idriller石油钻机集成控制系统研制概要

随着石油钻机自动化控制技术的发展,司钻需要操作和监视的设备越来越多。现有常规钻机中将各个设备操作按钮、手柄以及控制箱在司钻房内进行“堆积木式”拼装的模式,存在着安全性差,布局混乱等缺点,已经无法满足未来钻机的操作要求,成为制约国产钻机整体技术水平提升的瓶颈。国外为解决此类问题已开发出多种石油钻机集成控制系统,并进行商业化应用。国内目前尚处于起步阶段。该文从系统网络架构、多级急停机制、司钻操作终端理念、防碰撞机制与轨迹规划、人机界面程序以及历史记录功能开发等方面介绍了国内研制的首套钻机集成控制系统——“idriller”。该系统已经实现了在多套钻机中的工业化应用,提升了国产钻机自动化、智能化、信息化水平。     

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。     

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。     

一种钻机智能化天车防碰系统

针对目前钻机天车防碰系统人工设置刹车高度、在固定位置进行报警时干扰司钻正常操作的情况,研制了一种钻机智能化天车防碰系统。该系统是由旋转编码器、控制系统、刹车控制器件、刹车执行机构、绞车等组成的闭环控制系统,能根据设备参数、使用工况及游车运行速度,在最合适的高度进行报警,提醒司钻刹车。系统具有试刹功能,能方便司钻对刹车系统性能进行定期检测,确保刹车系统安全可靠。     

MC90Y煤层气车载专用钻机液压控制系统

为进一步提高煤层气钻机的自动化水平,尽量减少司钻的操作,提高设备自检能力,研制了MC90Y煤层气车载专用钻机。该钻机采用电液控制方式,PLC控制器集中控制,起升和旋转系统使用比例容积泵调速,辅助系统采用恒压变量泵提供动力;起升系统采用平衡阀回路设计,实现了正载荷、负载荷和变载荷情况下的平稳运行;采用手柄方位辨识控制,降低司钻的操作复杂性,优化起升和旋转系统的运行;控制系统具有自检、监测和自锁保护等功能,提高了钻机的安全保护能力。测试及现场应用结果表明,该钻机操作便捷,可控性好,运行平稳。     

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。     

钻机司钻集成控制系统技术现状及发展建议

当今的钻机司钻功能较传统钻机司钻大为增加,并可实时监测所有设备状态参数和钻井工艺参数。介绍了国外公司司钻集成控制系统的性能特点,包括NOV公司的Cyberbase系统和AMPHION系统、AXON公司的RigScope系统、CAMERON公司的OnTrack系统、JELEC公司的DID系统及BENTEC公司的infoDRILL系统。之后简要分析了我国司钻集成控制系统的发展现状和技术特点,就我国的司钻集成控制系统发展提出了3点建议,即应用物联网技术、大数据后台计算技术和"一健式"智能控制技术,使我国的司钻集成控制系统性能达到或超过国外同类产品。     

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。     

石油钻机自动化、智能化技术研究和发展建议

为了提高钻井速度,缩短钻井周期,开展了石油钻机自动化和智能化技术研究,形成了一整套管柱自动处理系统技术,实现了管柱输送、建立根、立根排放和井口作业的自动化和智能化。同时进行了钻机集成控制系统的研究,采用现代先进技术,将石油钻机变频系统、仪表系统、顶驱系统、视频监控系统和管柱处理系统等组成集成控制系统。应用"一键多能,多键协作"的理念实现钻机所有关键设备的集中控制与监视,完成了双司钻集成控制平台开发。克服了常规钻机配套的各子系统相互独立、配置重复的缺点,搭建了石油钻机自动化和智能化控制平台。最后对石油钻机未来的发展方向提出了几点建议。     

基于虚拟现实技术的深水钻机虚拟操作系统

自动化钻井装备在国产化研制中,若各设备控制系统的软件在逻辑保护和运动轨迹解算等方面出现错误,则容易导致设备在联调试验过程中出现安全事故。为此,研制了深水钻机虚拟操作系统。该系统以3DVIA Virtools作为虚拟现实技术开发平台,并综合应用工业自动化、工业网络通信和大屏拼接等技术,可对石油钻井装备的联合作业流程进行仿真,从而对钻机总体配置方案和布局进行优化;在新开发设备未进行机电液联调试验前,可通过各设备的虚拟样机提前进行控制程序的辅助测试,降低机电液联调试验风险。该系统在现场应用中缩短了试验调试时间,降低了产品研制成本,取得了良好的效果。最后指出,基于交互式的深水钻机虚拟操作系统是一种全新的钻井司钻培训模式。