石油钻机司钻控制房的设计

司钻控制房是石油钻机的控制中枢,其性能的优劣直接关系到整台钻机的生产效率、维护保养性能、工人劳动强度和生产安全等。为此,探讨了新一代机电气液一体化石油钻机司钻控制房的设计问题,分析了房体系统、控制系统和显示系统。对司钻控制房的未来发展趋势进行了展望:人机界面控制是司钻控制房未来的必然发展趋势。届时全部钻井参数显示、全部设备控制都通过几个触摸屏来实现;人机界面控制可最大程度地优化司钻控制房内部结构和布局,显著降低司钻劳动强度,并提高工作效率;人机界面控制也是实现司钻控制房智能化、小型化的重要保证。     

海洋钻井集中控制司钻房的设计与试验

海洋钻井集中控制司钻房集电、气、液及仪表控制于一体,是海洋石油钻机的控制中枢,其性能的好坏直接关系到整座平台钻机的生产效率。鉴于此,通过开展对海洋司钻房总体结构方案研究,设计了正压通风系统、集成控制系统和显示系统。根据设备生产的工艺流程,开发了人机界面的应用软件,实现了集中控制钻井作业和管具移运作业控制功能;优化了司钻控制房内部结构和布局,降低了司钻操作劳动强度,提高了生产效率。试验验证结果表明:该司钻房设计合理、安全可靠、运行平稳,具有明显的创新性和实用性,满足海洋移动平台设计要求。该司钻房实现了在工作环境、生产效率和安全性3方面的重大改进,特别适用于控制集中和自动化程度要求高的钻井平台上作业,并具有较大的适用范围。     

基于CATIA V5的钻机司钻控制房人机分析

在对ZJ70D石油钻机的司钻控制房进行设计调查的基础上,运用CATIA V5的人机分析模块,根据产品性能并按照有关国家标准,建立了司钻控制房模型和中国成年人数字人体模型。运用男性第10百分位数字人体模型对ZJ70D钻机司钻控制房内的作业空间进行人机分析,从上肢空间伸展范围、姿态评估和RULA等几个方面进行评价,发现该型号钻机司钻控制房设计存在的问题,并对司钻控制房的设计提出了一些建议。     

石油钻机司钻的H点研究

司钻控制房作为石油钻机的核心控制单元,其设计的好坏直接影响到司钻操作方式,从而影响整台钻机的生产效率和安全问题。针对国内司钻操作控制界面没有规范和行业标准,结合汽车界面规范SAE,提出石油钻机司钻H点的概念和相应的计算方法。H点的建立提供了人在舒适操作时尺寸定位的基准点,以此可以推出人的眼椭圆位置,确定人观察范围和手臂运动的最大伸及范围,对司钻控制房人性化设计具有重要的意义。最后通过计算机仿真证明计算结果与仿真结果吻合。     

基于人性化设计的海洋钻井平台司钻控制房布局

在对国内外海洋平台模块钻机(以下简称模块钻机)司钻控制房的布局调查基础上,指出我国模块钻机司钻控制房布置存在的问题,将工业设计中“以人为本”的设计理念引入海洋平台设备设计中.本文提出了具体的人性化设计方法,即对用户进行充分的调查以寻找用户对司钻操作的认知,建立中国数字人体模型作为满足人体生理需要的设计依据,根据人机工程学理论并考虑人的心理认知,通过计算机辅助人机设计确定人性化操作空间,为建立国产模块钻机司钻控制房布局设计规范奠定基础.     

钻机司钻房电气柜正压防爆系统的分析与设计

分析了钻机司钻房电气柜的几种防爆形式,认为正压防爆形式最适合司钻房多个电气柜的防爆设计要求。阐述了司钻房正压防爆系统的设计原则及设计方法,并对组装完成的正压防爆系统进行了调试和试验。试验结果表明,司钻房电气柜正压防爆系统设计理论计算满足GB3836·5的要求,即司钻房符合用电设备在一级二区的防爆要求。最后指出了司钻房电气柜正压防爆系统设计制造过程中应注意的问题。     

钻机司钻房电气柜证压防爆系统的分析与设计

分析了钻机司钻房电气柜的几种防爆形式，认为正压防爆形式最适合司钻房多个电气柜的防爆设计要求。阐述了司钻房正压防爆系统的设计原则及设计方法，并对组装完成的正压防爆系统进行了调试和试验。试验结果表明，司钻房电气柜正压防爆系统设计理论计算满足GB3836.5的要求，即司钻房符合用电设备在一级二区的防爆要求。最后指出了司钻房电气柜正压防爆系统设计制造过程中应注意的问题。     

试论我国石油钻机司钻控制人性化设计

在对国内外石油钻机司钻控制房设计调查的基础上,指出我国石油钻机司钻控制系统存在的问题,将工业设计中"以人为本"的设计理念引入石油矿场设备设计中。提出具体的人性化设计方法,即对用户进行充分的设计调查以寻找用户对司钻操作的认知,建立中国数字人体模型作为满足人生理需要的设计依据,根据人机工程学理论并考虑人的心理认知,通过计算机辅助人机设计确定人性化操作空间,为建立国产石油钻机司钻控制房设计规范奠定了基础。     

新型司钻房支架的研制与应用

分析了旋升式和2节伸缩式司钻房支架的不足。设计了新型的司钻房支架,立柱采用3节伸缩结构,并将支架台体与立柱分解为2个模块。降低了运输高度,实现司钻房与支架一体运输。减少拆卸、安装和运输费用,满足了国内外用户对钻机运输集成化的要求。     

石油钻机司钻工作空间设计

在对国产石油钻机司钻控制房调查的基础上，本着“以人为本”的设计理念，结合人机工程学理论，对司钻控制系统中的显示、操纵装置进行了分析，并给出了便于人操作的合理空间尺寸。     

井控模拟装置中自动送钻的仿真设计

本文介绍了一种基于西门子PLC S7-300和组态软件WinCC自动送钻的仿真设计,包括其基本原理和系统软件及硬件的实现。在上位机里可以预先设定钻头下面的压力大小,通过PID算法来达到恒压自动送钻,同时利用变频器调节异步交流电机,控制钻头的转速,整个过程画面在组态软件WinCC里以动画的形式表现出来,此系统具有良好的人机界面,对钻井人员的培训是一个很好的工具。     

基于顶部驱动的滑动钻井导向控制技术

将北京石油机械厂顶驱的主轴旋转定位技术与MWP随钻测量仪相结合,设计并实现了基于顶部驱动钻井和井下动力钻具组合的顶驱滑动钻井导向控制系统。该系统由顶部驱动钻井装置、人机交互界面、井下动力钻具以及MWD随钻测量工具等4部分组成,将顶驱和井下动力钻具相结合,实现对旋转钻柱包括转速、转向、角度在内的完全控制,并可根据井下实时反馈的井眼轨迹信息,实现滑动钻井之前工具面的设置以及滑动钻进过程中工具面的实时监控和动态调整。内蒙SNO116-19H定向井项目的实际应用结果表明,该技术能够显著提升定向井钻进作业的整体时效和井眼质量,同时也为导向钻井的闭环控制和自动化控制奠定了基础。     

新型直驱式顶部驱动钻井装置

为解决顶驱因故障停机时间长而带来的系列问题,研制了新型直驱式顶部驱动钻井装置,并形成了DQ225DBZ、DQ450DBZ、DQ675DBZ和DQ900DBZ系列型号的直驱式顶驱,可达到4 000～12 000 m的钻井作业深度。该顶驱主要由动力水龙头和管子处理器组成,采用大功率交流变频电动机驱动,无级变速控制,多功能人机界面操作;提升系统采用双载荷通道隔离设计,中心管主轴设计有特殊组合轴承,可承受钩载,同时也具备抗钻柱纵向振动功能。DQ2250DBZ顶驱在国外应用13口井,经受了-30℃严寒考验,最大连续钻井扭矩达到了35 kN·m,创下日钻进1 016 m的记录。DQ450DBZ顶驱在国内川东70563钻井队现场作业,最大连续钻井扭矩28 kN·m,上卸扣扭矩30 kN·m,水平井造斜段始为4 593 m,造斜88°,总进尺达6 500 m。     

基于西门子3项控制技术的海洋钻机控制系统

概述了HZ19—2/3海洋钻机模块的结构及其与陆地ZJ70D系列钻机的区别。介绍了西门子(SIEMENS)人机界面(HMI)、可编程序控制器(PLC)、PROFIBUS-DP现场总线技术在海洋7000m直流电驱动钻机控制系统中的应用;电控系统的设计特点及网络控制系统软件、硬件的构成;监控系统的功能,控制系统的优点。HZ19—2/3海洋钻机通过了美国船级社的认证,2套钻机控制系统运行半年多来,性能优良,易于操作,对确保海洋钻井平台钻井安全、经济地运行起到了良好作用,标志着国产海洋钻机技术水平和开发能力有了新的提高。     

钻井防喷人机系统可靠性模型与容错设计

在全面分析钻井防喷装置的组成特点和人的特性的基础上,建立钻井防喷人机系统可靠性模型。整个系统由人的行为、井喷预报、井喷预防和井喷控制四个子系统,通过人机接口构成。根据人的感知、判断决策、执行操作行为进程,引入行为形成因子和差错纠正能力,构成人的行为模式,导出人的行为可靠度,进而得出钻井防喷人机系统的可靠度。针对人机系统可靠性模型中容易因人的失误造成系统失效的环节,提出了相应的容错设 计方案,有利于提高钻井防喷人机系统的可靠性。     

石油钻机自动化技术的问题及发展建议

分析了我国石油钻机在绞车与盘刹耦合控制、旋转系统软转矩控制、司钻房人性化设计等方面存在的问题。通过与国外先进钻机的相关性能特点进行对比,找出了我国石油钻机自动化技术与国外钻机的主要差距,对国内钻井装备在管柱自动输送及排放、集成控制等方面亟待升级的技术进行了阐述,并对研究的具体工作提出了几点建议。     

石油钻机链条传动计算程序的编制

本文根据常用的链条传动设计方法和步骤,建立相应的数学模型,编制了计算机BASIC语言程序。可在不超过20秒之内得到9种不同节距的设计方案:可用于石油钻机及其他机械的链条传动的设计计算。     

勘探井位优选群体决策支持系统分析与设计

勘探井位优选是一个典型的合作型群体决策问题。本文运用群体决策支持技术对勘探井位优选问题进行了定义和求解,重点讨论了勘探井位优选群体决策支持系统的需求分析、决策问题界定、井位评价指标体系、总体设计、群体决策方法以及人机对话、应用处理、模型库等部件的设计。