分布式网络在钻机监控系统中的应用研究

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1、分布式网络在钻机监控系统中的应用研究第一章序言1.1选题背景和研究意义石油、天然气作为珍贵的不可再生能源，其开采过程显得尤为重要。为满足当代钻井工艺的要求，设计者提出了多种形式的新型钻机，例如：电驱动钻机、套管钻机、模块化钻机以及全液压钻机等。这些突破性的研究使得原来依赖于人工完成的工作已经在不知不觉中被电动、液动等控制系统所替代[1]。在石油开采过程中，钻机若是一味地追求高效率、高控制而忽略了实际成本，也是不可取的。因此，在保证高效钻采的前提下，综合考虑钻机开采中的诸多问题，比如：资金、人力以及物力方面；钻机自动化控制、网络化、智能化管理等方面。对于钻机目前存在的问题

2、，主要包括：(1)在钻机控制中，基本采用的是集中控制，即所有控制指令从MCC房发出，通过控制电缆传递到井场周围的各个设备中。这种控制方式使得井场分布了大量的动力及控制电缆，给钻井作业的道路通畅带来很大的不便。随着钻机设计和驱动先进技术的运用，钻进效率大幅提高，钻井周期大大缩短，钻机变成了高频移动设备，少则一周，多则一个月，钻机完成钻井后便要搬迁到下一个井位继续工作。而井场中存在的大量动力及控制电缆，在搬家过程中就要一根一根的盘收起来、做好编号，待搬到新的井场后，按照编号重新连接起来。这项工作周而复始，浪费了大量的人力和物力，如果连接不好设备将不能正常工作。由于电缆经常拆

3、装，往往造成各部件接触不良，设备运转出现故障。(2)输送控制信号的介质需要用到大量的重型橡套电缆，这会造成大量的资源浪费。据不完全统计，一台钻机大约需要30万元左右的电缆。实际上，钻机中大量的设备不需要功率驱动，可直接就地控制；而在MCC房进行控制，则要从MCC房布电缆到设备处，如果能够把这些电缆省掉，仍能实现集中控制，将会给钻机移动搬迁和提高钻机控制的水平带来深远的影响。......1.2国内外研究现状就全球目前情况来看，至少有100多个国家正从事石油和天然气的开发研究工作，而其中专门制造石油钻采机械设备的却寥寥无几。在这些国家中，其石油钻机产品质量较好、水平较高的国

4、家主要集中在美国、俄罗斯等工业发达国家。相对而言，国内的石油钻机基本上只局限于自己使用。国外钻机在满足其性能各方面要求下，钻机技术正朝着自动化方向发展，特别是在环境恶劣的情况下，轻小、便捷的钻机已经慢慢发展并且推广开来。由此可知，国外钻机在系统控制方面也正朝着自动化、智能化、网络化方向发展[9-11]。目前，国内钻机系统控制自动化水平较低，且基本上处于萌芽发展状态。就整体而言，国内的自动化水平相当有限，许多先进的理念都借鉴于国外，基本上没有突破性的发展。近年来，由于网络的快速发展，利用网络进行控制已成为全球工业化发展的趋势，特别是最新提出的分布式网络控制课题已经在诸如航

5、天、医疗等领域进行开发研究[12]。......第二章分布式网络控制技术的硬件平台分布式网络控制平台的建立，首先是明确分布式网络管理集中，控制分散的理念，依据国内外在此方面的一些研究，特别是国外，选定可以扩展并建立分布式的设备电力线适配器，其次，根据电力线适配器的特点选择合适的电缆线以及摄像机，最后借鉴国外的一些接线情况，确定可以实现分布式网络的接线图，根据接线图确定连接位置后，建立分布式网络钻机的平台。2.1电力线适配器（Poera),主要分为枪型、半球形、筒形和卡片型四种，对于海康威视网络摄像机而言，半球形摄像机变焦范围不大，镜头不易更换，视野比较固定，所以在钻机监

6、控过程中不宜选用；对于枪式摄像机，海康威视枪式摄像机适宜于室内安装；而同时摄像机综合避免上述两种摄像机缺点，故本论文选用的是筒式摄像头，具体如图2-4、图2-5所示:在此过程中，应保证上述的电力线适配器与选取的网络摄像机信号频率是相同的。这将决定使用的标准电源是否是12V的直流电源以及网络接口是否是有源以太网。本论文中一共选取三个网络摄像头，分别对钻机以及钻场的三个位置进行监控，钻机天车处、钻杆处、钻井循环液池处。.....第三章分布式网络控制系统的调试....213.1单路监控系统下的调试....213.2三台网络摄像机的同时工作下的调试.......313.3开关控

7、制系统的调试........34第四章分布式网络控制技术平台的安装.....364.1监控装置与防爆箱的安装.........364.2其他设备的安装.......394.3整套装置在钻机上的安装图.....414.4监控装置的现场安装........414.5设备的使用与维护............42第五章分布式网络控制系统的分析....445.1系统的经济分析.......445.2系统传输速度分析............455.3监控信号传输特性分析....47第五章分布式网络控制系统的分析在研究一套整体系统的时候，考虑其创新性的