智能電氣液控制系統(tǒng)在石油鉆機(jī)上的應(yīng)用研究分析

水小華 史月梅 禤東

摘 要：石油鉆井工程是石油開采中一個非常重要的環(huán)節(jié)，而且這個工程的對技術(shù)的要求也較高。隨著經(jīng)濟(jì)和科技的不斷發(fā)展，智能電氣液控制系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到了石油的開采工作當(dāng)中，這項技術(shù)的應(yīng)用解決了石油開采工作中的許多問題，特別是在環(huán)境、溫度以及濕度方面有較大差異的區(qū)域可以穩(wěn)定的運(yùn)行，進(jìn)而提高了鉆井機(jī)運(yùn)行的可靠性和安全性。

關(guān)鍵詞：智能電氣液;控制系統(tǒng);石油鉆進(jìn)機(jī);應(yīng)用

DOI：10.12249/j.issn.1005-4669.2020.25.327

隨著社會和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，石油鉆井市場也在不斷的發(fā)展，這給石油鉆井機(jī)的研發(fā)帶來了良好的發(fā)展機(jī)遇，已經(jīng)有越來越多的高性能、高自動化技術(shù)應(yīng)用到了鉆井機(jī)中，解決了傳統(tǒng)鉆井機(jī)氣液控制管線的拆卸復(fù)雜、各連接處快拔插頭較多、各邏輯控制需依靠氣動閥件等現(xiàn)象，而且還有效的改善了安裝維護(hù)不便、生產(chǎn)效率低、安全可靠性差等問題，進(jìn)而實現(xiàn)了對鉆井機(jī)的實時集中監(jiān)視與自動化

控制。

1 智能電氣液控制技術(shù)的總體設(shè)計

智能電氣液控制系統(tǒng)是科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的產(chǎn)物，是一種現(xiàn)代化的技術(shù)，從這項理論的提出到產(chǎn)成品的推廣經(jīng)歷了很長一段時間的研發(fā)和實踐。智能電氣液控制系統(tǒng)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)設(shè)備的很多不足之處，并對一些比較明顯的不足之處進(jìn)行了改進(jìn)，為石油開采工作提供了便利。

1.1 智能電氣液控制技術(shù)在設(shè)計方面的改進(jìn)

智能電氣液控制技術(shù)在設(shè)計的過程中，從有助于提升工作效率的角度做出了一些改進(jìn)，平衡了各個內(nèi)部系統(tǒng)之間的關(guān)系，能夠更好的協(xié)調(diào)外部的工作環(huán)境，在這項技術(shù)中還應(yīng)用了高技術(shù)、多功能的元件，這對發(fā)揮智能系統(tǒng)的優(yōu)勢也有很大的促進(jìn)作用，提升了工作的效率，在一定程度上對石油的采集工作提供了幫助;除此之外，還調(diào)整了系統(tǒng)的控制方式，運(yùn)用PLC技術(shù)進(jìn)行量的控制，還對工作的順序、工作的持續(xù)時間以及數(shù)據(jù)運(yùn)算等進(jìn)行的科學(xué)的調(diào)整。

1.2 智能電氣液控制技術(shù)的智能化改變

電氣液控制技術(shù)的智能化設(shè)計主要是在系統(tǒng)的內(nèi)部安裝CPU硬件，它能夠?qū)鬏斶^來的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和處理，這樣不僅能夠充分發(fā)揮控制系統(tǒng)的控制功能，能夠通過無線通訊的方法進(jìn)行信息傳輸，減少了很多的工作過程。而這里面的觸摸屏的設(shè)計能夠直觀的將數(shù)據(jù)顯示出來，而且還能夠及時的把鉆井深度和操作程度同步顯現(xiàn)出來，方便進(jìn)行人工的調(diào)整。但是在智能控制系統(tǒng)中，各個設(shè)備以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制、執(zhí)行閥件都集中在各自的閥導(dǎo)箱中，并置于司鉆房、絞車、并車箱上，方便各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行。系統(tǒng)的壓力、溫度變送器采用各潤滑部件壓力及輔助剎車的冷卻水溫度，并通過PIC點對點的方式來進(jìn)行傳感器的數(shù)據(jù)采集，從而有效的控制各機(jī)構(gòu)的作業(yè)溫度。

1.3 智能電氣液控制技術(shù)的元件更替

智能化控制系統(tǒng)保留了原系統(tǒng)中的氣壓控制系統(tǒng)中動力、執(zhí)行元件及工作介質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點，對原氣液控制系統(tǒng)中的發(fā)令機(jī)構(gòu)、傳令機(jī)構(gòu)及控制部分的元件進(jìn)行了改進(jìn)。并采川技術(shù)較為先進(jìn)的電控旋鈕、電挖閥導(dǎo)、電控液壓比例閥、電控轉(zhuǎn)向閥替換了原有的換向閥、二位一通氣開關(guān)、繼氣器、溢流閥、淵壓閥;用電控氣、電控液技術(shù)代替氣控氣、氣控液的控制方式。此外，在PLC的控制方式上，文現(xiàn)了可對開關(guān)量與模擬量的雙向控制，同時塒順序控制、過程控制、連鎖保護(hù)、邏輯運(yùn)算等功能進(jìn)行了更為有效的操控，從而提高了石油鉆井機(jī)的作業(yè)效率及作業(yè)安全系數(shù)。

2 智能電氣液控制系統(tǒng)的主要構(gòu)成

2.1 智能電氣液控制系統(tǒng)的硬件組成部分

智能電氣液控制系統(tǒng)主要是由電源部分、操作控制元件部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分和管線連接等部分組成。首先按照系統(tǒng)的控制方式來劃分，可分為數(shù)字控制系統(tǒng)和開關(guān)量、模擬量控制系統(tǒng)，其中，數(shù)字控制系統(tǒng)主要采用的足PROFIBUS總線制，并運(yùn)用電纜連接方式對PIC的I/0模塊與觸摸屏和導(dǎo)之問進(jìn)行控制連接，并保證模塊與面板控制元件及傳感器的多心電纜連接，從實現(xiàn)對鉆機(jī)的邏輯控制功能。在數(shù)字控制系統(tǒng)中，閥導(dǎo)一般采川串聯(lián)的方式，斤在上面安裝DDL DRIVE模塊，實現(xiàn)與絞車和并車箱閥導(dǎo)的DDL LNK模塊的有效串聯(lián)，在系統(tǒng)發(fā)出數(shù)字信號時，可將接收到的數(shù)字進(jìn)行量轉(zhuǎn)化，并通過指令控制相應(yīng)的閥導(dǎo)元件實現(xiàn)各個控制功能，并將系統(tǒng)的工作狀態(tài)通過DDL模塊進(jìn)行反饋，從而在觸摸屏上顯示。

2.2 智能電氣液控制系統(tǒng)中PLC控制技術(shù)的選型

PLC控制技術(shù)主要是根據(jù)系統(tǒng)輸出點數(shù)和統(tǒng)計點數(shù)的余和系統(tǒng)以后的擴(kuò)展與聯(lián)網(wǎng)功能確定智能氣液控制系統(tǒng)，并采用集成通訊模塊PLC單機(jī)控制模塊，來完成整體的控制流程，并根據(jù)開關(guān)量和模擬量的輸入輸出點數(shù)、寄存器和定時器的個數(shù)來估算出系統(tǒng)的存儲容量，從而對系統(tǒng)的存儲容量進(jìn)行合理的選擇。

2.3 智能電氣液控制系統(tǒng)中系統(tǒng)閥件的選擇和設(shè)計

智能電氣液控制系統(tǒng)的控制對象主要是各閥導(dǎo)控制箱和鉆機(jī)的執(zhí)行情況，其中包括了司鉆控制房閥導(dǎo)控制箱、絞車箱閥導(dǎo)控制箱及剎車控制系統(tǒng)手柄等。以絞車閥導(dǎo)控制箱及硬件電路設(shè)計來說，絞車的滾筒離合、過圈防碰、換擋機(jī)構(gòu)、自動送鉆離合等方面都是受絞車閥導(dǎo)控制箱主來控制，其閥導(dǎo)通常有7個功能閥片成，是由5片G功能閥和2片I功能的集成安裝，來實現(xiàn)絞車閥導(dǎo)控制箱的控制功能。此外，根據(jù)鉆機(jī)離合器、換擋汽缸以及其它啟動設(shè)備的容量大小，閥導(dǎo)應(yīng)采用電磁驅(qū)動活塞式滑閥結(jié)構(gòu)，以過濾空氣作為工作介質(zhì)，從而達(dá)到1400L/min的標(biāo)準(zhǔn)流量。而電磁驅(qū)動活塞式滑結(jié)構(gòu)的閥導(dǎo)反應(yīng)速度比傳統(tǒng)的閥件更為快捷，開關(guān)的開啟時間為l8ms，關(guān)閉時間為24ms，更加方便閥導(dǎo)的運(yùn)行和控制，提高作效率。

3 智能電氣液控制系統(tǒng)的特點

該系統(tǒng)以電信號作為控制信號，信號傳遞準(zhǔn)確、快捷，有效地解決了氣壓信號工作穩(wěn)定性差、傳遞效率不高和液控信號傳遞速度慢、流程損失大、受溫度影響大等問題，使鉆機(jī)系統(tǒng)的控制真正做到反應(yīng)迅速，動作靈敏。且電控系統(tǒng)便于集成控制，絞車、司鉆房、并車箱等的控制閥件各自集成在密閉閥導(dǎo)箱內(nèi)，通過正壓系統(tǒng)達(dá)到防雨防腐防爆，相互問的控制傳遞僅通過一根外部通訊電纜即可完成，無需像氣控及液控那樣對每個控制閥件都要連接一根控制管線;大大簡化了安裝和維護(hù)程序。且每個控制閥導(dǎo)都設(shè)有電控及手控2種控制方式，當(dāng)電磁控制出現(xiàn)故障時，可以通過手動控制操作閥件動作，不會因電控故障造成設(shè)備事故。通過PLC控制和顯示，司鉆臺能實了解和控制鉆機(jī)各閥件的工作狀態(tài)，加強(qiáng)了司鉆對鉆機(jī)各系統(tǒng)的監(jiān)控力度，可杜絕一系列誤操作及設(shè)備失控事故的發(fā)生，大大提高了鉆機(jī)的可靠性和安全性。

4 結(jié)束語

隨著我國信息技術(shù)和工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，鉆機(jī)控制系統(tǒng)的也在不斷的向自動化、智能化和信息化的方向發(fā)展。而我們所說鉆機(jī)智能電氣液控制系統(tǒng)，就是及保持了傳統(tǒng)鏈傳統(tǒng)鉆機(jī)的特有優(yōu)點，又具有系統(tǒng)控制，數(shù)據(jù)顯示和信息共享的特征。而且它的核心控制單元運(yùn)用的是先進(jìn)的PLC技術(shù)，具有較強(qiáng)的擴(kuò)展功能，有利于鉆機(jī)的改進(jìn)和升級，在石油鉆機(jī)的控制系統(tǒng)中有著廣闊的應(yīng)用前景。

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