全旋转导向钻井工具测控技术

　　复杂结构井是开采复杂油气藏的主要技术手段，分析在复杂井眼轨迹钻井面临的诸多挑战中，旋转导向钻井技术既是钻成复杂结构井的核心技术也是亟需研究解决的关键问题。研究了旋转导向钻井的原理及其国内外的现状，讨论了旋转导向钻井技术研究的关键问题与研究中的主要困难，提出了井下导向控制中需要研究解决的几个主要问题。 稳定控制平台是导向工具的核心，起着导向控制的关键作用。如何实现稳定控制平台在井下复杂工作环境、强扰动作用和钻井液流量大范围变化条件下在任意角度位置的稳定控制，是旋转导向钻井技术研究必须解决的关键技术问题。 《全旋转导向钻井工具测控技术》一书针对稳定控制平台的非线性控制问题和测控技术，分析平台的动力学和运动学规律，剖析各种扰动作用力矩对平台运动和控制的影响，研究和探索能有效消除扰动影响的控制方法，提高钻井技术水平和装备水平、降低钻井作业成本和作业风险、高效开采复杂油气藏。

　　高怡，工学博士，西安石油大学 电子工程学院 副教授。毕业于西北工业大学分别获学士、硕士和博士学位。曾就职于某航天科学研究所和石油领域私企。研究方向：控制理论与控制工程、导向钻井工程、导航制导与控制。主讲课程：自动化仪表及控制、电力电子技术、智能控制等。科研项目：主持国家自然科学基金（51604226）、陕西省科技计划项目自然科学基础研究计划面上项目（2018JM5064）、陕西省教育厅重点项目（16JS090）、西安石油大学青年科技创新基金（2015BS44）
　　康思民，2006年9月-2010年6月就读于西安建筑科技大学自动化专业，获学士学位；2010年9月-2013年3月，就读于西北工业大学机械电子专业，获硕士学位；2013年3月-2018年6月就断与西北工业大学检测技术与自动化专业，获工学博士学位。现就职于西安石油大学电子工程学院自动化教研室。博士期间从事液压系统及元件的控制、建模及数值模拟研究。

第 １ 章 绪论 
第 １ 节 复杂井眼轨迹钻井面临的挑战 
第 ２ 节 旋转导向钻井原理 
第 ３ 节 旋转导向钻井技术国外研究现状 
第 ４ 节 旋转导向钻井技术国内研究现状 
第 ５ 节 旋转导向钻井的关键技术 
第 ６ 节 导向钻井工具测控关键问题 
第 ７ 节 导向钻井测控技术展望 
第 ２ 章 稳定控制平台动力学研究 
第 １ 节 稳定控制平台的机械结构分析 
第 ２ 节 稳定控制平台的摩擦力矩分析 
第 ３ 节 稳定控制平台的水力冲击力矩分析 
第 ４ 节 稳定控制平台的偏心作用力矩分析 
第 ５ 节 泥浆涡轮电机的动力学特性分析 
第 ６ 节 稳定控制平台的动力学方程 
第 ３ 章 稳定控制平台的运动分析 
第 １ 节 无扰动作用时的稳定控制平台运动分析 
第 ２ 节 有界扰动影响下的稳定控制平台运动分析 
第 ３ 节 稳定控制平台的运动分析对平台结构改进的启示  
第 ４ 节 稳定控制平台角度位置控制系统结构设计 
第 ５ 节 稳定控制平台角度位置控制的控制性能要求 
第 ６ 节 无扰动时稳定控制平台的 ＰＩＤ 控制仿真 
第 ４ 章 稳定控制平台的电压前馈－反馈控制 
第 １ 节 钻井液流量变动对平台角度控制的影响分析 
第 ２ 节 稳定控制平台角度控制的流量前馈补偿方法 
第 ３ 节 稳定控制平台角度控制的电机电压前馈补偿方法  
第 ４ 节 稳定控制平台角度控制的电机电压前馈补偿的实现  
第 ５ 节 稳定控制平台的电机电压前馈－角度反馈控制仿真  
第 ５ 章 稳定控制平台的反馈线性化控制 
第 １ 节 稳定控制平台角度位置控制的反馈线性化方法 
第 ２ 节 稳定控制平台系统结构参数的在线估计 
第 ３ 节 稳定控制平台反馈线性化控制的实现与仿真 
第 ４ 节 稳定控制平台的机械驱动试验装置设计 
第 ５ 节 稳定控制平台反馈线性化控制的机械驱动测试 
第 ６ 章 稳定控制平台的非线性预测控制 
第 １ 节 非线性预测控制概述 
第 ２ 节 稳定控制平台非线性预测控制系统结构 
第 ３ 节 仿射非线性系统的预测控制 
第 ４ 节 仿射非线性系统预测控制的稳定性分析 
第 ５ 节 稳定控制平台的控制模式切换 
第 ６ 节 稳定控制平台模型预测控制的参考轨迹设计 
第 ７ 节 稳定控制平台非线性预测控制算法 
第 ８ 节 稳定控制平台非线性预测控制仿真 
第 ９ 节 稳定控制平台非线性预测控制的机械驱动测试 
第 １０ 节 稳定控制平台非线性预测控制的水力驱动测试 
第 ７ 章 稳定控制平台的智能控制 
第 １ 节 模糊控制基本原理 
第 ２ 节 导向钻井工具稳定平台的模糊控制 
第 ３ 节 神经网络控制基本原理 
第 ４ 节 导向钻井工具稳定平台的神经网络控制 
第 ８ 章 导向钻井工具姿态动态测量方法 
第 １ 节 近钻头钻具多源动态姿态组合测量方法 
第 ２ 节 抗差自适应滤波的导向钻具动态姿态测量方法 
第 ３ 节 导向钻井工具姿态动态测量的自适应滤波方法 
参考文献

　　复杂结构井是开采复杂油气藏的主要技术手段，分析在复杂井眼轨迹钻井面临的诸多挑战中，旋转导向钻井技术既是钻成复杂结构井的核心技术也是亟需研究解决的关键问题。研究了旋转导向钻井的原理及其国内外的现状，讨论了旋转导向钻井技术研究的关键问题与研究中的主要困难，提出了井下导向控制中需要研究解决的几个主要问题。 稳定控制平台是导向工具的核心，起着导向控制的关键作用。如何实现稳定控制平台在井下复杂工作环境、强扰动作用和钻井液流量大范围变化条件下在任意角度位置的稳定控制，是旋转导向钻井技术研究必须解决的关键技术问题。 《全旋转导向钻井工具测控技术》一书针对稳定控制平台的非线性控制问题和测控技术，分析平台的动力学和运动学规律，剖析各种扰动作用力矩对平台运动和控制的影响，研究和探索能有效消除扰动影响的控制方法，提高钻井技术水平和装备水平、降低钻井作业成本和作业风险、高效开采复杂油气藏。

　　高怡，工学博士，西安石油大学 电子工程学院 副教授。毕业于西北工业大学分别获学士、硕士和博士学位。曾就职于某航天科学研究所和石油领域私企。研究方向：控制理论与控制工程、导向钻井工程、导航制导与控制。主讲课程：自动化仪表及控制、电力电子技术、智能控制等。科研项目：主持国家自然科学基金（51604226）、陕西省科技计划项目自然科学基础研究计划面上项目（2018JM5064）、陕西省教育厅重点项目（16JS090）、西安石油大学青年科技创新基金（2015BS44）
　　康思民，2006年9月-2010年6月就读于西安建筑科技大学自动化专业，获学士学位；2010年9月-2013年3月，就读于西北工业大学机械电子专业，获硕士学位；2013年3月-2018年6月就断与西北工业大学检测技术与自动化专业，获工学博士学位。现就职于西安石油大学电子工程学院自动化教研室。博士期间从事液压系统及元件的控制、建模及数值模拟研究。