旋转导向钻井工具电磁转矩稳定控制理论与方法研究

论文摘要

随着海洋大位移井、隐蔽性油藏和断块油藏的开发、提高油气田开采经济效益的需求,以及石油钻井自动化技术发展,旋转导向钻井技术应运而生。国外的技术垄断迫使我国开始自主研制旋转导向钻井工具系统,调制式全旋转导向钻井工具就是其中一种；稳定平台单元是调制式全旋转导向钻井工具的重要组成部分之一,其中上涡轮发电机为稳定平台提供供电电源,下涡轮发电机是稳定平台的扭矩发生器(执行部件),能否有效地提供电源和力矩对于整个系统至关重要。本文首先在分析以Power Drive为典型的调制式旋转导向钻井工具的工具结构和工作过程的基础上,对稳定平台单元下涡轮永磁同步发电机的电磁转矩进行了基本研究；再以单相永磁同步发电机为研究对象,分析了它的磁势、磁通、感应电势、相量图、工作原理和电磁转矩的影响因数；然后结合电磁转矩控制理论,建立了下涡轮发电机电磁转矩控制器的数学模型,重点分析功率因数对转矩的影响,并采用连续模式下平均电流控制的升压型有源功率因数校正技术,提出了能够提高功率因数和转换效率的电磁转矩控制方法；最后利用Matlab仿真技术,对转矩控制方法进行了验证,表明这种控制技术可以达到克服脉动转矩,提升涡轮发电机的转矩输出能力和控稳性能的目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外旋转导向钻井技术的发展现状和趋势
• 1.2.1 旋转导向钻井技术的国外应用现状
• 1.2.2 我国旋转导向钻井技术应用和发展现状
• 1.2.3 永磁电机及其发展概况
• 1.3 本文研究内容和章节安排
• 第二章 涡轮发电机转矩平衡分析
• 2.1 旋转导向钻井工具系统的结构组成和工作原理
• 2.2 旋转导向钻井工具稳定平台的转矩平衡分析
• 2.3 稳定平台电磁转矩控制的提出
• 2.4 本章小结
• 第三章 凸极式单相永磁同步发电机
• 3.1 永磁体
• 3.1.1 永磁材料的种类及性能特点
• 3.1.2 永磁材料的选择原则
• 3.2 定转子磁路结构
• 3.3 单相永磁同步发电机
• 3.3.1 磁链和磁势
• 3.3.2 相量图
• 3.3.3 功率转矩
• 3.4 本章小结
• 第四章 涡轮发电机APFC转矩控制系统
• 4.1 基本理论
• 4.1.1 功率因数校正的概念
• 4.1.2 功率因数与总谐波失真系数的关系
• 4.1.3 平均电流控制模式的原理
• 4.2 APFC转矩控制系统设计
• 4.2.1 APFC转矩控制系统结构设计
• 4.2.2 APFC转矩控制系统电路设计
• 4.3 APFC转矩控制系统仿真与分析
• 4.3.1 系统仿真模型的建立
• 4.3.2 仿真结果与分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 所做的工作
• 5.2 结论
• 5.3 论文工作的不足及今后工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 详细摘要