盘式刹车自动送钻技术

９９６年石油大学（北京）研制的ＰＺＳ—１型盘式刹车自动送钻装置,是恒钻压自动送钻装置,采用ＰＩＤ调节器控制,控制性能良好,但无法直接设置钻压,无法实现手动与自动操作间的无扰切换,可操作性、可靠性和安全性较差。据此,又研制了盘式刹车微机控制自动送钻装置,其特点是用微机代替了ＰＩＤ调节器,并增设了速度负反馈回路,钻压调节、安全监控、无扰切换由微机控制,解决了现场确定ＰＩＤ系数难的问题,自动送钻过程平稳,可防止溜钻和井斜。提出了盘式刹车钻压优化自动送钻的观点,其原理与恒钻压送钻装置基本相同,不同之处是预期钻压参考值随一定的条件变化。恒钻压自动送钻是钻压优化自动送钻的特例     

变频调速恒钻压自动送钻系统

针对手动送钻和电磁阀控制刹车恒钻压自动送钻的不足,开发了变频调速恒钻压自动送钻系统,该系统采用电动机反拖实现钻进时钻压恒定。在详细讨论送钻过程钻压变化简化数学模型的基础上,给出恒钻压自动送钻系统的数字模型。采用西门子变频器和变频电动机建立了变频调速恒钻压自动送钻系统的配置,现场实际调试达到了设计要求。     

盘式刹车钻压优化自动送钻微机控制系统的设计与研制

阐述了盘式刹车钻压优化自动送钻微机控制系统的设计思想和研制方法,给出了系统的软硬件设计方法。该系统不但可以适应盘式刹车钻压优化自动送钻的控制,而且还可适应盘式刹车恒钻压自动送钻的控制。试验表明,该系统达到了预期的设计目的,并取得了良好的效果。     

直流主电动机自动送钻系统

阐述了直流主电动机自动送钻的理论依据,介绍了直流主电动机自动送钻系统的机械配置及控制方案,论述了直流主电动机自动送钻系统的具体设计思路和实施办法。将直流主电动机自动送钻系统在新疆阿克苏AB1号井上应用,并对其动态钻压波形进行测量,发现该系统恒钻压控制精度在±3 kN之内,完全满足钻井工艺要求。这种由直流主电动机实现的自动送钻系统,无需增加任何辅助设备就已经具备自动送钻的硬件要求,具有较高的性价比。     

单板机在钻机自动送钻控制中的应用

针对目前石油钻机所用自动进给器控制自动送钻装置存在的问题，根据钻井作业特点，提出用性能价格比高、国内软硬件开发成熟的ＴＰ８０１单板计算机控制钻机自动送钻的方法。控制系统由钻压控制和异常情况控制两部分组成。着重论述了用计算机自动调节调压阀出口压力而控制钻压的机理和进尺检测机理，以及用计算机判断、处理井喷和井漏等异常情况的原理。给出实现工艺过程的计算机硬件接口原理图和软件流程图。     

美国新型电子自动送钻装置

针对带刹车自动送钻装置存在的许多缺点 ,美国VarcoM /DTotco公司开发了新型电子自动送钻装置。这种装置具有优良的钻井性能 ,自动送钻连续均匀 ,起下钻和下套管作业性能好 ,动作灵敏 ,监测参数多且有多种使用功能 ,钻井时间减少 37% ,钻头数量减少 4 8% ,是目前世界上较先进的自动送钻装置。介绍了新型电子自动送钻装置的组成与工作原理 ,计算机控多盘刹车结构特点、控制特性和产品系列     

美国新型电子自动送钻装置

针对带刹车自动送钻装置存在的许多缺点，美国Varco M/D Totco公司开发了新型电子自动送钻装置。这种装置具有优良的钻井性能，自动送钻连续均匀，起下钻和下套管作业性能好，动作灵敏，监测参数多且有多种使用功能，钻井时间减少37％，钻头数量减少48％，是目前世界上较先进的自动送钻装置。介绍了新型电子自动送钻装置的组成与工作原理，计算机控多盘刹车结构特点、控制特性和产品系列。     

钻机自动送钻模似实验系统研究

为了更好地开展自动送钻技术的研究,以ZJ-32钻机1∶8模型为基础,用液压加载装置模拟钻柱载荷,用微机控制的电液伺服装置控制绞车刹车机构,构成钻机自动送钻模拟实验系统.由于系统中存在多种非线性环节,采用模糊控制技术进行送钻控制,编制自动送钻实时控制软件.通过实验对比研究了常规模糊控制、自组织模糊控制和自校正模糊控制3种方法的控制效果.实验结果表明在恒压送钻的条件下,实验系统能够模拟钻机自动送钻过程,系统工作稳定;自校正和自组织模糊控制都可满足自动送钻控制要求;自校正模糊控制的控制效果更好,最大稳态误差3.2%,最大超调9.1%,动态调整时间2.6 s,峰值时间0.86 s.     

石油钻机主电动机自动送钻系统的设计方案

针对石油钻机自动送钻系统具有时变、时滞和非线性难以实现准确控制的特点,提出了利用微机对钻机主电动机进行恒钻压给进模糊控制的设计方案。采样时获得的误差和误差变化信号送入模糊控制器,模糊控制器将信号变为模糊量再转化为精确量,加到执行机构对主电动机实施控制。给出了这种自动送钻系统的硬件构成和软件设计程序,并讨论了系统存在的问题及解决方法。     

钻机自动送钻模拟实验系统的研究

为了更好地开展自动送钻技术的研究 ,以ZJ— 32钻机 1∶8模型为基础 ,用液压加载装置模拟钻柱载荷 ,用微机控制的电液伺服装置控制绞车刹车机构 ,构成钻机自动送钻模拟实验系统。由于系统中存在多种非线性环节 ,采用模糊控制技术进行送钻控制 ,编制自动送钻实时控制软件。通过实验对比研究了常规模糊控制、自组织模糊控制和自校正模糊控制 3种方法的控制效果。实验结果表明 :在恒压送钻的条件下 ,实验系统能够模拟钻机自动送钻过程 ,系统工作稳定 ;自校正和自组织模糊控制都可满足自动送钻控制要求 ;自校正模糊控制的控制效果更好 ,最大稳态误差 3 2 % ,最大超调 9 1 % ,动态调整时间 2 6s ,峰值时间 0 86s。     

国外自动送钻装置的现状与发展

介绍美国、前苏联等国自动送钻装置的现状与发展，对比各国自动送钻装置的工作原理、结构特点、工作参数及操作步骤。指出自动送钻装置的发展方向将是全国最优化自动控制钻井。     

自动送钻技术的现状与展望

自动送钻技术可提高机械钻速 ,提高井身质量 ,减少钻头磨损 ,减少井下事故的发生以及降低钻井成本。介绍了自动送钻的基本原理 ,对比分析了自动送钻和手动送钻的使用效果 ,指出自动送钻具有无可比拟的优越性。阐述了自动送钻的发展历程 ,即经历了用于带刹车的自动送钻技术和用于盘式刹车的自动送钻技术两个阶段 ,表明机电一体化的盘式刹车自动送钻装置将成为自动送钻装置的发展方向。最后指出用于盘式刹车自动送钻技术的进一步发展就是自动智能钻井     

自动送钻技术研究进展

自动送钻技术以其无可比拟的优越性取代了手动送钻方法,引导了钻机的发展趋势。分析对比了盘式刹车自动送钻、主电机自动送钻和辅助电机自动送钻的优劣,认为应重点推广交流变频辅助电机自动送钻系统。指出交流变频自动送钻系统应在结构方面做改进,并提出了人工智能的模式识别技术在自动送钻控制中的应用前景。     

基于遗传算法的自动送钻钻压动态优化

针对目标函数的钻压优化和BP神经网络的钻压优化方法存在的不足,建立了动态成本目标函数,并利用遗传算法对动态成本目标函数进行优化,最后应用实例对优化送钻在成本上的优势进行了验证。根据建立的动态成本目标函数和钻井采集的实时数据,利用非线性回归理论完成待优化的成本目标函数参数的求取。优化结果表明,优化钻压钻井方式有效延长了钻头寿命,缩短了起下钻时间,节省了钻井成本;与恒钻压钻井方式相比,优化钻压钻井方式每米成本上升较慢。     

自动送钻过程安全监控系统设计与计算机仿真

现有自动送钻装置的可靠性和安全性不足,阻碍了这种装置的推广应用。鉴于此,在以往安全监控理论和研究成果的基础上,提出了自动送钻过程安全监控的原理及实现方法,给出了自动送钻过程安全监控系统的硬件和软件组成、安全监控显示电路、报警电路和无扰切换与紧急刹车原理框图,并设计研制成自动送钻过程安全监控系统。为了验证所论述的方法及硬软件的正确性,对自动送钻安全监控系统做了计算机仿真,仿真结果表明,该安全监控系统的研制是成功的,设计的软硬件可行,达到了预期要求。     

定向井井底真实钻压的计算方法

本文依据力的叠加原理，对井底钻压在各个井段（直井段、增斜段、稳斜段与降斜段）所产生的钻柱内力进行了分析，并导出了井口钻压与井底钻压之间的关系。认为钻柱自重引起的摩擦力仅引起悬重的变化，不管钻压多大，钻柱自重引起的摩擦力对悬重的影响是一样的。井口指重表的钻压读数值仅是井底钻压的反映，而与自重引起的摩擦力无关。研究表明，井口钻压与井底钻压之比与井壁摩擦系数和井底井斜角有关，且与两者之积呈指数关系。水平井段，井口钻压与井底钻压相差最大，其比值达１．６０。     

ADE-I型自动送钻装置

介绍了ＡＤＥ－Ｉ型自动送钻装置的技术参数,工作原理,结构组成和特点,该装置在结构比较独特,它采用全所动送钻,其体积小,质量轻,易控制,安装操作方便,颇适合于我国国情。     

钻机自动送钻系统模糊最优控制

为了便于钻机自动送钻系统模糊最优控制的离线仿真寻优，以实际钻井现场测试的送钻过程数据为依据，建立了三层BP神经网络，拟合钻井送钻过程模型。以系统输入与输出之间的误差平方积分最小为优化目标，以模糊逻辑控制的量化因子、比例因子、修正因子、模糊量隶属函数的类型和模糊量论域的界限等参数为优化变量，以送钻过程神经网络模型为被控系统，进行离线仿真寻优，得出模糊控制器的最优参数，并以这些参数为基础进行自动送钻系统控制实验。研究结果表明，用三层BP神经网络构建送钻系统模型，拟合效果好，收敛快；先离线仿真寻求控制参数的最优值，以此为基础再进行在线控制是可行的；对于钻机自动送钻系统，模糊最优控制比常规模糊控制的控制效果更好。     

石油钻机智能送钻技术研究

提出一种基于模糊智能技术的石油钻机自动送钻技术。针对最近出现的新型变频钻机,利用工业控制计算机对钻机辅助电动机进行自动送钻控制,将模糊控制技术用于自动送钻系统,根据熟练操作司钻的控制经验建立模糊控制规则,为提高石油钻井的自动化水平打下理论和技术基础。     

基于S7-300软冗余的钻机自动送钻控制系统设计

我国首台人工岛7000m深环轨移动模块钻机于2008年2月在冀东南堡油田1号人工岛顺利开钻,该钻机应用的基于S7-300软冗余钻机自动送钻控制系统,现已通过现场验收。该自动送钻系统添加了1套PLC控制系统,系统有手动和自动2种工作模式。自动送钻监控系统主要包括自动送钻恒钻压控制、电子防碰、游车位置精确定位与动态演示、故障识别报警与处理等模块。监控系统采用了基于西门子公司S7-300PLC的软冗余方案,PLC处理器成双使用,当主处理器出现故障时备用的处理器会按照监控程序和数据交换处理程序实现数据同步,完成自动切换。现场应用表明,该系统操作简单,切换方便,提高了钻机控制自动化水平和生产管理水平,确保了钻机的平稳、安全、高效运行。