先进的连续油管控制系统

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1、万方数据54圄外油田工程ForeignOilfieldEngineeringV01．18No．112002。11Ericuan‰Z姐册先进晌连续油管控制系，统主题词连续油管钻机综合钻井系统原理优势一、介绍加拿大Alberta省Nisku地区的TransoceanEnsignDrillingTechnology(TEDTECH)公司研制了一种模块化多功能钻机。这种钻机名叫CDR—01，其功能包括常规接单根作业或利用两次操作间隙最短的转换时间进行连续油管钻井。其典型特性归纳如下：一迅速起下钻与停机设计相结合的模块化结构一连续油管总成的高度自动化一钻机的所有系统被集中

2、控制为了提高钻机效率，控制系统必须满足几项标准。首先，为适应钻机的模块化设计，必须将控制系统拆分成单独的模块。这就意味着钻机要采用大直径(3％in或更大一些)管。为了尽可能降低大直径管的磨损率，管轴安装在特殊设计的底盘上。对于管轴位置的确定在设计上十分重要，还可通过自动控制系统不断地进行调节。该系统是整个钻机控制系统中的一部分。另外，控制系统还允许钻井人员在一个操作台上进行多功能的钻井作业。钻井人员仅仅坐在工作台上就可操作起下钻、卷扬机、连续油管设备及泥浆泵等。由于CDR—Ol钻机系统适用于欠平衡钻井作业，因此还需要注氮泵。HITEC的Cyberbase被选作钻

3、机的中枢控制站。钻机的所有机械作业过程均可通过与系统的MMI相翻译：孙莉(四川石油钻采工艺研究院)，校对：周润才(大庆油田公司设计院)连接的两台计算机监视器显示出来。钻井人员只需敲击计算机键盘上的按键。便可完成钻机所有操作。由控制系统和井下钻具记录下的数据通过MMI程序存储下来有待于后期分析。二、背景与其它许多行业相比，今天的钻机行业仅仅受到自动化水平的限制。虽然目前计算机已广泛应用于钻机上，但是要想达到计算机对钻机的全面控制，对该行业而言还是一个崭新的课题。目前钻机自动化水平普遍较低的原因可归结于作业现场分布较散，这也在很大程序上降低了钻井人员对钻机作业的机械

4、化程度。为了充分提高钻机效率和确保安全生产，许多钻井人员不得不采纳来自泥浆测量装置、氮泵、钻井技术人员及相关人员的指令。大部分指令信息经钻台传递后缓慢到达钻井人员手中。综合钻井系统的理念涉及两方面内容：它要求钻井作业的各个方面都应通过实时路径传递钻井信息。这篇文章主要介绍了一种新型钻机，该钻机设计不但控制精密，而且还可给实际操作者传递重要信息。三、控制系统CDR一01控制系统是在综合钻井系统原理上设计的，其特点表现为：所有的操作和激励功能都被综合进计算机网络系统。现场装置和传感器与电路控制板相连，而控制板则邻近安装于控制系统。控制系统部件之间的连接是通过从远距离

5、I／0控制板到中心PLC之问的通信电缆来完成的。对操作人员的指令是通过第二台PLC来实施的。两台PLC同样是通过电缆来连接。控制系统主要部件的布局见图1。1，I／0分布传感器和启动器安装在用于钻井过程中的所有设备上。近程式传感器、压力变频器、应变压力仪和轴编码仪可纪录譬如马达速度、液压、大钩载荷及连续油管长度等数据。同时螺形线圈、双阀和I／P转换器可启动马达、释放制动器和调节空气流量。万方数据孙莉：先进的连续油管控制系统-‘55————●—_———●●—__一I——II——I_—-——_—●__——_●—----●-—一所有这些I／0装置均由电缆集中连接于钻机周

6、围的电路控制板上。在该电路控制板上，输入装置的信号需经过绝缘体、信号调节器和安全(IS)隔离板之后再进入输入电路板。而输出电路板信号在被送到现场装置之前也需要经过继电器和隔离板进行熔合。图1CDR一01上控制系统主件，HS与I／0盘之问的通信由通信电缆完成在钻机上用于钻井作业控制的共有四个控制板。它们的安装临近于泥浆泵、防喷器(BOP)、连续油管设备和液动力装置(HPU)。每一控制板又包含有一个I／0电源模块。该电源经数字一通信电缆与PLC相连。对于这种常规输入和输出装置的安装和电缆连接可参见图2。回图2泥浆泵流量输入。电极安装在A处的皮带驱动器上。B处的近程传

7、感器在电极通过一次后产生一个脉冲．这些脉冲被送进一个信号调节器内．在C处将脉冲频率转换成4—20mA信号，然后送到D处的模拟输人卡上(左图)。泥浆泵柴油机离合器啮合。信号从PLC送到E处的数字输出卡上。该输出打开F处继电器。‘于是给G处的电磁阀通电。电磁阀打开或关闭H处的空气阀．给I处的气缸送去空气。气缸接通或切断离合器(右图)(1)泥浆制动器泥浆制动器控制板上的输入数据包括：泥浆循环压力、泥浆罐容量、泥浆泵流率及井口压力。经电缆运载到达氮泵制动器上的数据包括：氮进口和出口压力、温度和泵流量。输出设备包括泥浆泵的发动机油门、离合器及氮泵与泥浆泵的紧急停机装置。．

8、(2)防喷器在防喷器上设