油井鉆桿全自動(dòng)壓力矯直在線檢測(cè)與工藝優(yōu)化研究.pdf

1、油井鉆桿是石油勘探開(kāi)采時(shí)驅(qū)動(dòng)鉆頭向地層深處快速掘進(jìn)的關(guān)鍵構(gòu)件,因此對(duì)其直線度有很高的要求。由于油井鉆桿長(zhǎng)徑比大、管壁溥、兩端鐓粗的形狀特點(diǎn),在其端部有一段直線度超差的矯直盲區(qū)需要通過(guò)壓力矯直加工進(jìn)行修正。因?yàn)槿狈Ρ匾娜詣?dòng)壓力矯直裝備,目前我國(guó)的油井鉆桿壓力矯直工藝方法勞動(dòng)強(qiáng)度大、矯直效率低、產(chǎn)品直線度差。本文以上海寶鋼重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目為依托,圍繞彎曲度在線檢測(cè)與評(píng)定方法、壓力矯直力學(xué)模型、壓力矯直工藝優(yōu)化和裝備的控制方法等油井鉆桿全

2、自動(dòng)壓力矯直中的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題,展開(kāi)了理論和實(shí)驗(yàn)研究,為油井鉆桿全自動(dòng)壓力矯直裝備的研究和開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
　　 彎曲度是計(jì)算壓力矯直工藝參數(shù)和進(jìn)行有限元分析的軸心線彎曲模型。為了提高油井鉆桿彎曲度的檢測(cè)精度,本文提出了多激光位移傳感器彎曲度在線檢測(cè)方法,為油井鉆桿截面圓度誤差的分離提供了檢測(cè)方法支持。并將諧波分析方法引入圓度誤差的表示,通過(guò)數(shù)字濾波的方式實(shí)現(xiàn)了圓度誤差的高效準(zhǔn)確分離。本文還提出了基于NURBS曲線的彎曲度評(píng)定方

3、法,能得到光順連續(xù)的空間彎曲度模型。在自主研發(fā)的油井鉆桿彎曲度檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中,經(jīng)過(guò)重復(fù)實(shí)驗(yàn)表明多激光位移傳感器彎曲度在線檢測(cè)方法具有大量程、非接觸、測(cè)量速度快、系統(tǒng)柔性高等優(yōu)點(diǎn),彎曲度評(píng)價(jià)精度從原有的0.5mm提高到0.2mm,達(dá)到了油井鉆桿全自動(dòng)壓力矯直裝備對(duì)彎曲度在線檢測(cè)系統(tǒng)的精度要求。
　　 根據(jù)油井鉆桿壓力矯直過(guò)程的特征,建立了油井鉆桿壓力矯直力學(xué)模型,并根據(jù)力學(xué)模型分析了油井鉆桿在彈性變形、彈塑性變形和卸載三個(gè)階段中的

4、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,進(jìn)一步得到了油井鉆桿壓力矯直進(jìn)給量計(jì)算公式。并選用了定位移增量法和直接約束法建立了有限元分析模型,有限元模擬的結(jié)果證明了油井鉆桿壓力矯直過(guò)程力學(xué)模型和矯直進(jìn)給量計(jì)算公式的正確性,模擬結(jié)果還表明矯直進(jìn)給量的計(jì)算結(jié)果除了與力學(xué)模型相關(guān)之外,還與矯直工件的材料性能模型密切相關(guān)。本文還進(jìn)行了拉伸性能實(shí)驗(yàn),得到了油井鉆桿材料的性能模型。
　　 全自動(dòng)壓力矯直裝備是通過(guò)自動(dòng)控制工藝路線來(lái)實(shí)現(xiàn)油井鉆桿的壓力矯直過(guò)程。本文提出了基

5、于遺傳算法的壓力矯直工藝路線優(yōu)化方法,通過(guò)引入NURBS曲線的重新定位控制頂點(diǎn)算法,得到壓力矯直后油井鉆桿的彎曲度預(yù)測(cè)模型,通過(guò)遺傳算法搜索優(yōu)化變量組合,實(shí)現(xiàn)以最少的矯直步數(shù)達(dá)到盡可能高直線度的優(yōu)化目標(biāo)。通過(guò)具體實(shí)例的模擬表明,該優(yōu)化方法由于統(tǒng)籌考慮了各步矯直結(jié)果,避免了相互干涉形成新的彎曲變形,從而提高了全自動(dòng)壓力矯直裝備的工作效率和矯直精度。同時(shí),矯直進(jìn)給量是全自動(dòng)壓力矯直裝備最重要的工藝參數(shù),本文通過(guò)大量實(shí)際矯直數(shù)據(jù)的PLSR法分

6、析,推導(dǎo)得到了矯直進(jìn)給量修正計(jì)算公式,提高了矯直進(jìn)給量的計(jì)算精度5％～10％,可用于油井鉆桿全自動(dòng)壓力矯直裝備的矯直進(jìn)給量計(jì)算。
　　 根據(jù)彎曲度在線檢測(cè)方法和壓力矯直工藝優(yōu)化研究的結(jié)果,本文對(duì)油井鉆桿全自動(dòng)壓力矯直裝備的控制方法進(jìn)行了整體研究。并針對(duì)油井鉆桿準(zhǔn)確定位于軸向任意位置的需求,提出了光電開(kāi)關(guān)自動(dòng)引導(dǎo)軸向定位方法,實(shí)現(xiàn)了油井鉆桿的軸向任意定位,而且定位精度可以得到保證。矯直進(jìn)給量的控制是全自動(dòng)壓力矯直裝備的最終執(zhí)行控制