新型海洋模塊化鉆機鉆井電控系統(tǒng)的技術分析

顏菁菁（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300451）

新型海洋模塊化鉆機鉆井電控系統(tǒng)的技術分析

顏菁菁（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300451）

近年來社會經(jīng)濟和各個領域的工程技術都在不斷地進步，而隨著世界對能源需求的加強和對海洋的進一步開發(fā)，海洋模塊有不少新的技術發(fā)展，目前鉆機鉆井電控系統(tǒng)已經(jīng)成為了新型海洋模塊化的一項重要熱門新技術，同時鉆井支持平臺輔助海上石油鉆井作用也成為了當前的新配置方式。本文將分析新型海洋模塊化背景下鉆井電控系統(tǒng)技術的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢等問題。

鉆井電控系統(tǒng)；鉆井支持平臺；海洋石油；技術分析

對當前社會發(fā)展情況來說，一個國家的資源開發(fā)情況影響的不僅僅是這個國家本身的硬實力、國際地位、國際影響力和全球能源類產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻率等，還影響了人民物質生活水平、環(huán)境污染情況、可持續(xù)社會發(fā)展問題、能源消耗類經(jīng)濟發(fā)展與擴展情況等，而目前在海洋石油開發(fā)上的鉆井支持平臺可以有效提高資源開發(fā)率，還能在實際操作中能視線技術人員遠程操控功能，以及減少建造及運作的成本，對于海洋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、能源的開發(fā)、經(jīng)濟的推動等都有極其重要的作用。

1 從鉆井電控系統(tǒng)技術概要和發(fā)展背景看其研究的必要性

目前在海洋石油開采平臺實施的鉆井電控系統(tǒng)的核心技術為交流變頻驅動技術，其要點就是操作人員通過對變頻器的控制來實現(xiàn)對鉆機鉆井電控系統(tǒng)下設備的控制，也就是對鉆井控制系統(tǒng)輸入相關的一些指令來調(diào)節(jié)電動機的電壓、頻率等數(shù)值來驅動功能實現(xiàn)，從而達到石油開采作業(yè)所要求的目標。近些年在鉆井電控系統(tǒng)的控制功能、通訊功能、保護功能等方面都有一定的改善和更新，但總的而言鉆井電控技術仍舊存在不足，所以仍需要相關研究人員繼續(xù)努力。

就社會發(fā)展背景而言，在海洋平臺的鉆井電控技術也有其研究發(fā)展的迫切需求：隨著可持續(xù)發(fā)展理念國際范圍內(nèi)的普及、普通石油氣逐漸短缺的現(xiàn)狀和環(huán)境友好需求與環(huán)境污染矛盾的日益加劇等問題的出現(xiàn)，所有國家都迫切地需要新的能源，且需求量不小，所以在當前的國際共同大環(huán)境發(fā)展開采海洋石油的相關技術顯得尤其重要。發(fā)展相關技術提高海洋石油開采量既能夠迎合各國的經(jīng)濟、社會發(fā)展需求，也能夠為能源節(jié)約、減少環(huán)境污染等提供一定的幫助，因此當前有其研究發(fā)展的必要性。

2 鉆井電控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀--主要設備情況簡析

鉆井電控系統(tǒng)有幾個主要設備對海洋石油開采作用有重要的推動支持作用，其功能各有相似和優(yōu)秀之處，只要根據(jù)不同系統(tǒng)不同特點進行合理、科學化的配置，就能有效地輔助海洋模塊化的發(fā)展，促進海洋平臺石油開采量的提升。

2.1 絞車電控系統(tǒng)

絞車電控系統(tǒng)在海洋石油開采鉆井支持平臺上部分的應用是：鉆井絞車及其PLC主控制器一般在鉆井模塊中發(fā)揮作用，而絞車的變頻器單元會安裝在鉆井支持平臺的機艙中與其他裝置共同發(fā)揮作用，此外還有一些通訊、控制上的運用。

絞車電控系統(tǒng)在它整個發(fā)展進程中有過好幾種系統(tǒng)形式，經(jīng)歷了不少改進才有目前的系統(tǒng)情況：最初的絞車電控系統(tǒng)沒有良好的控制功能，存在有安全隱患、占用空間較大、傳動效率低、維護成本高、過載能力差等一系列問題。而在研究人員不懈的努力下，現(xiàn)有的絞車電控系統(tǒng)的確實現(xiàn)了調(diào)速精度高范圍廣、雙線制有效控制與保護、操作簡便又有良好節(jié)能效果等優(yōu)點。除此外還有很多優(yōu)良的功能：一是鉆井控制PLC可以通過光纖、網(wǎng)線連接司鉆房觸摸屏實現(xiàn)對絞車電動機的遠程控制；二是鉆井絞車一般會配置2臺主電動機，而兩者之間使用的是主從控制模式，也就是變頻器結合電動機編碼器等根據(jù)采集解碼后得到的信息對主電動機做閉環(huán)矢量控制；三是當絞車運作中使用雙電動機驅動模式時，鉆井PLC會對兩個電動機的變頻器進行綜合控制來平衡兩者的數(shù)據(jù)水平，使得雙電動機最終能夠穩(wěn)定地運行。諸如此類的技術改進無疑提高了工作效率。

2.2 泥漿泵電控系統(tǒng)

泥漿泵電控系統(tǒng)主要運用在鉆井支持平臺的機艙上，它的情況大致是：用大約3臺泥漿泵為鉆井模塊提供鉆井液、通過一臺鉆井PLC實現(xiàn)對它的獨立邏輯控制，還可以通過鉆井PLC接受司泵臺操作信號實現(xiàn)泥漿泵的本地控制，同時它也可以通過司鉆房的觸摸屏對其進行遠程控制。此外，泥漿泵上一般還安裝了各種傳感器和壓力開關，幫助其控制系統(tǒng)順利運行泥漿泵主電動機及其附屬的風機、潤滑油泵電動機、灌注泵電動機等。

2.3 頂驅電控系統(tǒng)

頂驅電控系統(tǒng)設備配備了獨立的PLC控制機柜以及變頻器控制單元，也是多使用與鉆井支持平臺機艙中，總的來看其控制功能和通訊功能都與絞車電控系統(tǒng)比較相似，就是與泥漿泵電控系統(tǒng)也有部分相似之處，但頂驅電控系統(tǒng)也有自己的特點。頂驅電控系統(tǒng)使用的不是傳統(tǒng)的PLC控制而是軟PLC技術，這項技術跨越了傳統(tǒng)的限制，實現(xiàn)了將相關工作數(shù)據(jù)上傳網(wǎng)絡，方便工作人員通過網(wǎng)絡上的信息實時了解工作情況，并能及時對工作采取相關行動如排除現(xiàn)場故障事件、在合適的時間提供保養(yǎng)維護等。

2.4 鉆井液態(tài)控系統(tǒng)設備電控系統(tǒng)

鉆井液態(tài)控系統(tǒng)設備電控系統(tǒng)的一大特點是它能在使用中與其他鉆井設備相互合作，有效推進鉆井開采作業(yè)的運作，尤其是當鉆井模塊中固控區(qū)域配置了本地的啟動器有利于遠程控制的實現(xiàn)和良好運作時。該系統(tǒng)的遠程控制模式比前幾個系統(tǒng)的應用要更復雜和多樣一些：側中控系統(tǒng)PLC輸入信號控制該系統(tǒng)的本地啟動器，而中央控制系統(tǒng)與位于固控區(qū)域的閥門控制箱進行連接來實現(xiàn)遠程控制；或者是鉆井PLC或者中央控制柜PLC可以通過司鉆房觸摸屏，跟絞車電控系統(tǒng)、泥漿泵電控系統(tǒng)類似地進行遠程控制。

3 鉆井電控系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢

3.1 智能化發(fā)展

近些年來智能化的發(fā)展越來越受到社會的矚目，也有了不少強大的產(chǎn)品被創(chuàng)造出來甚至上市，由此可知智能化相關技術在國內(nèi)國外都有一定的發(fā)展，也越來越廣地運用在各式各樣的行業(yè)中，像是手機APP、汽車駕駛領域都有智能化技術的大范圍應用。在鉆井電控系統(tǒng)中添加智能化技術，核心問題就是結合智能化技術和現(xiàn)代控制技術，實現(xiàn)后的優(yōu)點是智能化的鉆井電控設備可以根據(jù)石油開采作業(yè)實時情況自動完成任務（任務可以是階段性的，便于智能檢測作業(yè)完成水平），如果加入智能自我診斷功能，那就能有效地在加快工作速率的同時減少了人工失誤如操作不當?shù)葐栴}?？傊悄芑@井電控技術的一大要點是盡可能跳過中間的人工操作環(huán)節(jié)，加快設備的工作速率的同時一方面能精準地獲取作業(yè)過程中所獲得的數(shù)據(jù)，一方面控制端能快而準確地根據(jù)運作數(shù)據(jù)發(fā)出準確的執(zhí)行信號來整體控制工作進程。也就是通過智能化技術的添加減少工作錯誤并提高精確度，從而擴大同一時間量內(nèi)的開采量，滿足世界的能源需求。

3.2 網(wǎng)絡化發(fā)展

生活在信息時代，網(wǎng)絡無處不在，因此網(wǎng)絡在各行各業(yè)的運用也越來越多，尤其是實踐證明網(wǎng)絡化有利于簡化工作流程提高工作效率、縮減工作成本增加產(chǎn)品價值和節(jié)約工作時間和資源等，對產(chǎn)業(yè)或者技術的發(fā)展都有十分重要的推動作用。目前要網(wǎng)絡化發(fā)展鉆井電控技術，主要有兩種方式，一種是通過網(wǎng)絡連接起鉆井電控系統(tǒng)中實現(xiàn)控制功能的各項部件，節(jié)省中間的信息傳輸環(huán)節(jié)，甚至還可以通過各部件的連接來分析并調(diào)配出能最高效工作的相配合組合，起到提高效率節(jié)約資源消耗等作用；另一種是共享鉆井過程的資源，方便操作人員隨時觀測開采過程的數(shù)據(jù)，確保工作順利進行，并適時地施加一定的調(diào)控等。總之，網(wǎng)絡化發(fā)展鉆井電控系統(tǒng)有利于高效的遠程控制和無人化操作發(fā)展，這種發(fā)展既符合了時代潮流的發(fā)展趨勢，又有助于上述智能化的技術發(fā)展，也即實現(xiàn)多項技術在鉆井電控系統(tǒng)中的結合，最終推動產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。需要注意的是保證所運作網(wǎng)絡的安全，網(wǎng)絡的安全關系到開采數(shù)據(jù)的安全和整個開采過程的作業(yè)精確情況。

3.3 開放化發(fā)展

鉆井電控技術的開放化發(fā)展指得是提高電控系統(tǒng)的操作性、移植性、拓展性和互換性等，也就是使得鉆井電控系統(tǒng)能夠更好地適應不止一個操作平臺，在對控制系統(tǒng)部件進行連接的基礎上。即使在不同的平臺、系統(tǒng)中都可以相互運行并操作。這一發(fā)展的要點仍舊是提高鉆井電控系統(tǒng)的工作效率，同時提高它的可操作性，降低操作難度來提高工作質量，以及方便工作人員對該系統(tǒng)的生產(chǎn)管理和運作，讓其更好地滿足生產(chǎn)者的需求。

4 結語

技術的發(fā)展永無止境，尤其的那些對社會、經(jīng)濟等發(fā)展有重要貢獻、作用的技術，由本文的闡述可知，海洋模塊化開發(fā)發(fā)展背景下，鉆井電控系統(tǒng)的研究有其重要性和必要性，而由于近些年研究人員的不斷努力，鉆井電控系統(tǒng)在控制技術、控制裝置上都有了不錯的成績和具體成品，但在海洋石油開采中技術的具體運用上可知當前的鉆井電控技術仍舊存在一些不足之處，因此，本文提出了一些鉆井電控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，以智能化、網(wǎng)絡化、開放化發(fā)展為方向，期望研究者可以在將來研制出更能符合社會需求的相關技術。

［1］羅佩豪，李云鵬，王波，高智超，魏峰.新型海洋模塊化鉆機鉆井電控系統(tǒng)的技術分析［J］.機械工程師，2016，（04）.

［2］栗慧燕，熊寧香.試論鉆井平臺電控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢［J］.中國新技術新產(chǎn)品，2014，（17）.