控压钻井线性节流阀及其控制
来源:    发布时间: 2018-12-10 14:37   131 次浏览   大小:  16px  14px  12px
  针对现有节流阀难以满足实时精细调控的难题,设计出了在25%~85%的开度范围内压降随开度线性变化的节流阀,进行了整体结构设计,并通过性能试验验证了设计理论。针对井口回压控制不够精确、响应速度慢的问题,提出了一种井口回压三层反馈控制方法,
  针对现有节流阀难以满足实时精细调控的难题,设计出了在25%~85%的开度范围内压降随开度线性变化的节流阀,进行了整体结构设计,并通过性能试验验证了设计理论。针对井口回压控制不够精确、响应速度慢的问题,提出了一种井口回压三层反馈控制方法,实现了底层开度曲线直接控制,中间层压力快速粗调,外层压力精细调节。开发了井口回压控制模块,通过实验验证了控制方法的响应时间和精度,井口回压控制精度达到±0.1 MPa,最大响应时间为28 s。
  重庆钻井随着石油工业的快速发展,钻井技术开始不断向着自动化和智能化的方向迈进。控压钻井技术[1-8]是自动化钻井的一个方面,通过数据监测系统和井口设备对井筒压力进行实时监控,实现安全钻井。在控压钻井系统中,通过调节节流管汇上的节流阀[4]来实现对井口回压的控制,保持整个钻井过程井口压力的平衡,是控压钻井系统中实现压力控制的关键组成部分。
  目前国外高精度节流阀[2]节流性能曲线好,控制精度高,易控制使用,采用液压发动机+蜗轮蜗杆驱动方式,定位精度高。中国常用节流阀[9-15]压降与开度非线性变化,小开度下调节波动大,大开度下调节反应迟钝,执行机构为液压缸,无法快速准确定位行程。节流回压控制存在如下问题:传统方法直接建立回压到液压调节的方法,没有考虑系统内部的非线性和时变特性,控制效果差;难以建立压力与液压缸双向动作的反馈控制方法,算法复杂度高,精度低。
  针对上述问题,笔者提出了压降随开度线性变化的节流阀设计方法,进行了整体结构设计与分析,通过性能试验验证了节流阀的设计理论。基于所研制的线性节流阀提出一种井口回压三层反馈控制方法,分层实现不同目标的控制,保证调节精度,降低实现难度,并进行了相关试验验证分析。
  在设计出阀芯阀座的基础上,对节流阀阀体、阀盖、阀杆、密封件等结构进行设计,对执行机构进行优选,最终形成一套完整的节流阀结构。主要由4个部分组成:①节流结构,包括阀芯、阀座;②阀体,包括主阀体、由壬压帽和阀盖;③执行机构,包括:位移传感器保护壳、手轮、传动机构保护壳、液压发动机;④快拆导轨总成,包括导轨托架、导轨支撑螺钉、导轨、导轨吊杆、导轨卡箍、阀杆、阀芯连接螺栓。
  (1) 节流结构。节流机构是保证节流阀压降线性变化的关键部件。新型阀芯结构采用理论模型方法设计并实现了计算机辅助设计,大大缩减了设计周期,提高了节流阀的节流精度,满足控压钻井、井控节流循环的需求,设计推导过程见1.1小节。http://www.cqcsj.net/