动态指向式旋转导向钻井系统的虚拟现实仿真

凰应用技术动态指向式旋转导向钻井系统的虚拟现实仿真李超于佐军中国石油大学华东信息科学与控制工程学院摘要在指向式旋转导向钻井系统的基础上，对基于双偏心环调节机构的动态指向式旋转导向钻井工具模型进行MATLAB虚拟现实仿真。利用3DMAX软件，构建钻井工具的虚拟三维模型。在MATLAB环境下，通过工具箱中虚拟现实接口，将钻井系统的控制模型与三维模型连接起来，改变各个参数的设置，观察钻井工具三维模型的运动，为动态指向式旋转导向钻井系统的研究以及实现对钻井系统的最优设计打下理论基础。关键词虚拟现实；3DMAX；旋转导向钻井；SIMULINKO引言近几十年来，水平井、大位移井、多分支井等复杂结构井和“海油陆采”的迅速发展，以及钻井工艺对提高效率、降低成本、提高在恶劣环境和复杂地质条件下钻井能力等的要求，国内外纷纷开展对旋转导向钻井技术的研究【1】。目前已开发应用的旋转导向井下工具按工作方式基本可以分为静态偏置推靠钻头式、动态偏置调制式推靠钻头式和静态偏置指向钻头式3类2。动态指向式旋转导向钻井系统作为一种全新的设计理念，代表了当今世界钻井技术发展的最高水平。由于国内在旋转导向钻井系统领域起步较晚，且国外的技术垄断，导致国内相关领域的研究比较落后。动态指向式旋转导向钻井系统具有一系列优点L1旋转钻进，井眼光滑，适合于钻大位移井稳斜段；2机械钻速较高，可适用于较大钻压；3可更好地保证井身质量安全，己逐渐成为钻井技术研究热点之一。MATLAB虚拟现实工具箱提供了一个能在三维虚拟现实环境中，进行可视化操作以及与动态系统进行交互的有效方案，使用标准的VRML技术，可以利用MATLAB和SIMULINK环境生成标准的虚拟场景J。通过SIMULINK接口在虚拟现实三维环境中观察动态系统的模拟情况，对模型对象之间的复杂关系有很好的理解，能够加快建模和模型测试的过程。由于钻井系统的三维模型复杂，用VRML语言编写，需要对该语言非常精通。为了降低直接编程的难度，提高建模效率，前期可以借助3DMAX软件强大的三维模型构建能力，对动态旋转导向钻井系统的模型进行前期建模，然后导出VRML97格式。后期用MATLAB自带的VREALMBUILDER20编辑器对模型进行修改。这样可以充分利用3DMAX的三维建模能力和SIMULINK系统建模、仿真及综合分析的能力，大大减少工作量。L工作原理动态指向式旋转导向钻井系统大体可以分为两部分稳定平台和偏置机构。11稳定平台指向式旋转导向钻井系统的稳定平台是整个导向工具的关键部位，为偏置机构提供一个相对大地静止的参考系，在参考系下确定井斜角和方位角。当外筒旋转带动钻头转动时，钻头指向也会围绕钻柱中心线旋转，为保证钻头指向恒定不变，控制系统将会测量钻柱旋转，给稳定平台一个相反的转速转动，使稳定平台保持对地静止，从而保持钻头指向恒定不变。12偏置机构一双偏心圆环偏置机构的作用是通过调节控制偏心环的转动达到所需的井斜角和方位角。偏置机构是由两个电机带动的偏心环组成，内偏心环轴与外偏心环轴之间以及外偏心环轴与中心轴之间存在05。的夹角，通过双偏心环之间的耦合获取所需的井斜角和方位角。2013年第34卷第2期自动化与信息工程37郑海林李青山周文君基于POWERLINK的分布式电动机漏电保护节点设计6刘兆庆，潘邵武，张毅刚基于DP83640的IEEE1588应用研究J坝0控技术，2012，31980838】黄育和，佘鹏，张立平基于CANOPEN协议多通道温度测量模块的研发J启动化与信息工程，2011,3253639许洪华，刘科确定性工业以太网ETHEMETPOWERLINKJ冶金自动化，200442325DESIGNOFDISTRIBUTEDMOTORLEAKAGEPROTECTIONNODEBASEDONPOWERLINKZHENGHAILINLIQINGSHANZHOUWENJUNTHE28THRESEARCHINSTITUTEOFCHINAELECTRONICSTECHNOLOGYGROUPCORPORATIONABSTRACTMOTORLEAKAGEPROTECTIONISIMPORTANTTOGUARANTEETHESAFEOPERATIONOFTHEMOTORTHEDESIGNOFTHEDISTRIBUTEDMOTORLEAKAGEPROTECTIONNODEBASEDONPOWERLINKINDUSTRIALETHEMETISPRESENTEDTHEHARDWARECOMPOSITION，COMMUNICATIONINTERFACEANDPOWERLINKCOMMUNICATIONCONFIGURATIONAREDESCRIBEDINTHEPAPERTHEDESIGNSOFTHEPOWERLINKINTERFACEANDTHEOBJECTDICTIONARYCONFIGURATIONAREEMPHASIZEDTHELEAKAGEPROTECTIONNODECANBECONNECTEDWITHHOSTNODETOBUILDADISTRIBUTEDMOTORLEAKAGEPROTECTIONSYSTEMKEYWORDSPOWERLINK；LEAKAGEPROTECTION；OBJECTDICTIONARY作者简介郑海林，男，1987年11月生，助理工程师，研究方向计算机控制和现场总线技术。EMAILZHENGHAILIN128163COM上接第40页THEVIRTUALREALITYSIMULATI0N0FDYNAMICPOINTTHEBITROTARYSTEERABLEDRILLINGSYSTEMLICHAOYUZUOJUNCHINAUNIVERSITYOFPETROLEUMABSTRACTTHESIMULATIONOFTHEDYNAMICROTARYSTEERABLEDRILLINGSYSTEMBASEDONDOUBLEECCENTRICRINGADJUSTMENTMECHANISMISCOMPLETEDINTHISPAPERUSINGTHREEDIMENSIONALMODELOFTHE3DMAXSOFTWARE，AVIRTUALTHREEDIMENSIONALMODELOFTHEDRILLINGTOOLCANBEBUILDUNDERTHEENVIRONMENTOFMATLAB，VIRTUALREALITYINTERFACEOFTOOLBOXINMATLABCANLINKCONTROLMODELWITHTHREEDIMENSIONALMODELOFTHEDRILLINGSYSTEMWECANCHANGETHESETTINGSOFTHEVARIOUSPARAMETERSANDOBSERVETHEMOVEMENTOFTHETHREEDIMENSIONALMODELOFDRILLINGTOOLSTOSTUDYTHISNEWDRILLINGSYSTEMASWELLASTOLAYATHEORETICALBASISFORTHEOPTIMALDESIGNOFTHEDRILLINGSYSTEMKEYWORDSVIRTUALREALITY；3DMAX；ROTARY