[发明专利]一种全电驱动的井下安全阀及其数字孪生控制方法与系统

说明书

本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种全电驱动的井下安全阀及其数字孪生控制方法与系统。全电驱动的井下安全阀，包括全电驱动的井下安全阀结构和全电驱动的井下安全阀控制系统。根据全电驱动的井下安全阀结构和全电驱动的井下安全阀控制系统，全电驱动的井下安全阀数字孪生控制系统建模方法包括建立永磁同步伺服无框电机运动模型、建立电磁制动器制动模型、建立安全阀结构模型、建立安全阀控制模型和建立全电驱动的井下安全阀数字孪生控制系统五个步骤，建立的全电驱动的井下安全阀数字孪生控制系统，包括永磁同步伺服无框电机运动模型，电磁制动器制动模型，中央模型计算模块，安全阀结构模型和安全阀控制模型。

技术领域

本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种全电驱动的井下安全阀及其数字孪生控制方法与系统。

背景技术

随着我国对油气资源开发力度的不断加大，各大油田面临越来越沉重的运营维护压力。科学技术的快速发展使大规模降低油田的运营维护成本成为可能。为此，国内外各油田均将数字化、智能化作为油田发展的主要方向之一。目前普遍采用液控式井下安全阀，该阀采用液压作为驱动力，存在操作程序复杂、控制响应时间长、缺乏传感器系统、难以实现智能化控制等缺点，不能满足智能化油田的发展需求。

本单位申请的发明专利“一种全电驱动的井下安全阀”(申请号201910422782.0)涉及一种全电驱动的井下安全阀，它与液控井下安全阀相比具有全电驱动、电气化程度高等优点，同时，存在控制精度低、关键运动部件铁砂阻塞、井下状态感知能力差、缺乏智能化控制系统等缺点，亟待研究解决。

发明内容

为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种全电驱动的井下安全阀及其数字孪生控制方法与系统。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

全电驱动的井下安全阀结构，包括电子舱结构单元、传动控制结构单元、运动转换结构单元、磁耦合结构单元和阀门结构单元。

传动控制结构单元，包括导电滑环内环、导电滑环外环、传动安装筒、无框电机安装板、永磁同步伺服无框电机转子、永磁同步伺服无框电机定子、无框电机安装筒、无框电机传动轴和示值扭矩限制器。导电滑环内环通过顶丝安装于无框电机传动轴上，导电滑环外环通过底部螺栓孔安装于传动安装筒盖板上，导电滑环内环和导电滑环外环之间有旋转电刷和轴承，固定的导电滑环外环和旋转运动的导电滑环内环可以通过旋转电刷传递电力或者信号，无框电机安装筒通过过盈和粘结安装于传动安装筒上，传动安装筒安装电机安装筒处下部有轴肩，永磁同步伺服无框电机定子通过粘结安装于无框电机安装筒上，无框电机安装筒下端内部位置留有凸起阶梯，永磁同步伺服无框电机转子通过粘结安装于无框电机传动轴上，无框电机传动轴安装永磁同步伺服无框电机转子处下部有轴肩，永磁同步伺服无框电机定子和永磁同步伺服无框电机转子构成一个完整的永磁同步伺服无框电机，无框电机安装板通过螺钉安装于无框电机安装筒上，示值扭矩限制器通过花键安装于无框电机传动轴上。

运动转换结构单元，包括滚珠丝杠花键槽滑块、中空式轴承内置滚珠丝杠和内花键外压筒。滚珠丝杠花键槽滑块通过内部丝杠螺纹与中空式轴承内置滚珠丝杠的外部丝杠螺纹构成丝杠副，且滚珠丝杠花键槽滑块位于中空式轴承内置滚珠丝杠外部，通过外部花键槽与内花键外压筒内部的花键形成花键配合，用于实现滚珠丝杠花键槽滑块在中空式轴承内置滚珠丝杠驱动下做轴向直线运动。