主动式海洋钻井升沉补偿绞车设计与仿真研究.docxVIP

计算机仿真第30卷第11期2013年11月文章编号:1006－9348(2013)11－0307－05主动式海洋钻井升沉补偿绞车设计与仿真研究黄鲁蒙1，张彦廷1，2，张磊1，齐明侠1(1．中国石油大学(华东)机电工程学院，山东青岛266555;2．浙江大学流体传动及控制国家重点实验室，浙江杭州310027)摘要:研究海洋钻井优化控制问题，由于绞车与液压缸升沉补偿系统应共同完成，液压缸升沉补偿系统的初始投资与维护费用很高，而液压缸的最大行程等于所能补偿的最大升沉位移，导致当钻井平台的升沉位移超过液压缸行程时系统失效。为降低钻井成本、提高补偿位移的范围，提出一种主动式海洋钻井升沉补偿绞车方案，通过直接控制电动绞车正反转来实现补偿，从而将升沉补偿功能集成到绞车上，省去了液压缸补偿系统。然后建立逼近实际系统的补偿绞车控制模型。最后通过对模糊算法与传统PID控制性能的仿真对比，结果表明，前馈－模糊－PI控制器性能好，补偿效率满足工作要求，并证明补偿绞车方案是可行的，为系统的开发提供了依据。关键词:海洋钻井;绞车;升沉补偿;模糊控制;仿真中图分类号:TE319文献标识码:BDesignandSimulationofOffshoreDrillingActiveHeaveCompensationDrawworksHUANGLu－meng1，ZHANGYan－ting1，2，ZHANGLei1，QIMing－xia1(1．CollegeofMechanicalandElectronicEngineering，ChinaUniversityofPetroleum，QingdaoShandong266555，China;2．StateKeyLaboratoryofFluidPowerTransmissionandControl，ZhejiangUniversity，HangzhouZhejiang310027，China)ABSTＲACT:Theinitialinvestmentandmaintenancecostsoftraditionalhydrauliccylinderheavecompensationsys-temishigh．Itsheavecompensationdisplacementislimitedbecauseoffinitehydrauliccylinderstroke．Whentheplatformheavedisplacesoverthestrokeofhydrauliccylinder，thesystemfailures．Inordertoreducethedrillingcostandimprovethecompensationdisplacementrange，weproposedadesignmethodofactiveheavecompensationdraw-works．Atraditionaldrawworkwasplannedwithactiveheavecompensationfunctionbycontrollingvariablefrequencymotortodrivethedrawworkdrumrotatepositivelyandnegatively．Then，acontrolmodelclosetorealoperationwasbuilt．Atlast，simulationcomparisonresultsbetweenfuzzyandPIDalgorithmindicatesthatthefeedforward－fuzzy－PIcontrollerhashighperformanceandmeetstherequirementoffloatdrilling．Itteststhevalidityoftheschemeandprovidesreferenceforthedesignofoptimize．KEYWOＲDS:Floatdrilling;Drawworks;Heavecompensation;Fuzzycontrol;Simulation1引言海洋升沉运动补偿装置是海洋工程的重要装备之一，广泛应用于海洋钻井、起重机、采矿等领域［1－3］。由于海洋钻井平台跟随海浪进行周期性的升沉运动，导致钻柱上下往复运动，甚至使钻头脱离井底，影响钻井效率，降低了钻头和钻杆的寿命，造成巨大的经济损失。为了使钻柱绝对位置保持不变，保证钻井作业的顺利进行，目前钻井平台上主要采用传统的液压缸升沉补偿系统［4］。传统的海洋钻井工作由绞车与液压缸升沉补偿系统共同完成，绞车负责钻柱的连续缓慢下放，液压缸升沉补偿系统负责控制钻柱绝对位置保持不变。传统液压缸升沉补偿的工作原理:液压缸升沉补偿系统可以安装在游车大钩或者