鉆井控制系統(tǒng)電氣化改造可行性方案

鉆井控制系統(tǒng)電氣化改造可行性方案鉆井設(shè)備的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)以液控、氣控為主。存在現(xiàn)場控制管線鋪設(shè)拆卸復(fù)雜，安裝維護(hù)不方便，安全可靠性差，反應(yīng)時間較長等缺點(diǎn)。針對鉆井現(xiàn)場控制系統(tǒng)現(xiàn)狀，在保留原傳統(tǒng)氣液控制系統(tǒng)動力、執(zhí)行元件及動力傳動介質(zhì)基本不變的前提下，對原氣液控制系統(tǒng)的操作機(jī)構(gòu)、傳令機(jī)構(gòu)及控制部分的元件及工作方式進(jìn)行電氣化改造，并可引入PLC作為核心，通過程序?qū)崿F(xiàn)對鉆井設(shè)備的集中系統(tǒng)控制。改造后的控制系統(tǒng)具有反應(yīng)速度快，安裝方便快捷，容易操作和維護(hù)等特點(diǎn)，大大提高設(shè)備的可靠性和安全性，同時減少了人員工作量。標(biāo)簽：鉆井；控制系統(tǒng)；電氣；自動化一、 引言縱觀國內(nèi)外鉆井設(shè)備的發(fā)展趨勢，鉆井行業(yè)對鉆井設(shè)備的可靠性、功能性與技術(shù)智能化的要求越來越高，鉆井設(shè)備的自動化控制能提高鉆井的工作效率，同時提高了工作人員的人身安全和生產(chǎn)施工安全。隨著計算機(jī)通訊技術(shù)的廣泛應(yīng)用，鉆井設(shè)備的自動化水平，能夠減少人工作業(yè)，提高鉆井生產(chǎn)的精確性，還能保證生產(chǎn)的安全系數(shù)。二、 鉆井控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀近年以來，我國石油鉆井行業(yè)正在逐步與國際接軌，國內(nèi)外對石油鉆井的要求也越來越高。我國的石油鉆井設(shè)備在標(biāo)準(zhǔn)化和制造水平及創(chuàng)新研發(fā)能力，產(chǎn)品質(zhì)量和品種等方面有較大的提高和發(fā)展，機(jī)、電、液，信息一體化的主流技術(shù)已廣泛應(yīng)用于石油鉆井設(shè)備。就其控制系統(tǒng)組成來看包括了電氣傳動系統(tǒng)、氣壓傳動系統(tǒng)、液壓傳動系統(tǒng)、PLC智能控制系統(tǒng)［1］等各種控制系統(tǒng)，但石油鉆井設(shè)備龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，另外由于鉆井設(shè)備成本投入較高，造成產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度較慢，新的先進(jìn)技術(shù)設(shè)備不能及時應(yīng)用于鉆井生產(chǎn)現(xiàn)場。傳統(tǒng)的鉆井設(shè)備及氣液為主的控制系統(tǒng)仍然是短期內(nèi)國內(nèi)鉆井行業(yè)的主流配套組合。三、 傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的優(yōu)劣（一）傳統(tǒng)液氣控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)1、 氣動控制具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，對工作環(huán)境要求不高、適應(yīng)性好，特別適用于易燃、易爆、潮濕、振動等惡劣環(huán)境場合。2、 氣控系統(tǒng)工作介質(zhì)是壓縮空氣，既降低成本又不會造成污染。因此氣壓傳動在石油鉆機(jī)傳動系統(tǒng)中，特別存在爆炸危險性的石油鉆井設(shè)備有著明顯的優(yōu)點(diǎn)。3、液壓系統(tǒng)能夠滿足大功率能量傳遞的設(shè)備中。4、液壓系統(tǒng)具有自潤滑性好，使用壽命長的特點(diǎn)。（二）傳統(tǒng)液氣控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)1、 管線現(xiàn)場鋪設(shè)拆卸復(fù)雜。例如，各氣液控制管線需要設(shè)置排管架，在管線拐角及司鉆房和設(shè)備進(jìn)出處等需要大量的連接接頭。2、 占用空間較大。各閥體占用空間較大，從而造成設(shè)備及控制單元體積較大，給維護(hù)和使用都帶來不便，同時增加了設(shè)備制造成本。3、 安全可靠性差。氣控系統(tǒng)中司鉆控制房內(nèi)的手動換向氣閥容易造成誤操作而發(fā)生嚴(yán)重的生產(chǎn)事故;另外，液氣控制系統(tǒng)沒有連鎖互鎖等相應(yīng)的保護(hù)機(jī)構(gòu)、安全性較差。4、 系統(tǒng)反應(yīng)遲鈍。液氣控制系統(tǒng)的控制管線較長、液體和氣體在管線內(nèi)傳遞時間較長、執(zhí)行指令遲鈍、易造成事故。5、 維護(hù)修理復(fù)雜。控制管線及閥件易出現(xiàn)堵塞故障、需要定期維護(hù)保養(yǎng)。管線接接頭更換麻煩。四、控制系統(tǒng)電氣化改造方案傳統(tǒng)氣液控制系統(tǒng)存在安裝維護(hù)不便、生產(chǎn)效率低、安全可靠性差等缺點(diǎn)，但基于液壓系統(tǒng)及氣控系統(tǒng)的優(yōu)勢，改造方案保留原傳統(tǒng)氣液控制系統(tǒng)動力、執(zhí)行元件及工作介質(zhì)基本不變的前提下，對原氣液控制系統(tǒng)的發(fā)令機(jī)構(gòu)、傳令機(jī)構(gòu)及控制部分的元件及工作方式進(jìn)行電氣化改造。（一）基本電氣化改造方案對于麻控系統(tǒng)，對原控制系統(tǒng)中的相應(yīng)氣開關(guān)用電控氣閥代替，并將氣控閥組集成于一閥組箱內(nèi)，方便安裝維護(hù)?？刂齐娐芳捎谝粭l多芯電纜連接于司鉆房內(nèi)的集成控制面板，使用控制面板上的電控按鈕通過電信號控制氣閥的工作，且每個閥上設(shè)置手動按鈕，按動相應(yīng)按鈕可實現(xiàn)沒有電源情況下仍然可以控制閥組工作。另外可以在離合器、氣閥等處安裝開關(guān)量元件，通過電信號檢測設(shè)備工作狀態(tài)，并設(shè)置相應(yīng)的連鎖互鎖保護(hù)。例如，在立管閘門處安裝開關(guān)量元件，設(shè)置此開關(guān)量與鉆井泵的電控連鎖，當(dāng)立管閘門處于關(guān)閉狀態(tài)時，開關(guān)量元件處于關(guān)閉狀態(tài)，此時與開關(guān)量連鎖的鉆，井泵電控按鈕按下時，相應(yīng)鉆井泵電控氣閥無法動作，從而保證安全。同樣對于液壓系統(tǒng)的換向閥、溢流閥和調(diào)壓閥等用電控按鈕、電控液壓比例閥等代替，并用電控方式通過控制面板集中控制并通過電控的互鎖連鎖設(shè)置相應(yīng)的限制和保護(hù)。（二）智能電氣化改造方案要實現(xiàn)對鉆井設(shè)備的智能化自動控制，可引入PLC作為核心。采用PLC集成控制可實現(xiàn)對氣閥的開關(guān)量控制也能實現(xiàn)對液控比例閥、調(diào)壓閥等的模擬量控制，同時可實現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序控制、延時控制、聯(lián)鎖互鎖保護(hù)等智能運(yùn)算。并且PLC可配合各種傳感器、開關(guān)量和模擬量等多種采集信息元件，對采集信息通過軟件方便的實現(xiàn)和控制系統(tǒng)限制、互鎖、連鎖等保護(hù)。PLC系統(tǒng)的信號傳遞只需一個通信電纜，不但節(jié)省掉氣液管線并且能節(jié)省單純電器控制的電纜數(shù)量。配合觸摸屏顯示器使用，使整套PLC控制系統(tǒng)具有鉆機(jī)操作和鉆井參數(shù)實時顯示、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控與顯示、故障指示、安全保護(hù)等功能。在引入PLC控制系統(tǒng)的同時可同時配備基本電氣化改造中的方案，以控制面板電控按鈕控制作為冗余設(shè)計，在PLC出現(xiàn)故障時可以關(guān)閉PLC控制系統(tǒng)，通過控制面板進(jìn)行操作。（三）電氣化改造的優(yōu)點(diǎn)電氣化改造后的控制系統(tǒng)以電信號作為傳令信號，傳遞準(zhǔn)確、迅速，有效地解決了氣壓傳遞不可靠、傳遞效率低和液壓信號功率損失較大、傳遞速度慢、受溫度影響大等問題，使鉆機(jī)控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、動作及時，執(zhí)行準(zhǔn)確。并且電氣化改造后的控制系統(tǒng)實現(xiàn)了規(guī)范化、集成化，使人員操作和維護(hù)安裝更加方便。省時省力。通過控制面板或觸摸屏控制和顯示，司鉆臺能實時了解和控制設(shè)備的工作狀態(tài)，可杜絕一誤操大大減少事故的發(fā)生，提高了鉆機(jī)的可靠性和安全性。五、結(jié)束語對于引入PLC的控制系統(tǒng)智能化改造方案成本相對較高，因此針對現(xiàn)場實際情況，對于鉆機(jī)使用壽命權(quán)衡是否進(jìn)行引入PLC的智能控制系統(tǒng)改造。對于鉆機(jī)較陳舊，可利用年限不多的設(shè)備進(jìn)行簡單的基本電氣化控制系統(tǒng)改造不失為一種更為合理的選擇。在不需要花費(fèi)較大成本的前提