随着我国经济快速发展,人们对石油天然气的需求日益提高,进而对油气田现场能源开采效率提出了更高要求。由于石油开采设备频繁作业井下连续油管连接处存在老化、锈蚀等问题,以及修井作业过程中时有出现油管卡死现象,极大的影响了修井作业效率。本文通过对国内外现有的油管内切割设备的优缺点进行剖析,并结合国内修井作业设备的基本作业流程,研发一种与现有带压作业机有效融合的密闭切断装置。参考手动油管外切割工具作业方式,从密闭切断装置的结构组成、工作原理及主要技术参数展开研究,结合修井作业实际工况来确定装置的结构组成和设计要求。在此基础上进一步深入研究其切割机理,通过油管切割实验来分析回转组件转动速度和割刀组件进给量对油管切割效果的影响,以此来确定切割油管的最佳运动参数。根据油管切割过程中割刀所受的最大切割阻力及进给精度要求,进行密闭切断装置传动机构滚珠丝杠的计算选型,计算驱动回转组件及滚珠丝杠转动所需的最大转矩。结合ANSYS有限元仿真软件对传动齿轮进行瞬态动力学分析,确保其在传动过程中符合力学性能要求;并对回转组件进行压力性能分析,确保其在30MPa井内压力的冲击下主体结构强度符合带压作业现场安全密封性要求。在完成整套装置的结构设计后,进一步对密闭切断装置进行液压控制回路设计,以满足带压切割油管时回转和进给作业的需求。结合阀控马达原理建立了割刀进给系统数学模型,并对液压元件计算选型。在此基础上,提出一种基于粒子群优化的自适应模糊PID控制策略,以提升阀控马达割刀进给系统的控制性能。结果表明,该策略作用下系统整体转动角度跟踪性能及跟踪误差均能满足油管切割精度要求,且其动态调节性能也更佳。图[55]表[8]参[69]