鉆進(jìn)過(guò)程監(jiān)測(cè)與控制硬件系統(tǒng)研究及應(yīng)用

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的不斷改革與創(chuàng)新，鉆探行業(yè)發(fā)展得到了質(zhì)的飛躍。鉆進(jìn)過(guò)程監(jiān)測(cè)與控制硬件系統(tǒng)作為現(xiàn)代鉆掘作業(yè)過(guò)程的重中之重，是一個(gè)必不可缺的關(guān)鍵部分，直接關(guān)系到鉆進(jìn)工作的質(zhì)量和效率。因此，要想實(shí)現(xiàn)鉆探工業(yè)的科學(xué)化、自動(dòng)化以及數(shù)字化的發(fā)展，就必須加強(qiáng)對(duì)鉆進(jìn)過(guò)程監(jiān)測(cè)與控制方法的研究分析，不斷提高鉆井水平，有效降低相關(guān)工作人員的任務(wù)量，達(dá)到事半功倍的良好效果。文章將進(jìn)一步對(duì)鉆進(jìn)過(guò)程監(jiān)測(cè)與控制硬件系統(tǒng)研究與應(yīng)用展開(kāi)分析與探討。

關(guān)鍵詞：鉆進(jìn)過(guò)程監(jiān)測(cè)；控制硬件系統(tǒng)；實(shí)踐應(yīng)用

引言

當(dāng)前是一個(gè)科學(xué)技術(shù)時(shí)代，鉆探行業(yè)發(fā)展要與時(shí)俱進(jìn)，跟上時(shí)代前進(jìn)的腳步。鉆進(jìn)過(guò)程監(jiān)測(cè)與控制硬件系統(tǒng)作為工作人員在鉆井過(guò)程進(jìn)行科學(xué)分析決策的重要工具，它可以有效全面反映出鉆井的實(shí)際情況，讓鉆井技術(shù)人員充分掌握了解到各項(xiàng)鉆井信息數(shù)據(jù)，從而保障鉆井的安全可靠性和高效性。因此，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)與通訊技術(shù)輔助下，鉆進(jìn)工程企業(yè)要加大對(duì)鉆進(jìn)過(guò)程檢查與控制硬件系統(tǒng)的研究分析，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)系統(tǒng)的創(chuàng)新轉(zhuǎn)變，逐漸轉(zhuǎn)換為數(shù)字化、智能化以及網(wǎng)絡(luò)化的系統(tǒng)，大大提高鉆井的工作效率和質(zhì)量，在最低成本下創(chuàng)造出最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 鉆進(jìn)參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)的主要內(nèi)容

1.1 過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理

過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)又被稱(chēng)為測(cè)試系統(tǒng)，它通過(guò)利用計(jì)算機(jī)去實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆進(jìn)過(guò)程的檢測(cè)目的，獲取相關(guān)的測(cè)量數(shù)據(jù)。

過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理是在獲取到相關(guān)參數(shù)后，在傳感器的作用下實(shí)現(xiàn)將參數(shù)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，通過(guò)模擬輸入通道進(jìn)行信號(hào)的調(diào)理和數(shù)據(jù)的采集，再有效轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理，儲(chǔ)存到相對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器當(dāng)中，這樣有利于之后工作人員的數(shù)據(jù)提出和分析。為了保障對(duì)測(cè)量過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[1]，在模擬輸出通道輔助下，能夠有效將處理后的數(shù)據(jù)以模擬信號(hào)的方式顯示在模擬顯示器上，工作人員能夠隨時(shí)隨刻觀察到相關(guān)數(shù)據(jù)。此外，一旦測(cè)量過(guò)程的參數(shù)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限度時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

1.2 系統(tǒng)傳感器的主要類(lèi)型和選用原則

當(dāng)前市場(chǎng)傳感器的種類(lèi)多種多樣，根據(jù)測(cè)量對(duì)象的不同，大致可以分為以下幾種類(lèi)型：（1）熱工量的測(cè)量傳感器，包括了常見(jiàn)的壓力傳感器、液位傳感器以及流速傳感器等；（2）機(jī)械量的測(cè)量傳感

器，包括了應(yīng)力傳感器、加速度傳感器、力矩以及位移等；（3）物理化學(xué)量的測(cè)量傳感器，包括了濕度傳感器、化學(xué)成分傳感器以及氣體或者液體密度等。

工作人員在選擇傳感器上，要綜合考慮到各種問(wèn)題因素，例如傳感器的占用體積是否滿(mǎn)足被測(cè)區(qū)域的相關(guān)要求、安裝方式?jīng)Q定是采取非接觸式還是接觸式、傳感器的成本價(jià)格以及根據(jù)信號(hào)的引出方式選擇是無(wú)線還是有限測(cè)量等。在全面考慮到上述問(wèn)題后，工作人員才能去關(guān)注到傳感器的其他選用因素，比如傳感器的靈敏度、頻率響應(yīng)特性以及線性范圍等，這些都是傳感器重要選擇標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 鉆進(jìn)參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

鉆進(jìn)參數(shù)指的是在鉆進(jìn)過(guò)程中表征鉆進(jìn)特性的多種與鉆進(jìn)過(guò)程相關(guān)的化學(xué)和物理參數(shù)，參數(shù)的獲得有利于工作人員進(jìn)行科學(xué)的分析決策，有針對(duì)性的選用鉆井方式。當(dāng)前市場(chǎng)的鉆進(jìn)參數(shù)系統(tǒng)能夠保證在同一時(shí)間段對(duì)幾十種數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這些參數(shù)主要涵蓋了鉆壓、泵壓、泵量、鉆速以及大鉤負(fù)荷等，所有參數(shù)的分析有利于工作人員總結(jié)發(fā)現(xiàn)鉆進(jìn)過(guò)程的整體發(fā)展規(guī)律特征，從而進(jìn)行合理的優(yōu)化調(diào)整，改進(jìn)完善鉆進(jìn)方式，達(dá)到安全高效的鉆井目的，在最低成本下創(chuàng)造出最大的收益[2]。

2 控制硬件系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)

2.1 鉆壓控制

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為一種廣泛應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)，它通過(guò)利用電脈沖進(jìn)行控制，并且有效將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的線位移或者角位移。只要保持在非超載的狀況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置完全取決于脈沖數(shù)和脈沖信號(hào)的實(shí)際頻率，不會(huì)受到負(fù)載變化的影響。工作人員只需要往步進(jìn)電動(dòng)機(jī)內(nèi)有效輸入一個(gè)電脈沖，就能夠使其前進(jìn)一步，最后輸出的角位移會(huì)與輸入的脈沖數(shù)成正比例關(guān)系，轉(zhuǎn)速也會(huì)與脈沖頻率成正比例關(guān)系。在鉆壓控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與計(jì)算機(jī)之間存在著密切關(guān)系，在計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能夠有效驅(qū)動(dòng)調(diào)壓閥開(kāi)啟壓力的大小，從而控制鉆機(jī)液壓系統(tǒng)的壓力，實(shí)現(xiàn)最終的控制鉆壓的目標(biāo)。

2.2 轉(zhuǎn)速控制

三相異步電動(dòng)機(jī)作為被普遍應(yīng)用的異步電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速公式為：

三相異步電動(dòng)機(jī)存在多種調(diào)速方法，主要包括了以下幾種類(lèi)型：（1）通過(guò)改變旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)同步轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)速，包括去改變供電電源頻率f1、改變定子繞組極對(duì)數(shù)P等方式；（2）改變轉(zhuǎn)差率S進(jìn)行調(diào)速，包括去降低電源電壓、繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻等方法。通過(guò)應(yīng)用變頻調(diào)速系統(tǒng)去控制鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速是完全可行的，通過(guò)將變頻器與計(jì)算機(jī)建立安全聯(lián)系，利用計(jì)算機(jī)向變頻器發(fā)布控制信號(hào)，然后改變輸送給三相異步電機(jī)的頻率，這樣就可以有效改變它的轉(zhuǎn)速，從而有效實(shí)現(xiàn)控制鉆機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。

3 鉆進(jìn)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用

當(dāng)工作人員將各個(gè)系統(tǒng)傳感器準(zhǔn)確安裝完畢后，連接好所有信號(hào)，就能夠進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的鉆井試驗(yàn)。比如進(jìn)行鉆機(jī)空轉(zhuǎn)、不下鉆桿的試驗(yàn)，在鉆進(jìn)過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)開(kāi)啟后，頻率脈沖信號(hào)能夠及時(shí)讀取數(shù)據(jù)，然而模擬信號(hào)通道卻無(wú)法穩(wěn)定作業(yè)。并且系統(tǒng)受到外界信號(hào)的嚴(yán)重干擾，信號(hào)不穩(wěn)定。工作人員根據(jù)問(wèn)題原因分析得出，針對(duì)此現(xiàn)象要采取多元化的信號(hào)抗干擾模式，要合理的縮短信號(hào)線的長(zhǎng)度，把信號(hào)線穿過(guò)細(xì)鋼管等，這樣可以有效避免外界環(huán)境因素對(duì)信號(hào)的干擾；當(dāng)進(jìn)行擴(kuò)孔鉆進(jìn)作業(yè)時(shí)，在上述應(yīng)對(duì)措施采取后，發(fā)現(xiàn)輸出信號(hào)較為穩(wěn)定，根據(jù)信號(hào)實(shí)際輸出情況，分析得出軟件部分需要得到優(yōu)化調(diào)整[3]。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，社會(huì)的發(fā)展離不開(kāi)各項(xiàng)能源的開(kāi)發(fā)利用，現(xiàn)代鉆進(jìn)技術(shù)的創(chuàng)新優(yōu)化已經(jīng)成為了人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展急需解決的問(wèn)題。因此，鉆探行業(yè)必須加強(qiáng)計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)以及電子技術(shù)與鉆井作業(yè)的結(jié)合，有效開(kāi)發(fā)出完善的智能化、數(shù)字化以及集成化的鉆進(jìn)過(guò)程監(jiān)測(cè)與控制硬件系統(tǒng)，不斷提高鉆井的安全穩(wěn)定性和高效性，為社會(huì)帶來(lái)更多的現(xiàn)實(shí)價(jià)值，推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定持續(xù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]王果，劉剛，賈國(guó)玉，等.鉆井試驗(yàn)裝置鉆壓伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真[J].石油機(jī)械，2012，34（6）：50-53.

[2]郭李艷，何萍，李美蓮. 一種應(yīng)用 TMS320F2812 和編碼器測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法[J].桂林航天工業(yè)高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2014，3：13-15.

[3]Heisig G，Sancho J， Macpherson J D.Down hole diagnosis of drilling dynamics data provides new level drilling process[J].2013，5（2）：38-39.

作者簡(jiǎn)介：劉宇譯（1986-），男，漢族，江蘇鹽城人，本科，西安石油大學(xué)，研究方向：機(jī)械制造及其自動(dòng)化。