旋转导向钻井工具姿态参数的模拟解算

根据旋转导向钻井工具姿态参数的求解需要,结合Taylor中值定理,提出一种模拟解算方法,分析了三角函数的展开式及其逼近表达式,并应用模拟乘法/除法器和负反馈电路设计了正弦函数拟合求解和姿态参数角直接解算电路.通过数值仿真和试验结果的对比分析,验证了解算电路的可行性,可以降低实时参数解算对计算机采集速度的要求,提高系统的动态控制性能.     

旋转导向钻井工具姿态参数的模拟解算

根据旋转导向钻井工具姿态参数的求解需要,结合Taylor中值定理,提出一种模拟解算方法,分析了三角函数的展开式及其逼近表达式,并应用模拟乘法／除法器和负反馈电路设计了正弦函数拟合求解和姿态参数角直接解算电路．通过数值仿真和试验结果的对比分析,验证了解算电路的可行性,可以降低实时参数解算对计算机采集速度的要求,提高系统的动态控制性能．     

CORDIC算法在捷联导航系统姿态解算中的应用

在传统CORDIC算法的基础之上,通过增加迭代次数,对迭代参数进行优化筛选,提高了运算精度,通过在Altera公司NiosⅡ处理器中增加自定义指令的方式完成了硬件实现.最终将其运用到了捷联导航捷联姿态解算算法中,使解算结构得到简化,速度得到提升.     

推靠式旋转导向系统底部钻具组合动态安全评价方法

推靠式旋转导向钻进时巴掌对井壁的间歇性推靠致使钻柱处于非线性阻尼激励的复杂工作状态,剧烈的振动易引发钻柱的疲劳失效。建立考虑巴掌与井壁的接触碰撞及动态激励的底部钻具组合动应力计算模型,分析钻柱转速对钻柱动应力和钻头侧向力的影响。结果表明:钻井过程中底部钻具组合动应力和钻头侧向力处于剧烈波动状态,尤其在临界转速下运动的钻柱将产生剧烈的振动及较高水平的动应力,导致钻柱出现疲劳破坏;通过调节钻柱转速至两阶相邻转速中间值,可显著降低钻柱的振动加速度。现场试验验证了通过调节钻柱转速提高底部钻具组合动态安全的可行性,为推靠式旋转导向及同类工具安全钻进参数的优化设计提供了依据。     

捷联姿态解算五子样等效旋转矢量算法研究

为了抑制高动态环境下捷联惯导姿态解算时的误差,对五子样等效旋转矢量算法进行了推导;并在锥运动环境下进行了仿真验证。通过与四子样算法误差的对比,表明五子样算法可以有效减小动态误差,具有很高的实用价值。     

调制式旋转导向系统导向力"等力合成模型"的建立与分析

导向力的形成机理是研制旋转导向工具的核心。在深入研究国外旋转导向工具的基础上,参考导弹制导原理,提出了调制式旋转导向工具新的导向方式,建立了导向力"等力合成模型",并对其影响规律进行了分析。结果表明,这种导向方式与PowerDriveSRD导向系统相比,有其独特的优点。控制面不稳定程度对合导向力的影响并不很大,在控制面摆动度达14°时,合导向力仅下降1%。这为调制式旋转导向工具稳定平台的研制提供了宽松的约束条件。     

调制式旋转导向钻井系统稳定平台控制原理及性能分析

对调制式旋转导向钻井系统稳定平台的控制原理进行了研究,设计了由上、下涡轮发电机、控制轴及电子仓组成的三环控制稳定平台。对稳定平台性能的理论分析和仿真模拟结果表明,国内首创设计的发电机式稳定平台控制系统不但具有良好的稳定性、可控性和可观性,而且当钻井参数在较大范围内发生变化时,系统仍然具有很好的跟踪特性、抑制扰动特性、随动稳定特性及很强的抗干扰能力。     

基于Kalman滤波的塔康方位精确解算方法

针对塔康机载设备模拟体制庞大,现有方位解算方法过程复杂、精度不高等问题,基于软件无线电思想,对塔康机载设备进行中频数字化,提出了一种Kalman滤波提取包络信号的方位精确解算方法.首先采用状态空间描述法,详细推导了塔康包络信号的观测方程和状态方程参量的表达式,建立了塔康包络信号的观测方程和状态方程.然后设计了提取塔康包络信号的Kalman滤波模型,给出了提取包络信号的流程以及方位求解算法.最后经装备模拟器验证表明:所设计的方法过程简单,解算方位精度高,算法完全适用于实装工程的实现.     

旋转对称边坡三维安全系数显式解

为使三维边坡稳定性计算便于工程应用,采用滑面正应力修正方式,不需考虑条柱间作用力具体分布形式,推导出旋转对称边坡三维安全系数极限平衡显式解。根据简单的平衡条件,假设三维滑面正应力的初始分布,再乘以待定的修正系数;根据三维旋转对称滑体的垂直力平衡与对旋转轴力矩平衡的条件,推导出关于安全系数的2次代数方程;最终直接解出三维安全系数。算例表明,三维安全系数显式解结果与解析解完全一致,与复杂的条柱法计算结果比较接近,可以在边坡工程中推广应用。     

PDC钻头对推靠式旋转导向工具的适配性

针对使用推靠式旋转导向工具配套PDC钻头钻井过程中出现造斜率不达标的问题,进行PDC钻头切削结构对推靠式旋转导向工具适配性研究。基于纵横弯曲连续梁理论,考虑井径扩大率对工具的影响,建立推靠式旋转导向工具BHA力学分析模型,再结合PDC钻头与地层相互作用模型,提出以井斜趋势角作为评价推靠式旋转导向工具与PDC钻头适配性的指标,定量分析钻头结构参数对推靠式旋转导向工具造斜能力的影响,并进行相关试验。结果表明：随着PDC钻头内锥深度变浅、冠部高度变短,旋转导向工具造斜能力越强;PDC钻头切削齿后倾角越大、摩擦角越大,工具造斜性能越强;PDC钻头保径对工具造斜能力影响较大,钻头主动保径和被动保径面积越小,工具造斜能力越强;钻头被动保径刀翼越窄,工具造斜能力越强;当钻头保径总长一定时,随着主动保径与被动保径面积比值变小,工具造斜能力呈先增加后减小,存在最佳主动保径与被动保径比例使推靠式旋转导向工具造斜能力达到最大;模型井斜趋势角的预测值与试验值基本一致,最大误差仅为6.71%,验证了本文所建立模型的准确性。     

旋转导向系统有色噪声的改进无迹卡尔曼滤波方法

在旋转导向钻井系统的姿态测量过程中,三轴加速度计测量数据中包含大量有色噪声,严重影响井底组合钻具姿态测量的精度。基于旋转坐标变换的四元数理论,结合所建立的三轴加速度噪声模型,提出一种改进无迹卡尔曼(UKF)迭代滤波算法。此方法利用陀螺测量原理构造观测方程和时变状态方程,将实时解算出的钻具姿态以四元数的形式更新时变状态方程中三轴角速度,通过更新观测方程加速度噪声模型实现加速度计传感器数据中有色噪声的UKF迭代滤波。实测数据滤波的结果表明,此方法可有效滤除加速度传感器数据中的有色噪声,保证旋转导向钻具姿态测量的精度。     

导向钻井中的BP神经网络解码方法

针对井下闭环旋转导向智能钻井系统中从地面到井下的下行信息传输通道问题,提出了BP神经网络解码方法.利用加速度传感器来敏感地面钻柱的运动,并通过钻柱的钻进或静止交错进行编码操作;利用近钻头DSP芯片中的BP神经网络解码算法得到地面下传的指令.设计了下井仪器,多次油田试验证实了解码方法的可行性.     

动臂变幅工况下旋挖钻机工作装置的动力学特性

为研究和提高旋挖钻机工作装置的力学性能,对动臂变幅工况下工作装置的动力学特性进行分析。基于动静法建立动力学模型,在Simulink仿真平台上构建基于MATLAB函数的仿真模型并进行仿真分析。研究结果表明:动臂变幅时,无论动力头和钻杆处于钻桅的什么位置,对动臂变幅液压缸提供的主动力都没有影响;当钻桅倾角为0°时,动臂变幅液压缸提供的主动力的变化最小,当钻桅倾角为95°时,动臂变幅液压缸提供的主动力的变化最大。     

回转窑支承系统疲劳寿命与轴线关系及预测方法

回转窑运行中由于轴线偏移,支承载荷分配不均导致托轮轴疲劳断裂。通过对回转窑托轮轴进行力学分析,导出托轮轴疲劳寿命损伤模型,根据支承载荷分配与轴线偏差的线性关系,得出回转窑支承系统各托轮轴疲劳寿命与轴线偏差的关系;结合现场实例介绍了根据检测回转窑的运行轴线,预测支承系统疲劳寿命的方法,为回转窑的维护与调整提供理论依据。研究表明回转窑支承系统疲劳寿命对轴线偏差的变化非常敏感,合理的进行轴线调整,能有效提高支承系统疲劳寿命,防止托轮轴运行中突然断裂。图2,表1,参10。     

旋挖钻机回转缓冲平衡阀仿真与实验研究

缓冲平衡阀是旋挖钻机上车回转液压系统的重要组成部分,对旋挖钻机上车回转的启制动特性起决定作用。文章以某型旋挖钻机为研究对象,分析了缓冲平衡阀的主要结构和工作原理,建立了旋挖钻机回转液压系统的AMEsim仿真模型,研究了缓冲平衡阀的2个弹簧预紧力、锥阀的直径、阻尼孔直径等主要参数对旋挖钻机回转液压系统的影响。结果表明,缓冲平衡阀锥阀直径在9~10mm之间,阻尼孔直径在0.3~0.5mm之间,系统响应快,马达压力波动小,工作平稳。     

旋转蒸发器法回收沥青及其改进方法研究

为研究旋转蒸发器法回收沥青胶结料的合理性,采用常规性能试验(针入度、软化点、延度、135℃布氏黏度试验)、SHRP流变试验(动态剪切流变仪(DSR)温度扫描试验、多应力重复蠕变(MSCR)试验)和傅里叶变换红外光谱(FTIR),从物理指标、流变行为和化学特性对比分析了原样沥青和回收沥青的技术性质,并探讨了旋转蒸发器法回收沥青的改进措施和判断回收沥青是否残留三氯乙烯或产生老化的新指标.结果表明:通过标准旋转蒸发器法回收的沥青仍残留部分三氯乙烯并产生了老化;利用常规指标偏差系数、三氯乙烯残留指数I_t、羰基指数I_c、亚砜基指数I_s、温度敏感性指标I_GTS和应力敏感性指标J_nr-diff能有效判别回收沥青是否残留三氯乙烯或者产生老化;采用改进旋转蒸发器法在4.6 kPa负压、130℃高温蒸馏2.0 h时回收的沥青技术性质与原样沥青基本一致,因此采用这种推荐的旋转蒸发器法回收沥青是合理的.     

旋转控制头动密封结构设计及密封特性分析

依据煤层气钻井工况,对旋转控制头动密封结构进行了设计.通过简化密封结构建立分析模型,应用有限元分析软件（ABAQUS）对其接触压力、摩擦扭矩进行了数值模拟研究.在此基础上进行了密封件磨损分析及规律研究,通过磨损试验验证了研究结果的正确性,并将具有该结构的旋转控制头应用于现场,结果表明所设计动密封结构合理,能够有效减少非...