旋转导向钻井工具发电机电磁转矩控制及其优化

doi:10.7623/syxb201106020

石油学报 ›› 2011, Vol. 32 ›› Issue (6): 1055-1060.DOI: 10.7623/syxb201106020

旋转导向钻井工具发电机电磁转矩控制及其优化

金金程为彬郭颖娜

西安石油大学陕西省钻机控制技术重点实验室陕西西安 710065

收稿日期:2011-04-28 修回日期:2011-08-19 出版日期:2011-11-25 发布日期:2012-01-17
通讯作者: 金金
作者简介:金金，女，1987年10月生，2009年毕业于西安石油大学，现为西安石油大学在读硕士研究生，主要从事电力电子与电力传动的研究。
基金资助:
陕西省教育厅专项科研基金（09JK687）和西安石油大学研究生创新基金（YS37030503）联合资助。

Control and optimization of the generator electromagnetic torque of rotary steering drilling tools

JIN Jin CHENG Weibin GUO Yingna

Received:2011-04-28 Revised:2011-08-19 Online:2011-11-25 Published:2012-01-17

摘要/Abstract

摘要：

全旋转导向钻井工具的导向功能是通过调节其下涡轮发电机输出电磁转矩实现的。根据PWM斩波型控制电路模型，推导出旋转导向钻井工具涡轮发电机电磁转矩的数学表达式，通过数值计算确定了电磁转矩与控制量之间的关系，并进行了台架试验验证。从电机磁场储能角度讨论了发电机输出脉动转矩产生的内在原因及其计算方法，并在斩波型控制电路中引入有源功率因数校正技术，设计了一种可提高功率因数和电路稳定性的优化控制电路。试验测试结果表明，斩波优化控制电路消除了谐波脉动转矩，在增强电路稳定性的同时也增加了电磁转矩的调节范围。

关键词: 旋转导向钻井工具, 涡轮发电机, 转矩控制, 斩波电路, 优化

Abstract:

Steering function of all-rotary steering drilling tools is achieved through adjusting electromagnetic torque of the downhole turbine generator. Through the control circuit model in a pulse-width-modulation (PWM) chop mode, the mathematical expression of electromagnetic torque of rotary steering drilling tools was deduced. A relationship between electromagnetic torque and control factors was established by means of numerical calculation and verified by bench test. The internal cause of ripple torque from a generator and its calculation were discussed in terms of magnetic energy storage and an active power factor calibration was introduced into the chopper control circuit. An optimized chopper control circuit was designed, which can improve power factors and circuit stability. The test result shows that the optimized chopper control circuit can eliminate harmonic ripple torque and enhance the stability of circuit while increasing the adjustment range of electromagnetic torque.

Key words: rotary steering drilling tool, turbine generator, torque control, chopper circuit, optimization

金金程为彬郭颖娜. 旋转导向钻井工具发电机电磁转矩控制及其优化[J]. 石油学报, 2011, 32(6): 1055-1060.

JIN Jin CHENG Weibin GUO Yingna. Control and optimization of the generator electromagnetic torque of rotary steering drilling tools[J]. Editorial office of ACTA PETROLEI SINICA, 2011, 32(6): 1055-1060.

参考文献

[1]张绍槐.现代导向钻井技术的新进展及发展方向[J].石油学报,2003,24(3):82-85.

Zhang Shaohuai.New progress and development direction of modern steering drilling techniques[J].Acta Petrolei Sinica,2003,24(3):82-85.

[2]闫文辉,彭勇,张绍槐.旋转导向钻井工具的研制原理[J].石油学报,2005,26(5):94-97.

Yan Wenhui,Peng Yong,Zhang Shaohuai.Mechanism of rotary steering drilling tool[J].Acta Petrolei Sinica,2005,26(5):94-97.

[3]汤楠,穆向阳.调制式旋转导向钻井工具稳定平台控制机构研究[J].石油钻采工艺,2003,25(3):9-12.

Tang Nan,Mu Xiangyang.Study on the platform stabilizing control mechanism of modulating rotary steerable drilling tool[J].Oil Drilling &Production Technology,2003,25(3):9-12.

[4]程为彬,郭颖娜,康思民,等.Boost型转矩控制器的稳定控制技术研究[J].石油学报,2009,30(6):942-946.

Cheng Weibin,Guo Yingna,Kang Simin,et al.Research on stability-control technique for boost torque controller[J].Acta Petrolei Sinica,2009,30(6):942-946.

[5]Barr J D,Clegg J M,Russell M K.Steerable rotary drilling with an experimental system[R].SPE 29382,1995.

[6]Molayee A,Teymoori A.Experience with rotary steerable system for reservoir drilling in Iranian offshore oilfields [R].SPE 100917,2006.

[7]沈跃,苏义脑,李林,等.井下随钻测量涡轮发电机的设计与工作特性分析[J].石油学报,2008,29(6):907-912.

Shen Yue,Su Yinao,Li Lin,et al.Design of downhole turbine alternator for measurement while drilling and its performance analysis[J].Acta Petrolei Sinica,2008,29(6):907-912.

[8]汤蕴璆,史乃.电机学[M].北京:机械工业出版社,2006:305-334.

Tang Yunqiu,Shi Nai.Electrical machine[M].Beijing:China Machine Press,2006:305-334.

[9]程为彬,张维乐,汪跃龙,等.凸极式单相同步发电机的电磁性能分析[J].微特电机,2010,38(12):21-23.

Cheng Weibin,Zhang Weile,Wang Yuelong,et al.Electromagnetic performance analysis of salient-pole single-phase synchronous generators[J].Small & Special Electrical Machines,2010,38(12):21-23. 

[10]杨顺昌,廖勇,余渝.考虑谐波影响后交流励磁电动机电磁转矩的分析与计算[J].电工技术学报,2003,18(1):5-9.

Yang Shunchang,Liao Yong,Yu Yu.Analysis and calculation of electromagnetic torques for AC excited motors incorporating the effect of harmonic currents in the excitation source[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2003,18 (1):5-9.

[11]Dranga O,Tse C K,Iu H H C,et al.Bifurcation behavior of a power-factor-correction boost converter[J].International Journal of Bifurcation and Chaos in Applied Sciences and Engineering,2003,13(10):3107-3114.

[12]Orabi M,Ninomiya T.Nonlinear dynamics of power-factor-correction conrerter[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2003,50(6):1116-1125.

[13]周宇飞,黄家成,王诗兵,等.PFC Boost变换器中的斜坡补偿设计原理[J].中国科学F辑:信息科学,2009,39 (11):1217-1223.

Zhou Yufei,Huang Jiacheng,Wang Shibing,et al.Principle of designing slope compensation in PFC boost converter[J].Science in China Series F：Information Sciences,2009,39(11):1217-1223.

[14]程为彬,郭颖娜,汤楠,等.宽输入Boost电路的参数正弦微扰调整与镇定[J].物理学报,2010,59 (5):3035-3042.

Cheng Weibin,Guo Yingna,Tang Nan,et al.Adjustment and stability control for wide range input voltage boost converter with small sinusoidal perturbation [J].Acta Physica Sinica,2010,59(5):3035-3042.

[15]程为彬,康思民,汪跃龙,等.功率因数校正Boost变换器中快时标不稳定的形成与参数动态共振[J].物理学报,2011,60(2):103-110.

Cheng Weibin,Kang Simin,Wang Yuelong,et al.Fast-scale instability and dynamic parameter resonance of power factor correction boost converter[J].Acta Physica Sinica,2011,60(2):103-110.

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Control and optimization of the generator electromagnetic torque of rotary steering drilling tools

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[6]	韦世明, 金衍, 考佳玮, 夏阳, 林伯韬. 钻井—压裂—生产全过程储层应力演化与加密井压裂优化[J]. 石油学报, 2022, 43(9): 1305-1314,1324.
[7]	赵辉, 刘邓, 宋本彪, 惠艳妮, 盛广龙. 基于数据空间反演的油藏实时生产优化方法[J]. 石油学报, 2022, 43(1): 67-74.
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[9]	董世民, 王宏博. 定向井抽油杆柱横向振动仿真模型及扶正器布点优化[J]. 石油学报, 2020, 41(12): 1686-1696.
[10]	郭建春, 任冀川, 王世彬, 苟波, 赵俊生, 伍林. 裂缝性致密碳酸盐岩储层酸压多场耦合数值模拟与应用[J]. 石油学报, 2020, 41(10): 1219-1228.
[11]	陈海宏, 左丽丽, 吴长春, 李清平. 油品需求型成品油管道分输计划优化[J]. 石油学报, 2019, 40(8): 990-996.
[12]	冯其红, 徐世乾, 任国通, 王森, 李昱垚. 致密油多级压裂水平井井网参数分级优化[J]. 石油学报, 2019, 40(7): 830-838.
[13]	王永卓, 周学民, 印长海, 舒萍, 曹宝军, 朱映康. 徐深气田成藏条件及勘探开发关键技术[J]. 石油学报, 2019, 40(7): 866-886.
[14]	赵传伟, 王绍先, 裴学良, 吴仲华, 聂云飞, 周洪国, 孙浩玉, 姜雪. 计数式全通径压裂滑套优化设计[J]. 石油学报, 2018, 39(4): 482-490.
[15]	张涛, 李相方, 王香增, 严云奎, 乔向阳, 马骋, 雷开宇, 唐培哲, 冯东, 赵文. 低渗致密复杂叠置储层组合立体井网高效动用方法——以延安气田为例[J]. 石油学报, 2018, 39(11): 1279-1291.