智能电气液控制系统在石油钻机上的应用

为解决石油钻机传统控制系统的控制管线现场铺设拆卸复杂、安装维护不便、生产效率低、安全可靠性差等问题,智能电气液控制系统选用先进的阀导阀控制元件,以PLC为核心,用继电器做备份冗余控制,通过程序实现钻机的各种逻辑控制功能,实时检测、显示各种钻井参数和状态并进行故障处理。可杜绝一系列误操作及设备失控事故的发生,大大提高了钻机的可靠性和安全性。智能电气液控制系统具有更高的可靠性、先进性和适应性等特点,反应速度快,安装方便快捷,容易操作和维护,能够适应石油钻机野外钻井作业工况的需要。     

自动控制技术在轻型钻机中的应用

轻型钻机分电驱动和机械驱动两种,其中轻型电驱动钻机的自动控制系统由柴油机和发电机组组成的动力及其控制系统、驱动系统控制系统和辅助机械控制系统组成。与中、大型电驱动钻机相比,轻型电驱动钻机所需配置的发电机组、变频调速柜、SCR整流柜不仅数量少,而且容量小。轻型机械驱动钻机比较成熟的自动控制技术主要有电子控制汽油喷射装置、电子控制自动变速器、大钩限重及天车防碰自动控制系统、电子司钻和电视监控系统。     

电驱动石油钻机的安全控制技术研究

从硬件设计和软件开发两个方面分别阐述了石油钻机安全控制系统应遵循的设计原则。硬件设计方面包括:集成控制架构设计、手动急停电路设计、智能刹车系统设计、智能装置自保护功能设计、关键电气设备冗余化设计等。软件开发包括:控制器的“软急停”功能模块开发、运动防碰安全管理系统开发、智能工艺过程模块开发等。针对钻机出厂安全功能试验验证、钻机远程在线监测及专家故障诊断系统开发、网络化控制安全管理等方面提出相关工作建议。     

智能钻机与传统钻机系统组成差异与发展分析

智能钻井相比传统钻机在系统组成上具有显著进步，但整体水平仍有待提升。通过传统钻机系统组成介绍及智能钻机研发进展分析，对比智能钻机与传统钻机在八大系统组成中的具体改进之处，阐明了智能钻机不同系统及整体的发展方向。分析结果表明：起升系统、旋转系统(尤其是井下部分)、控制系统、井控系统、传动系统是钻机智能化、信息化改造的重点，钻机信息化、作业标准化、系统集成创新、运转高效化等方面需继续推进研发；基于功能裁剪方法，提出了侧重基础功能与结构简化的未来连续管智能钻机方案。分析结论可为智能钻机集成化发展与提高钻井效率提供创新思路。     

电驱动钻机控制系统配置方案探讨

在简述了电驱动钻机控制系统基本构成的基础上 ,着重介绍了控制房结构、一对一与一对二控制方式、串励与他励电动机的控制方式、柴油机调速方式、发电机调压方式和MCC开关柜等结构形式。以 70D电驱动钻机为例 ,说明最佳的系统配置是采用柴油机组并网发电 ,向SCR系统提供AC60 0V电网 ,辅助用电设备和生活用电设施由一台 60 0 /4 0 0V、 12 5 0kAV(SC12 5 0 )的环氧浇注变压器供电。从动力控制系统动力配置、电气传动系统配置和MCC配电控制系统配置等方面 ,论述了各系统控制方案的选择。最后指出 ,由于交流顶驱装置有着直流电驱动不可比拟的优越性 ,未来的电驱动钻机多倾向于发展交流电驱动钻机     

钻机电驱动控制系统国产化现状与发展

石油钻机驱动控制系统主要由动力及其控制系统,驱动及其控制系统,辅助机械控制系统和井场照明系统组成,钻机电驱动控制水平已从早期的模拟控制上升到目前国际流行的典型三级控制水平,上位监控级采用原装工控机,对钻机的运行参数实施监控,同时下传有关控制,调试参数;过程控制级采用PLC实施工艺及自诊断控制;驱动控制级采用全数字控制,构成通信网络,根据钻井工艺的要求,结合电子技术的发展,应开发起下钻过程的位置闭环控制,采用交流电动机变频调速驱动钻机,实现智能化钻井作业。     

SMC智能电动机控制系统在出口钻机上的应用

石油钻机各负载启动时会造成电压波动,对发电机组和其他用电设备损伤较大。为此,采用软启动器控制电动机的启动。由PLC控制的SMC智能电动机软启动控制系统可实现系统的故障诊断与分析,实行多种驱动方案,使系统的可靠性显著提高。在出口钻机上的应用表明,SMC智能电动机控制系统运行可靠,工作效率高;没有出现由于故障造成的钻机停钻事故。使用该系统后,每年每台设备维护费用降低50%左右,延长了电动机的使用寿命,使设备的运行成本大大降低,取得良好的社会效益和经济效益。     

最佳钻机电力控制系统——SCR

SCR是为电动钻机传递动力的可控硅控制系统。它将交流发电机发出的电流转换成直流电,为驱动钻机的直流电动机供电。这种型式在六十年代后期开始用于海上钻机,近年来不仅在海上钻机中广泛采用,陆上钻机也开始采用。美国几家钻井公司使用的电动钻机中有75％是SCR电驱动系统。有的还将机械传动钻机改为SCR系统。特别是由于集成电路的应用,使得SCR电驱动系统的控制不     

我国石油钻机控制技术现状与后续发展思考

从电力拖动技术、逻辑程序控制技术、管柱自动化技术、网电及直驱传动技术和司钻远程集中操作技术等方面阐述了目前国内石油钻机控制系统在自动化、智能化和信息化方面的技术现状。对照国外钻机新技术发展对控制系统的新功能要求,提出了国内钻机存在的融合集成化水平不高、"软扭矩"等核心技术掌握不深入、信息化程度有待提升以及管柱自动化装备原始创新不足等问题。最后,结合未来钻井作业对石油钻机高效和智能等趋势要求,提出了加快管柱自动化装备创新研究、开展钻井专家优化系统研究及建立大数据故障诊断系统等后续发展建议。     

电动钻机全数字电控系统发展现状与趋势

在介绍电动钻机电控系统发展历程的基础上,探讨了先进的电动钻机全数字电控系统的结构和特点,并介绍了全数字电控系统中发电控制单元,电气传动控制单元和配电控制单元的功能。结合国外在智能钻具系统、陆上操作系统及可配置自动钻机系统方面的研究成果,概括了未来电动钻机全数字电控系统智能化、网络化和开放化的内涵及发展趋势。最后针对目前国内电动钻机全数字电控系统的发展现状,提出亟待开发的技术和进一步研究的内容。     

气控自动排液系统在天然气集气站的应用

自动排液系统是油气田天然气处理、加工装置的重要辅助设备，其安全性、可靠性和工艺性直接影响到天然气的稳定生产和输送过程。针对目前常见的机械式、电控式和电气联控式自动排液系统的一些缺点，设计了一种气控的自动排液系统。该装置主要由压力气源、磁浮子液位计、磁-气控制装置和气动调节阀等组成。磁浮子液位计安装于分离器积液包上，根据液位计中的磁浮子指示的液位高度，磁-气控制装置把磁信号转换为气控信号，控制气动调节阀在高液位慢速开启，在低液位快速关闭，从而按工艺要求实现压力容器的自动排液。实际应用证明，该系统能够更好地满足天然气生产的自动排液工艺要求，具有控制精度高、安全性好、性能稳定可靠、易于安装维护等特点。     

一种新型接钻具钻井液防溅装置

在接钻具时,为了防止钻井液喷溅,将压缩气体注入立管以驱动钻井液下行。设计了一套机电一体化装置用于气体自动注入,该设备包括用于流量控制的气动高压球阀、压力变送器、PLC控制器及人机界面等。试验结果表明：该设备可以减少接钻具时的泥浆喷溅,改善工作环境,减轻劳动强度,消除事故隐患,在钻井领域具有良好的应用前景。     

浮式钻井平台主动式钻柱升沉补偿装置设计

针对海浪升沉运动对钻柱和钻压的影响,设计了一种海洋浮式钻井平台主动式钻柱升沉补偿装置,其以电液比例方向阀和变量泵为控制对象,实现了对液压缸活塞运动的实时控制,进而对海浪升沉造成的钻柱运动进行补偿。建立了主动式钻柱升沉补偿装置系统的数学模型,设计、搭建升沉补偿实验台实现了升沉运动和动态负载的实验模拟,并进行了阀控和泵控加阀控的主动升沉补偿实验。结果表明：主动阀控方案具有较好的补偿效果,但消耗能量较大;泵控加阀控方案能耗较低,但控制策略要求较高,补偿效果稍差。     

智能钻柱信息及电力传输系统的研究

信息与电力传输是智能钻柱的重要组成部分。分析了地面与井下通信技术的发展概况,指出了目前常用的几种传输方案所存在的问题及其局限性。智能钻柱采用导线传输方式,既能由地面向井下输送足够的电力,同时,又能建立300-500kb／s传输速率的地面与井下双向信息“高速公路”,进行了地面模拟试验,并取得预期结果,从而说明了智能钻柱设计方案的可行性及优越性。     

超深井钻机创新技术及其发展趋势

针对塔里木盆地等复杂的地质结构区域,研发了适用于超深复杂井的8 000 m钻机和四单根立柱9000 m超深井钻机,对钻机关键部件进行了创新设计,对高承载井架和底座进行了优化,全新设计了采用压实股钢丝绳的一体化单轴绞车。采用了转矩和承载能力更大的转盘及其驱动装置、大功率高压钻井泵、智能化顶驱和兼容性强的顶驱下套管装置等。现场应用表明,相比于常规8 000、9 000 m钻机,设备成本可降低20%左右,钻井生产运行费用降低37%,而9 000 m四单根立柱钻机可降低起下钻作业时间20%以上,并在一定程度上规避了常规钻机在复杂地层压力控制难的问题。阐述了超深井钻机的优势和亟待解决的问题。     

长庆油田页岩油中心站智能化管控技术研究与应用

长庆油田横跨陕甘宁三省,站场多处于黄土高塬地区,沟壑纵横、梁峁交错,油田站多、线长,生产管理十分困难,各类站场运行管控安全风险点多。长7页岩油采用小井场大平台、立体式水平井、体积压裂准自然能量开发+补充能量的开发方式,地面系统建设结合页岩油全生命周期开发方式,针对大井组、高液量、高气油比的特点,通过持续技术创新、管理创新,以减员增效为目的,创建了“平台+中心站”的页岩油地面智能化管控技术,搭建智能井、智能平台和中心站智能化管控系统,形成了自动操控、无人值守、有人应急的运行模式,构建了新型劳动组织管理架构,使百万吨产量用工人数下降,单位用工成本大幅下降。     

高压抗硫油气井口安全截断系统

为确保高压含硫油气井场的安全而研制的KGS6 5— 70 (10 5 )型高压抗硫油气井口安全截断系统主要由气源过滤调压单元、电子监控仪、气动控制单元、气动感测单元和气动执行单元组成。当井场发生设备气压超高、集输管线爆破失压或火警等其中任一险情时 ,系统均会立即在 3～ 4s内迅速关闭井口 ,截断气源 ,防止事故的发生和蔓延 ,确保井场人员生命和设备的安全     

智能钻柱设计方案及其应用

用旋转导向钻井工具在复杂地质条件下钻复杂结构井、特殊工艺井以及建设智能油井是21世纪的重要课题和发展方向之一。分析了钻井液脉冲无线随钻传输以及电磁波传输所存在的问题,指出采用导线传输方式既能由地面向井下输送足够的电力以电控井下仪表传感器和专用硬件,同时又能建立10^～10^6b／s的超高速率传输多类参数的有线实时双向闭环钻井信息“高速公路”。提出了智能钻柱的设计思路及方案,并分析了智能钻柱的功能、优点。     

电液塞阀在催化裂化装置中的应用

电液控制塞阀是近年来应用于流化催化裂化装置的高新技术设备。该文阐述了催化裂化装置中电液控制塞阀阀体及电液执行机构的结构特点、自动控制原理和液压系统工作流程 ,并进行了电液控制塞阀和气动控制塞阀的应用比较。重点介绍了电液控制塞阀在开停工过程中立管的膨胀吸收及收缩补偿保护原理。     

智能钻柱关键密封技术研究

为解决目前电动钻井智能钻柱电传输安全技术问题,针对智能钻柱上卸扣自动密封与核心件高压泄漏等问题,根据使用环境与工艺要求,选取出一种适用于智能钻柱的核心件旋转动/静密封结构,通过对初始压缩率、介质压力、插针和插座旋转壳体旋转速度等影响密封性能的主要因素进行有限元分析,进一步完善、提高了密封结构旋转密封性能。最后,通过试验测试验证了其合理性与使用效果。结果表明:初始压缩率为17%时密封圈的密封性能较好,因双三角滑环起到挡圈作用致使该密封结构能够耐住10 MPa高压,插针旋转壳体或插座旋转壳体旋转速度在2 rad/s以下密封性能最好。选用带三角滑环的O型圈组合密封并优选该密封结构相关参数,有效地解决了智能钻柱关键密封问题,从而确保电动钻具的电信号和动力能够高效快速的传输,进一步推动了智能钻柱的发展。