钻井牵引机器人控制机理及实验研究

先进制造与自动化

一、项目进展

创意计划阶段

二、负责人及成员

姓名	学院/所学专业	入学/毕业时间
方世纪	机电工程学院/机械工程	2018/2022

三、指导教师

姓名	学院/所学专业	职务/职称	研究方向
赵建国	机电工程学院/机械工程	实验师	智能钻完井技术

四、项目简介

连续油管在水平井钻井中极易屈曲“锁死”，无法有效控制钻井参数，致使水平井延伸能力极其有限。项目利用钻井牵引机器人加载钻压和控制钻井参数，首先提出钻压-钻速-转速机电液融合控制方法，明确联合控制准则；基于此建立机器人机电液融合控制数值模型，揭示机器人钻压-钻速-转速联合控制机理；利用现有机器人样机验证理论正确性。研究成果对连续油管钻井参数智能化控制、提高水平井延伸能力具有重要科学意义和工程应用价值。

成果类别	成果名称	相关团队成员	相关指导老师
件著作权	钻井牵引机器人控制系统软件	董润、代继樑、韩硕、刘文全	赵建国、王国荣
实用新型专利	《一种钻井牵引机器人支撑机构测试系统及方法》 《钻井机器人摩擦块测试系统及方法》 《钻井牵引机器人速度测试方法》	方世纪、董润、代继樑、韩硕、王鲲鹏	赵建国、王国荣
期刊	“Combined control mechanism of WOB and ROP with downhole robot in coiled tubing drilling process”	韩硕、方世纪、代继樑	赵建国、王国荣
竞赛 奖项	“互联网+”一等奖、石油装备设计大赛一等奖等国家级和省部级奖项11项。项目成员获全国三维数字化创新设计大赛一等奖	方世纪、董润、代继樑、韩硕	赵建国、王国荣

开展长水平段钻井高效安全快速建井技术研究，对缓解我国能源供需矛盾、促进经济社会科学发展具有重大战略意义，提高页岩气等非常规油气开采的综合经济效益

完成了井下牵引机器人工作机理研究，及井下牵引机器人整体方案设计和强度抗冲蚀特性分析。根据牵引机器人工作机理，完成了牵引机器人整体方案设计，包括整体布置方式设计、支撑机构和伸缩机构的设计与计算；完成了井下牵引机器人微电液控制机理研究和井下牵引机器人牵引力、牵引速度联合控制方法研究。设计了一套基于钻井液驱动的，可以控制牵引力和牵引速度的牵引机器人电液控制系统，建立了钻杆-井下牵引机器人-动力钻具-钻头-岩石-钻井液动力学模型，模型综合考虑了钻头与岩石互作用关系，机器人与钻压、排量的互作用关系；利用模拟井筒进行了钻井井下牵引机器人牵引力测试，测试牵引力达7.14吨，打破了美国WWT公司保持的6.5吨记录，研制的钻井井下牵引机器人产品研制及工业化应用奠定了基础，可对长水平井页岩气等非常规油气资源经济长效开发提供装备和技术支撑。