液压勘察船钻机电液复合集成控制系统研制与应用

设计开发了一种全液压勘察船钻机,该钻机采用电液复合驱动控制技术,实现了整套钻探系统的集成化操控。举升系统、顶驱、管子处理系统等主要设备均采用液压控制,功率利用率高,钻井成本低,防爆、安全性好。通过开发电液复合集成控制系统,利用举升油缸取代了传统绞车来完成钻具提升/下放作业,简化了天车,取消了传统绞车和游车,简化了机械传动流程;通过电液控制,实现液压顶驱的无级调速;开发的自动化管柱处理系统,实现机械化工具代替人工进行作业,降低人工成本,减少工人劳动强度;通过配套集成化司钻操控终端,实现多个被控设备的远程监视和操作。该钻机已完成多次海试,并进行了项目的验收,目前正在南海进行取样作业。集成控制系统的研制,实现了勘察船液压钻机装备的国产化,提高了我国在勘察船钻机领域设计和制造水平。     

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。     

柴油机进排气过程的三维数值模拟

利用瞬态可压缩黏性流体微分方程和k-ε两方程紊流模型,采用有限体积法对某柴油机单缸进排气过程进行了三维数值模拟。计算结果表明:进气过程中缸内涡流的产生是由于进气流带动缸内空气由小涡流转变成大涡流,且大涡流是偏心的;排气涡流是由于受气门阻力产生气流回旋而生成的,最大气流速度集中在远离排气口的地方;柴油机转速对缸内气流变化影响较大。     

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。     

二层台机械手伺服驱动和控制系统开发

为解决极寒地区石油钻机二层台机械手液压驱动装置控制精度低、响应滞后、系统运行特性易受外界环境影响及维护成本高等问题,全新开发了一种二层台机械手伺服驱动和控制系统代替常规液压驱动装置。基于CoDeSys平台开发了伺服装置的多机构协同运动控制程序,并基于常规钻机控制系统所用的PORTAL软件平台开发了上位机操作系统,实现了对外数据的无缝对接和内部变量的实时处理。应用PROFINET总线网络实现了所有控制模块的数据实时、稳定传输。在油田现场应用过程中,安装该系统的二层台机械手加、减速操作与设备动作呈线性关系,动作响应时间短于1 s,控制精度达到±2 mm,完成一个循环周期的工作时间短于43 s,无噪声、无污染。该伺服驱动和控制系统的研发满足了二层台机械手的使用需求,适用于油田作业工况,达到现场工艺要求。