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近些年来,传统井控技术的弱点日益显现,特别是在窄压力窗口、深水海洋钻井、复杂井钻井方面,需要新的井控技术、理论和方法,以提高钻井的经济性和安全性。作为从欠平衡钻井发展起来的控制压力钻井技术,继承和发展了欠平衡钻井的关键技术,改进了一些不足,使很多特殊地质条件下利用常规钻井及井控技术也很难解决的复杂钻井难题,得以较好的解决。
针对以往研发的采用PID连续控制策略来控制节流压力所出现的过冲以及控制效果反馈时间较长的问题,本论文对以往采用节流压力控制装备和PID控制策略进行系统分析,找出了经典PID步阶响应和PID控制方法本身存在的缺点,提出以PLC和电液转换元件高速开关阀为基础的脉冲控制方案,以此方案为中心,提出了MPD钻井节流压力控制的概念设计,并从理论上进行方案可行性的论证。
根据概念设计中提出的数据采集显示模块,PLC脉冲控制模块、液压模块以及电源模块设计方案,给出了详尽的实现各模块功能的方法。PLC数据采集、计算和控制是本控制方案实现的关键,本文编制了PLC功能程序,并在三维力控组态软件的基础上,制作了MPD下节流压力监控软件。
完成了液压机构,相关液路块、控制箱体的设计及加工。在实验室内,对相关装备进行了电气实验,进行了系统分别在自动控制和手动控制条件下PLC对控制阀块控制制功能实验,实现了自动、手动控制的控制功能以及两者的切换。
本论文提出的脉冲控制方案,是在节流压力控制方向方法上一次全新的尝试。从室内研究及实验的情况来看,能够实现相关控制功能。下一步希望这套方案能在现实条件下得到实验及应用。