自升式钻井平台的技术现状和发展趋势

自升式钻井平台是深海油气勘探开发的重要装备之一。在对自升式钻井平台的结构形式进行分析和归纳之后,介绍和讨论了自升式钻井平台的国内外技术现状,重点对当前占技术领先地位的Le Tourneau公司、FriedeGoldman公司和MSC公司的典型产品进行了分析研究,并对该项技术的国内现状做了简要说明,最后指出自升式钻井平台将向作业走向深水化、性能趋向自动化和智能化、功能实现多样化等方向发展。     

电动钻机电网有源电力滤波技术

分析和论述了电动钻机电网谐波的特点,应用并联型有源电力滤波器(SAPF)抑制电动钻机动力系统工作过程中电流谐波分量,使系统工作更趋安全稳定。在SAPF设计中,根据电动钻机电网三相四线制的供电方式,采用d-q-0谐波电流检测方法;由于起下钻工况时电网谐波电流变化速率较快,选用跟踪性强的滞环电流控制法;对SAPF容量的确定和电容器参数选择进行数学优化计算。仿真和试验结果证明,在电动钻机电网谐波电流动态抑制方面,SAPF取得了较好的效果。     

电驱动测井绞车电缆张力模糊控制方法研究

电驱动测井绞车采用独立设置张力传感器进行张力反馈的全闭环自动控制系统。建立并分析了电缆张力控制系统动态性能的数学模型,设计模糊逻辑算法对电缆张力PID控制器参数进行自适应整定,解决绞车在电缆缠绕过程中张力控制的多变量时变问题。在Simulink中建立张力控制系统模型,仿真结果表明:模糊PID控制算法在性能上要优于常规PID控制算法,响应性更快、稳定性更好、精确性更高,满足测井车电缆恒张力控制要求。控制算法以PLC语言的形式写入S7-1200型PLC,为电缆张力的智能控制系统工程应用奠定基础。     

基于S7-400PLC钻柱升沉补偿装置控制系统的应用

采用西门子公司的S7-400PLC做主站,ET200M做从站通过PROFIBUS-DP组成控制系统,完成钻柱补偿系统中的信号的采集、处理及控制功能。上位机采用触摸式工控机,完成系统的状态监控、参数设置及故障报警功能。系统基于实时操作系统,可以很好的保证系统的控制周期及稳定性。     

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。     

新型自动化技术在钻机及钻井中的应用展望

随着"中国制造2025"宏伟目标的提出和生产需要,我国对石油钻探装备的自动化、智能化需求日益迫切,减轻工人劳动强度和提高作业安全性成为今后追求的目标。针对几种典型的智能控制技术在石油行业的应用进行了介绍,包括VR技术在钻采装备操作培训中的应用,AI技术在钻井作业和装备中的应用,ROV新技术的应用,以及大数据和物联网在钻井及装备中的应用。分析得出新型自动化技术在该领域的应用效果较好,起到了降低成本、提高效率和安全性、提升行业自动化和智能化水平的作用。但该技术尚属起步阶段,应学习借鉴已有成功经验,并结合自身特点发展专项技术。与此同时,该技术在助力行业提质增效保安全方面仍有巨大的发展空间,还应解决伴随信息技术而产生的数据安全问题。     

石油钻机集成化操作系统研究与工业应用

随着钻机自动化程度的提高,为克服常规钻机垒积木式的操作模式,对钻机操作集成化提出了更高的要求。在对操作集成化的总体规划下,提出了一体化集成椅座模式以实现操作集成化方案。借助于星型或环形工业态网通信网络,使各自动化的设备能集中管理。此方案可以解决各设备单独操作,布局凌乱等问题;提高了钻机操作效率,为以后钻机智能化打下基础。     

SAPF两种谐波检测方法的分析和应用

介绍了基于瞬时功率理论的静止坐标和旋转坐标下的p-q法和ip-iq法两种谐波检测方法。通过matlab7.0建立仿真模型,并结合有电动钻机的电网中SAPF的试验加以分析。结果表明,p-q法只在电源电压无畸变情况下才能有效的检测电流谐波,而ip-iq法在电源电压有无畸变情况下都能准确的检测出谐波分量。     

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。     

基于软-硬逻辑相结合的钻杆盒电控系统开发

为解决常规钻杆盒电控系统资源浪费严重、人员就近操作危险性高的问题,提出了一种软-硬逻辑相结合的钻杆盒自动控制方案。该方案以西门子S7-1200 PLC控制器为核心,由4级继电器开关触点级联的方式实现钻杆盒的选择,用8个DO通道和2个AI通道以软-硬逻辑相结合方式实现最多64个DO通道控制和32个AI通道数据采集,配合防爆型无线遥控器实现对该产品的远程操作。现场应用结果表明:基于软-硬逻辑相结合的钻杆盒电控系统提升单层钻杆平均用时8 s,滚出/滚入单层钻杆平均用时2 s,处理整盒钻杆平均用时45 s,全过程无需其他辅助设备,也无需人员直接接触钻杆。因此,该控制方案可以提高钻杆盒电控系统资源利用率和操作人员安全性。