７８２０１６０３０１４ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｒｅｃｏｉｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｄｅｅｐｗａｔｅｒ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｒｉｓｅｒ １ １ １ ２ Ｈｅ Ｘｉｎｘｉａ 　 Ｚｈａｎｇ Ｆａｎｇｆｅｎ 　 Ｔｉａｎ Ｘｉｕｊｕａｎ 　 Ｌｉｕ Ｘｉｕｑｕａｎ （１Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ （Ｈｕａｄｏｎｇ）； ２Ｃｅｎｔｅｒｆｏｒ ＯｆｆｓｈｏｒｅＥｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｓａｆｅｔｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ （Ｈｕａｄｏｎｇ） ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｅｐｗａｔｅｒ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｄｙｎａｍｉｃ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｐｐａｒａｔｕｓ， ｉｆ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｆａｉｌｅｄ ｔｏ ｍａｉｎｔａｉｎ ｔｈｅ ｄｒｉｌｌｓｈｉｐ ｉｎ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ， ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｒｉｓｅｒ ａｎｄ ｗｅｌｌｈｅａｄ ｍｕｓｔ ｂｅ ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｅｄＲｉｓｅｒ ｒｅｃｏｉｌｗｏｕｌｄ ｏｃｃｕｒ ｄｕｒｉｎｇ ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ， ａｎｄ ｃｏｕｌｄｒｅｓｕｌｔ ｉｎ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｃｃｉｄｅｎｔｓｉｆ ｎｏｔ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄＴａｋｉｎｇ ｒｅｃｏｉｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｄｉｒｅｃｔ⁃