[发明专利]一种节流阀的开度调节方法与装置

说明书

本发明公开了一种节流阀的开度调节方法与装置，该方法包括基于节流阀的开度调节特性建立节流阀的开度偏差与电液比例阀的输出电流之间的调节曲线；实时获取节流阀的开度变化数据，并利用所述开度变化数据与开度设定值计算节流阀的开度偏差；根据所述开度偏差与所述调节曲线获取控制电液比例阀的电流信号对节流阀的开度进行调节。该方法能够同时满足节流阀在调节时的非线性与连续性要求，显著提高调节的精度。

技术领域

本发明涉及石油钻井过程控制领域，尤其涉及一种节流阀的开度调节方法与装置。

背景技术

随着石油工业的快速发展，实际勘探开发对各种钻井技术的要求也越来越高。钻井技术开始不断向着自动化和智能化的方向发展，大量新型的自动化智能化钻井技术开始不断的涌现出来，并被广泛的应用于各种作业现场。精细控压钻井技术是自动化钻井的一个方面，用于在钻井过程中自动监控井底压力。

精细控压钻井是指通过数据监测系统和井口设备对井筒压力进行实时监控，实现安全钻井。在控压钻井系统装备中，通过调节节流管汇上的控压钻井节流阀实现对井口回压的控制，保持整个钻井过程中井口压力的平衡。

作为实现压力控制的核心组成部分，节流阀的开度调节控制是控压钻井实施的关键技术。目前，节流阀的开度控制方法主要存在以下问题：一方面，现有技术中多使用PID算法对节流阀进行控制，PID算法基于精确的数学模型，利用确定的控制规律进行控制。而实际中的节流阀具有非线性与时变不确定性，因此难以建立精确的数学模型。同时，钻井的地下工况非常复杂，PID算法受到参数整定方法繁杂的困扰，PID控制器参数往往整定不良、性能欠佳，对运行工况的适应性很差。另外，节流阀需要对液压缸的双向动作进行调节，采用PID算法进行双向控制会显著增加控制方法的复杂度，影响控制效果。另一方面，现有技术对节流阀的控制多集中于方向控制，而不能进行高精度的速度调节，不能适应当节流阀的开度偏差大需要快速调节，当其开度偏差小需要精细调节的要求。

综上，亟需一种新的节流阀的开度调节方法以解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是需要提供一种新的节流阀的开度调节方法以提高其调节精度。

为了解决上述技术问题，本申请的实施例首先提供了一种节流阀的开度调节方法，包括基于节流阀的开度调节特性建立节流阀的开度偏差与电液比例阀的输出电流之间的调节曲线；实时获取节流阀的开度变化数据，并利用所述开度变化数据与开度设定值计算节流阀的开度偏差；根据所述开度偏差与所述调节曲线获取控制电液比例阀的电流信号对节流阀的开度进行调节。

优选地，在基于节流阀的开度调节特性建立节流阀的开度偏差与电液比例阀的输出电流之间的调节曲线的步骤中包括：基于节流阀的开度调节特性建立节流阀的开度偏差与电液比例阀的输出电流之间的对应关系；利用最小二乘法对所述对应关系进行曲线拟合以得到节流阀的开度偏差与电液比例阀的输出电流之间的调节曲线。

优选地，在基于节流阀的开度调节特性建立节流阀的开度偏差与电液比例阀的输出电流之间的对应关系时：当节流阀的开度偏差的绝对值大于预设的偏差值时，以最大输出电流或最小输出电流控制电液比例阀；当节流阀的开度偏差的绝对值小于等于所述预设的偏差值时，以在所述最大输出电流与最小输出电流之间连续过渡的电流控制电液比例阀，其中，当节流阀的开度偏差等于零时，以所述最大输出电流与最小输出电流的均值电流控制电液比例阀。

优选地，当以在所述最大输出电流与最小输出电流之间连续过渡的电流控制电液比例阀时，所述调节曲线包括：快调区，用于实现节流阀开度的快速响应；微调区，用于实现节流阀开度的精细调节；过渡区，用于实现快调区到微调区的节流阀开度的平稳过渡；超调抑制区，用于抑制节流阀开度的超调。

优选地，采用如下表达式建立节流阀的开度偏差与电液比例阀的输出电流之间的调节曲线：