一种石油钻机自动猫道遥控器控制系统
《石油机械》2019年年度索引
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I
《石油机械》2019年年度索引
钻井技术与装备
体积压裂过程套管力学行为研究 高温高压气井井筒温度场计算与分析 页岩气水平井JY10HF井钻井关键技术及认识 基于支持向量机的钻柱黏滑振动等级评估方法 顶驱回转头锁紧系统的优化研究 中俄东线楚州盐穴储气库固井难点及对策 基于ABAQUS的PDC高速切削岩石机理研究 ReelWell钻井反向射流抽吸技术及工具研究 一种拉升式动力猫道控制系统的研制 阿克纠宾超低压长水平段水平井钻井关键技术 层理性地层井壁坍塌失稳规律研究 三维井眼轨迹可视化研究现状与发展趋势 基于ANSYS和响应面法的排管机立柱优化设计 井下微流量测量装置节流压差规律研究 酒西地区白垩系地层新型PDC钻头技术及应用 可膨胀波纹管截面设计计算与评估方法 扭力冲击器设计与仿真分析............. ZJ40CDY斜井齿轮齿条钻机液压顶驱的研制 水平分支井射流驱动引导工具控制阀设计 渤海中深层井壁稳定流固耦合研究 北部湾盆地脊形PDC切削齿钻头提速技术 织构化钻头滑动轴承单元摩擦学性能研究 陆地超深井四单根立柱高效钻机...... 水力喷射钻孔器径向破岩特性分析 李萨如空间轨迹钻井液振动筛运动学特性分析 底部钻具组合反向涡动试验和模拟研究 水平井中偏心钻杆摩擦压力损失试验研究 新型自动化技术在钻机及钻井中的应用展望 渤海中深层探井径向射流技术可行性研究 精细控压钻井过程中溢流的模拟和控制 循环下套管装置卡瓦牙型选取及有限元分析 带旋转管柱连续管钻井岩屑运移研究…•… PDC钻头混合布齿切削试验装置 基于偏载作用下的齿轮齿条啮合仿真研究 连续管钻井震击工具的设计及研究
廖文玲 (4) 12 ............. 李亚辉，陈思祥，周天明，覃建，刘静 (4) 19 ....... 李玉梅，张涛，于怀彬，苏中，于丽维，郑伟 (4) 24 ........... 呂志鹏，王碧霞，周思柱，秦伦， 朱宏武 (4) 31 .......................... 王选涛，覃玉荣， 李秉路 (4) 38 ........... 李晓，王正权，王晓飞，杨兴波， 边庆萍 (5) 1 杨双业，张鹏飞，王飞，罗磊，李庆福，杨斌， 梁卫斌 (5) 9 ............... 张启龙，王斌，田守醺，高斌，李进（5） 17
动力猫道技术国内外现状和发展趋势
赵 淑 １ 文 彪 聂 永晋 史 楠 楠 李 ， ，
（．中 国 石 油技 术 开发 公 司 ， 京 １０ ０ ；． 国 石 油 辽 河 石 油装 备有 限公 司 ， 宁 盘 锦 １ ４ １ ） １ 北 ００１２中 辽 ２ ０ ０
摘要： 随着机械 化 自动化技 术在 石 油钻机 行业 的应 用 ， 国石 油钻 机 制造 技 术得 到 了较快 的发 展 ， 我
ｖ ｓ ｍｅ ｔ ｎ ｐｅ ｉ ｈｅ ａ ｓ ｅ ｔ ｎ ｉ ｒｐ ｒ ｌ ｕｐｐ ｒ ｉ ｇ ｑｕ ｐ ｅ ｎｄ ｕ ｏ ｔ ｄ ｄｒｌｉ ｔ ｏｌ ｗｅ ｅ ｌ ａ ｌ ｉ ｕ ｆ— ｏ ｔｎ ｅ ｉ ｍ ｎｔ ａ ａ ｔ ｍａ ｅ ｉｌｎｇ ｏ ｓ ｒ ｃｅ ｒ ｙ ｎｓ ｆｉ
２１ ０ ０年 第 ３ ９卷 第 ２期 第 １ ３页
０Ｉ Ｌ ＦＩ ＥＬＤ
石 油 矿 机 械 场 Ｅ ＱＵＩ ＭＥＮＴ Ｐ
２ １ ３ （ ）：３ １ ０ ０， ９ ２ １ ～ ５
文 章 编 号 ：１ ０卜３ ２（ ０ ０） — ０１ － ３ Ｏ ４８ ２ １ ０２ ０ ３ ０
动 力猫 道 技 术 国 内外 现 状 和 发展 趋 势
ｅ ａ ｗａ ｋ ｉ ａ ｅ ｒ ｃ ｔ ｌ ｓ ｍ ｄ ． Ｋ ｅ ｒ ｓ：ｐｏ ｅ ａ ｗ ａｋ； ｄ ｉｌｐ ｐｅ ａ ｒ ｎ ｍ ｅ ；ｄ ｉｌｔ ｏ ｓ ｍ ｅ ｈ ｎｉａ ｉ ｎ；ａｕ ｏ ａ ｉ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ｗ ｒｃ ｔ ｌ ｒｌ ｉ ｒ ａ ｇｅ ｎｔ ｒ ｌ ｏ ｌ ｃ ａ ｚ ｔｏ ｔ ｍ ｔｏ
石油钻机自动化猫道设计策略
石油钻机自动化猫道设计策略背景随着石油产业的不断发展，石油钻机自动化的水平越来越高。
在石油钻机自动化领域，大多数研究都集中在自动控制技术和智能决策算法上，而猫道（Catwalk）这一重要的装备在自动化方面的研究却比较少。
猫道作为石油钻机上的上下料平台，其设计和优化直接影响到生产效率和安全性。
猫道的作用猫道是石油钻机上的一种上下料装置，主要用于运送、堆放和更换管柱、工具和设备等物品。
在传统的石油钻机工作模式下，工人需要手动操纵猫道进行物品的运输和停靠。
然而，这种工作方式存在工作量大、操作复杂、效率低下、安全隐患大等弊端。
猫道自动化设计的优点智能化的猫道自动化设计不仅能够提高生产效率，同时也能够降低工人的劳动强度和提高工作安全性。
在自动化的石油钻机上，猫道自动化设计的优点主要有：1.提高了生产效率：自动化的猫道可以自动执行上下物料的操作，相较于传统的人工操作能够提高效率，减少生产时间，提高生产效率；2.降低了安全风险：在传统的工作方式下，猫道操作时存在被撞击、被压伤等风险，而自动化的猫道能够有效减少意外的发生率；3.减轻了工人的劳动强度：石油钻机工作环境十分恶劣，工人需要在高处和狭窄的空间内进行操作，通过猫道自动化设计能够有效减轻工人的工作强度；4.减少人员成本：石油钻机自动化的出现，大大减少了人员成本，避免了重复性的劳动。
猫道自动化设计方案猫道自动化设计前置条件要想进行猫道自动化设计，首先需要进行必要的前置条件设计。
1.硬件设备：需要给猫道安装自动化设备，比如探测器、传感器、执行器等；2.软件设计：需要开发适应的控制程序，包括现场数据采集、深度学习等。
猫道自动化设计流程针对石油钻机自动化的猫道设计，下面是其设计流程：1.数据预处理：猫道自动化设计的第一步是进行现场数据采集和数据预处理，包括原始数据的采集、数据清洗和特征提取等操作；2.模型建立：在数据预处理完成后，需要进行模型建立，包括物品检测模型、识别模型和行动规划模型等；3.自适应学习：石油钻机工作环境复杂，自动化猫道要实现自适应学习，学习本地条件、物品属性和人为干预等因素；4.对接控制系统：猫道自动化设计中，模型的训练和优化需要与石油钻机的控制系统进行对接，实现系统的闭环控制与协同控制。
自动化智能化石油钻井系统
五、实现自动化智能化钻井系统的地面关键设备—智能司钻控制系统 1、智能司钻控制系统技术方案 智能司钻控制系统是基于神经网络控制技术，现场总线技术，信息网络技术集成于一 体的全数字化、智能化、网络化、可视化、高度集成化的控制系统。
随钻测量数据实时与钻时预测数据进行比较和修正，使钻井专家系统模型更加科学和合 理。
钻井信息化：钻井现场的钻井工程数据、井眼轨迹数据、随钻测井数据、录井数据、设 备运行以及故障信息、井场视频信息等通过无线网络（如卫星网、ＧＳＭ网络）实时传送到 公司总部，现场工程师和总部的地质师、地球物理师、油藏工程师、设备工程师，可随时参 与和协同工作，设计井眼轨道、调整钻井措施、确定完井策略等提出专家会诊决策指令意见， 反馈到钻井队，实现实时最优化钻井施工，还可使钻井和油藏地质人员“透视”地下三维图 像实时监督正钻井和待钻井的井眼轨迹。
井身结构及随钻轨迹控制：采用钻柱下部组装的随钻测井工具和各类传感器，如地层 电阻率ρ、岩性特征测量探头伽玛γ、中子-密度探头 N-D、声波探头 S、核磁共振探头 NR、 地层空隙压力 P、井斜角θ、方位角α和导向工具面的工具面角ω、钻头井底钻压 pb、井底 转数 n、井底扭矩 Tb、钻柱不同截面处的测力传感器等等，采集并经过处理后准确得到真实 的地层剖面完整资料。主要可包括地层岩性和密度、储层特性及标志层、气顶、油层、夹层、 油底等岩性及其深度、地层流体深度和流体压力、流体性质、实钻三维井身轨迹、钻柱及其 各组配件与钻头的实时工况、井下钻井动态工况等，这些数据与地震、SWD、测井、工程录 井等方法及数据库中的信息，运用软件进行综合分析与整合集成，解释处理得出待钻井段优 化的技术参数及决策，并与设计井身结构地质和工程模型时刻比较，使井下执行工具准确动 作。
北京科技大学科技成果——电动钻机控制系统
北京科技大学科技成果——电动钻机控制系统成果简介交流变频电动钻机是国外20世纪90年代新发展起来的一种先进的电动钻机。
90年代后期，我国的科技人员和有关单位将交流变频调速技术应用于石油钻采设备，尤其是电驱动钻机，成为当今最受青睐的钻机。
交流变频电动钻机与机械钻机、直流钻机相比，它采用了交流变频调速技术，能够适应钻井工艺的要求，简化了钻机的机械结构，减轻了维护保养工作，提高了安全性、可靠性和移运性。
交流变频绞车体积小、质量轻、故障少、维护方便；调速范围宽，可实现无级调速；能够以极低的速度恒扭矩输出，实现数控恒钻压自动送钻，对提高钻井时效、优化钻井工艺、处理井下事故等十分有利。
新型司钻控制系统控制精确、操作简单，使司钻摆脱了繁重的体力劳动，并注重了操作技巧和钻井参数的优选。
油田电驱动钻机自动控制系统采用成熟、先进的技术装备完成对油田钻机的电气传动及自动化监控功能，其动力控制系统、交流输出特性、控制操作和各种保护功能、互锁功能、模块化设计等完全满足油田野外钻机的工作参数和传动特性，达到钻井工艺要求，具有优异的调速性能、过载能力强、可靠性高、抗干扰能力强、设计布局合理、操作简便可靠、易于维护及维修等特点，系统将包括绞车、转盘、泥浆泵的全变频交直交调速、双备份自动送钻、一体化仪表及监控、游车位置自动控制、智能化远程司钻等先进的控制功能。
该系统变频单元采用全数字矢量控制电压源型交流变频调速装置，具有V/f特性曲线的频率控制方式和磁场定向矢量控制方式。
“一对一”控制驱动绞车，转盘、泥浆泵主电机及送钻电机，实现无级调速，满足高精度钻井工艺要求。
同时，系统配置有辅助自动送钻装置，自动送钻系统控制钻机的钻速及钻压，实现送钻电机在0-36m/h范围内恒钻压送钻，可以对设定参数进行修改，监控钻进过程的钻压、钻速、游车位置等参数，自动控制游车减速和软停、紧急故障刹车等功能，有效的防止溜钻、卡钻、事故的发生，提高钻速及钻进质量。
石油钻机猫道自动化控制探讨
石油钻机猫道自动化控制探讨随着目前我国大量油田的开采，要求积极优化钻机的使用方式。
石油钻机猫道自动化控制体系在目前很多油井开采过程中均得到了大量使用，本文对此进行了优化设计与案例分析。
1石油钻机自动化猫道优化设计1.1优化送钻柱装置构成送钻柱装置的结构主要包括主动链轮总成、安全销总成、小滑车、调节顶丝、液压驱动马达、被动链轮总成、传送本体、链条、踢出机构等部分。
管柱前进、后退工作主要是通过送钻柱装置实现的，在系统运行过程中，送钻柱装置中部V形槽中放置管柱，将安全销放置在送钻柱装置传送本体两侧位置处，以此使得管柱不会从V形槽中滚落。
通过小滑车前后运动来实现管柱的移动工作。
在拉杆的作用之下，连接链条与小滑车，在链轮转动之下促进链条活动，以此来实现小滑车的运动[1]。
1.2设置技术参数石油钻机猫道自动化控制过程中设置13.5m运输管柱最大长度，具有12～12.2m适应钻台面高度，具有508mm(20″)运输管柱最大直径、55kW最大输出功率、32880kg自重、-20～+50℃环境温度，45kN最大工作负荷、120s单根运行周期、≤90%(+20℃)相对湿度要求[2]。
1.3工作原理动力猫道具有6个部件，分别为支架、送钻柱装置、液压系统、坡道、猫道底座、绳双动绞车等。
工作时，固定于坡道背面的绳双动绞车能够带动钢丝绳在坡道顶部位置滑动，从而促进送钻柱装置在坡道方向上运动，一直到送钻柱装置能够运行至送钻柱装置，此时停止绳双动绞车运行。
利用送钻柱装置中的小滑车促进管柱前进，利用风动绞车或者顶驱等提取钻柱，此时即完成管柱提升作业。
液压站能够为小滑车与绳双动绞车提供动力，通过液压站控制系统、遥控系统即可完成整体动作过程。
系统中，坡道的构成部分为滑轮总成、坡道本体、顶滚轮总成等。
以钢丝绳导绳轮作为坡道上部的双滑轮，顶滚轮总成结构处于坡道本体上方位置，能够促进送钻柱装置向上运动以及向下运动。
猫道底座组成部分为排管架总成、托链槽、底座本体、倾斜机构、梯子等部件。
idriller石油钻机集成控制系统研制概要
idriller石油钻机集成控制系统研制概要魏培静;于兴军;刘向军;杨双业;梁卫斌;林康;王飞【期刊名称】《石油矿场机械》【年(卷),期】2016(042)011【摘要】随着石油钻机自动化控制技术的发展，司钻需要操作和监视的设备越来越多。
现有常规钻机中将各个设备操作按钮、手柄以及控制箱在司钻房内进行“堆积木式”拼装的模式，存在着安全性差，布局混乱等缺点，已经无法满足未来钻机的操作要求，成为制约国产钻机整体技术水平提升的瓶颈。
国外为解决此类问题已开发出多种石油钻机集成控制系统，并进行商业化应用。
国内目前尚处于起步阶段。
该文从系统网络架构、多级急停机制、司钻操作终端理念、防碰撞机制与轨迹规划、人机界面程序以及历史记录功能开发等方面介绍了国内研制的首套钻机集成控制系统———“idriller”。
该系统已经实现了在多套钻机中的工业化应用，提升了国产钻机自动化、智能化、信息化水平。
【总页数】6页(P88-92,93)【作者】魏培静;于兴军;刘向军;杨双业;梁卫斌;林康;王飞【作者单位】宝鸡石油机械有限责任公司，陕西宝鸡 721002; 国家油气钻井装备工程技术研究中心，陕西宝鸡 721002;宝鸡石油机械有限责任公司，陕西宝鸡721002; 国家油气钻井装备工程技术研究中心，陕西宝鸡 721002;宝鸡石油机械有限责任公司，陕西宝鸡 721002;宝鸡石油机械有限责任公司，陕西宝鸡721002; 国家油气钻井装备工程技术研究中心，陕西宝鸡 721002;宝鸡石油机械有限责任公司，陕西宝鸡 721002; 国家油气钻井装备工程技术研究中心，陕西宝鸡 721002;宝鸡石油机械有限责任公司，陕西宝鸡 721002; 国家油气钻井装备工程技术研究中心，陕西宝鸡 721002;宝鸡石油机械有限责任公司，陕西宝鸡721002; 国家油气钻井装备工程技术研究中心，陕西宝鸡 721002【正文语种】中文【中图分类】TE928【相关文献】1.石油钻机专用有源滤波器的研制 [J], 李剑波;杜朋2.液压勘察船钻机电液复合集成控制系统研制与应用 [J], 张鹏飞;杨双业;罗磊;夏辉;王永鹏;李博洋;周海磊3.3000 m超长单根自动化石油钻机的研制 [J], 刘静;郭小艳;程晓丽;张虎山;刘志桐;杜永军4.中国石油超深井自动化钻机研制再获突破 [J], 赵艺涵5.中国石油7000 m自动化钻机电控系统研制 [J], 张革民;袁通华;李炎伟;解新因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
浅谈PLC在石油钻机中的应用研究
浅谈PLC在石油钻机中的应用研究一、PLC在石油钻机中的基本原理石油钻机是石油勘探中重要的设备之一，其主要作用是通过旋转钻头，将钻头送入地下层进行钻探，获取地下油气资源。
而PLC作为控制这些钻机设备的核心部件之一，其基本原理是通过程序控制一系列的输入和输出设备，对设备进行自动化的控制。
在石油钻机中，PLC主要通过接收和处理传感器、阀门、马达等设备的信号，实现对钻机运行状态的监控和控制。
1. 钻机控制系统PLC在石油钻机中最主要的应用就是控制钻机的各个部件，如主轴的调速、钻头的进给、钻井液的泵送等。
通过PLC可以精确控制这些设备的运行状态和速度，提高了钻机的稳定性和精确度。
2. 安全监测系统石油钻机的工作环境十分复杂和危险，需要对设备的各种参数进行实时监测和报警。
PLC可以通过连接各种传感器和监测设备，实时监测钻机的运行状态，当出现异常情况时及时报警，保障了工作人员的安全。
3. 故障诊断和维护PLC还可以通过自带的故障诊断功能，快速定位并判断设备故障的原因，为维护人员提供有效的故障诊断信息，帮助维护人员快速排除故障，减少了维护时间和成本。
1. 灵活性高PLC的程序可以根据实际需求对钻机进行灵活的控制，同时还可以方便地进行程序的修改和更新，适应了不断变化的工作环境和需求。
2. 精确度高通过PLC的精确控制，可以实现对钻机各个部件的精确控制，提高了钻机的工作效率和精确度。
3. 可靠性强1. 对于PLC程序的优化研究目前，钻机使用的PLC程序往往是通用的，不能充分满足不同钻机工作环境和需求的个性化要求。
对于PLC程序的优化研究，能够针对不同的工作环境和需求，对程序进行定制化，提高了钻机的工作效率和灵活性。
钻机工作环境十分复杂，可能会出现各种振动和温度变化，这对PLC系统的稳定性提出了要求。
对于PLC系统的稳定性研究，可以提高PLC系统在恶劣环境下的可靠性和稳定性。
3. 对于PLC与传感器、执行器等设备的集成研究PLC作为控制中枢，需要与各种传感器、执行器等设备进行有效的集成，对于PLC与这些设备的集成研究，能够提高设备之间的通讯效率和稳定性，提高了整个钻机系统的工作效率和可靠性。
石油钻井设备电气控制系统
石油钻井设备电气控制系统简介石油钻井是开采石油的关键过程之一。
为了确保钻井操作的安全和效率，石油钻井设备配备了电气控制系统。
该系统用于监控和控制钻井设备的各个电气部件和工作状态。
功能石油钻井设备电气控制系统的功能如下：1. 监控传感器和仪表：该系统监测钻井设备的各种传感器和仪表的输出，例如压力、温度和流量等，并提供实时数据反馈。
2. 控制电机和阀门：通过电气控制系统，可以远程控制钻井设备上的电机和阀门。
操作人员可以调整电机的转速和启停，以及控制阀门的开关和调节。
3. 故障诊断和报警：电气控制系统能够识别设备故障和异常情况，并立即发出警报。
这样，操作人员就能及时采取行动，防止事故和设备损坏。
4. 数据记录和报告：该系统能够记录并存储钻井设备的运行数据，为后续的分析和评估提供支持。
操作人员可以生成报表和图表，以便更好地了解钻井过程和设备性能。
设计要求石油钻井设备电气控制系统的设计要求如下：1. 可靠性：由于钻井设备操作的复杂性和危险性，电气控制系统必须具备高度可靠性，以保证工作的顺利进行。
2. 多层次控制：电气控制系统应具备多层次的控制结构，能够适应不同级别的操作和监控需求。
3. 远程操作：为了提高操作效率和减少人员风险，电气控制系统应支持远程操作功能，使操作人员可以远程控制和监视钻井设备。
4. 实时监测：电气控制系统应提供实时监测功能，及时反馈钻井设备各个部件的状态和参数。
总结石油钻井设备电气控制系统在石油钻井过程中发挥着重要的作用。
通过监控和控制钻井设备的各个电气部件和工作状态，该系统能够确保钻井操作的安全和高效性。
在设计时，需要考虑到可靠性、多层次控制、远程操作和实时监测等要求，以满足钻井作业的需求。
石油钻机电控系统-plc以及变频器
目录
• 引言 • PLC技术概述 • 变频器技术概述 • PLC与变频器的结合应用 • 系统维护与故障排除 • 案例分析
01 引言
石油钻机概述
石油钻机是用于钻探石油和天然气的 机械设备，由多个复杂系统组成，包 括起升系统、旋转系统、循环系统、 传动系统等。
石油钻机的工作环境恶劣，要求设备 具有高可靠性、稳定性和安全性。
变频器在石油钻机中的应用
总结词
变频器在石油钻机中主要用于电机调速和节 能控制，提高钻井效率，降低能耗。
详细描述
在石油钻机中，变频器主要用于控制电机的 调速。通过调节电机电源的频率和电压，可 以实现电机的无级调速，从而精确控制钻头 的转速和钻压。这有助于提高钻井效率，降 低能耗，减少钻井事故的发生。此外，变频 器还具有节能功能，可以根据实际需要调整
03 变频器技术概述
变频器的定义与特点
总结词
变频器是一种能够改变电机输入电源频率的设备，具有调速、节能、软启动、三相不平衡、过流保护等功能。
详细描述
变频器通过改变电机输入电源的频率，实现对电机转速的精确控制。由于电机转速与电源频率成正比，因此通过 调节电源频率可以平滑地改变电机转速，实现无级调速。此外，变频器还具有节能、软启动、三相不平衡、过流 保护等功能，广泛应用于各种电机控制领域。
特点
可靠性高、抗干扰能力强、编程简单 易学、维护方便、适应性强等。
PLC的基本结构和工作原理
基本结构
PLC主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口、电源等部分组成。
工作原理
PLC通过扫描输入接口获取外部信号，根据用户编写的程序进行逻辑运算和数据 处理，再通过输出接口控制外部设备。
石油钻机钻进过程智能控制系统最优决策与控制方法研究的开题报告
石油钻机钻进过程智能控制系统最优决策与控制方法研究的开题报告一、选题背景与意义：石油钻机在石油勘探开发中占据着至关重要的地位。
目前石油钻机的操作仍然较为依赖经验和技术水平的提高，这不仅容易导致操作效率低下，而且也会带来安全风险。
因此，研究钻进过程智能控制系统最优决策与控制方法可以提高石油钻机的操作效率和安全性，具有十分重要的意义。
二、研究内容和目标：本文拟研究石油钻机钻进过程智能控制系统最优决策与控制方法，旨在解决以下问题：1.针对石油钻机钻进过程中常见的问题，如钻头磨损、井壁坚硬度变化、钻井液过滤效果、转速控制等，结合实际情况，研究设计相应的控制算法和策略。
2.研究基于状态观测与建模的智能控制方法，提高石油钻机操作效率和安全性，减少人工干预。
3.基于现有的最优控制理论，研究石油钻机钻进过程中的优化问题，并探讨最优控制算法的应用。
三、研究方法和步骤：本文将基于以下研究方法和步骤：1.收集和分析关于石油钻机钻进过程的相关数据和文献，从中总结常见的问题和挑战。
2.开展钻进过程的状态观测与建模，分析石油钻机的动态特性，并设计相应的控制算法和策略。
3.探讨最优控制理论的应用，结合石油钻机的实际情况，设计最优控制算法，提高钻进效率。
4.使用MATLAB/Simulink等工具建立石油钻机的控制模型，并进行仿真实验和测试，验证控制策略的有效性和可行性。
四、预期的研究成果和意义：本文的预期研究成果和意义包括以下几点：1.提出石油钻机钻进过程智能控制系统最优决策与控制方法，提高石油钻机的操作效率和安全性。
2.对于一些常见的问题和挑战提供了可行的控制算法和策略，可以帮助操作人员更好地应对紧急情况和变化。
3.尝试应用最优控制理论，优化石油钻机的钻进效率，提高石油勘探的技术水平。
4.本文的研究成果将为石油勘探开发提供理论支持和技术参考，具有一定的科学和实用价值。
浅谈国内石油钻机钻柱自动化处理系统技术现状
浅谈国内石油钻机钻柱自动化处理系统技术现状摘要：国外钻机经过柴油机驱动→直流电驱动→交流电驱动，已发展到高度自动化和智能化阶段。
随着石油工业的发展，对钻机的作业效率有更高的要求。
常规钻机采用人工操作钻柱系统的模式越来越不适应发展的需要。
另外对钻机的自动化操作要求也越来越迫切。
一、国内相关产业和技术现状、发展趋势中石油应用情况2015年开始，中石油相继开展了钻机自动化升级改造工作。
川庆钻探2015年引进了国内首套TI-350T型自动化钻机并在四川投入使用。
该钻机井队定员仅19人，目前正在中石油威远区块威204H11平台进行应用长城钻探2015年配套了国内首套自主研制的GW-AH1500自动化钻机。
大庆钻探配备ZJ15/ZJ30快速移运钻机90多台，部分钻机进行了钻柱自动化改造。
2018年，中石油共配套17台钻机钻柱自动化处理系统。
中石化应用情况胜利工程公司2016年完成1套ZJ30钻机、1套XJ650修井机的整体配套试验。
2017年，完成了国内首套在役ZJ50钻机钻柱自动化系统的整体配套应用。
实现了钻井过程中钻柱输送与运移、正常钻进作业与起下钻过程的自动化，形成了DREAM钻机自动化整体配套技术，具备了现场应用条件。
截止2018年7月，该工程公司配套钻台机械手40余套，铁钻工10套，动力猫道4套，二层台自动排管装置3套，动力卡瓦10余套，整体配套1套ZJ30和1套ZJ50钻机钻柱自动化操作系统、1套陆地XJ650和1套海洋作业平台HXJ180修井机钻柱自动化操作系统。
整体配套的ZJ50钻机已完成7口井的现场应用，累计钻井进尺21531m，目前正在自贡市自211平台施工。
中原工程公司钻井某公司2019年3月 70333ZY 井队的 ZJ70D 钻机完成钻柱自动化处理系统的配套安装，目前在长宁H29平台施工。
国内各大油服公司部分海上钻井平台进行了钻机自动化升级配套，配备了铁钻工、钻台机械手等自动化单元设备，其中中油海蓝鲸1号、中海油981、中石化勘7等钻井平台配套了整套钻机钻柱自动化装备，实现了钻柱处理全过程自动化。
超级单根自动化钻机控制系统开发及效率优化
超级单根自动化钻机控制系统开发及效率优化夏辉1,2，罗磊1,2，樊勇利1,2，唐飞1，肖磊1，于兴军1,2（1.宝鸡石油机械有限责任公司，陕西宝鸡721002；2.国家油气钻井装备工程技术研究中心，陕西宝鸡721002）摘要：介绍了超级单根自动化钻机控制系统的防碰互锁安全模块、集成控制模块与远程诊断模块。
通过提高设备定位精度，缩短管柱交接等待时间，实现多设备联动等方式对超级单根自动化钻机的作业效率进行优化。
关键词：超级单根；自动化钻机；控制系统；效率优化中图分类号:TE951文献标志码:A文章编号：1002-2333（2020）01-0121-03 Research and Efficiency Optimization of the Automatic Rig with Super Single PipeXIA Hui1,2,LUO Lei1,2,FAN Yongli1,2,TANG Fei1,XIAO Lei1,YU Xingjun1,2(1.Baoji Oilfield Machinery Co.,Ltd.,Baoji721002,China;2.National Oil and Gas Drilling Equipment Research Center,Baoji721002,China) Abstract:This paper introduces automatic rig control system which includes the anti-collision safety module,the integration manage module and the remote diagnosis module.By means of prompting the accuracy of navigation,reducing the waiting time of the hand over and take over process between devices,adopting a kind of linkage mechanism with multiple devices,the working efficiency of the super single pipe rig is optimized.Keywords:super single pipe;automatic rig;control system;efficiency optimization0引言随着石油钻机技术的发展，新型自动化钻机以其突出的自动化、智能化优势正逐步取代老式钻机，成为油气田开发的主力装备。
动力猫道装置的研制与应用
60目前动力猫道装置主要有绞车提升式、油缸举升式和直推式3种形式。
其中，提升式和油缸举升式动力猫道基本原理相同，均利用提升输送装置至钻台完成管柱输送，仅是驱动方式不同，现场应用较多、技术相对成熟。
直推式动力猫道采用无运动输送架方式将管柱输送到钻台，位置靠近鼠洞处，工作效率高、节能效果好，主要适用于10m以上钻台，未见现场应用报道。
本文介绍的动力猫道装置，是由胜利石油工程公司钻井工艺研究院自主研发，采用绞车提升式的驱动原理，目前已经形成系列化产品，适用于ZJ30-ZJ90钻机，且在现场推广应用，应用效果良好。
1 技术分析1.1 装置结构动力猫道装置主要由底座、支撑臂、输送架、坡道四部分组成，通过液压电控系统驱动完成动作，装置结构见图1。
图1 动力猫道结构示意图1-底座；2-支撑臂；3-输送架；4-输送小车；5-坡道；6-推板机构；7-输送绞车；8-起升绞车；9-起升挡块；10-接送抓手；11-底座支腿。
1.2 液压与电控液压电控系统由液压站及执行机构控制阀组、电控系统等组成，为动力猫道装置提供动力与控制。
液压站主要由主泵组、副泵组和循环泵组构成。
主泵组为起升绞车提供动力，副泵组为推板机构、输送绞车、接送抓手提供动力。
循环泵组主要用于液压系统的循环冷却。
控制阀组主要包括马达控制阀组、绞车阀组、蓄能器阀组、油缸阀组和同步阀组等。
马达控制阀组、绞车阀组共同实现提升绞车的提升、下降及停止，并带平衡阀防止提引下降过程中的失速现象。
蓄能器阀组由手动换向阀、手动节流阀、蓄能器组成，在断电状况下，配合马达控制阀组中的手动球阀可将提升绞车下落至安全位置。
油缸阀组用于控制输送小车、推板机构、接送抓手等机构动作。
同步阀组可实现推板机构动作的同步要求。
电控系统主要由PLC和控制柜组成。
通过PLC实现对各执行机构的控制，完成动力猫道装置各项动作、功能互锁和报警保护等功能。
1.3 工作原理动力猫道机工作时，展开底座支腿至工作位置并调节好支腿高度，使其工作平面与排管架和底座的工作平面在同一水平面上。
托举式液压动力猫道钻井现场使用分析及优化方案
276随着国内石油钻机制造技术的快速发展以及机械化自动化技术的大量运用，较多的钻机自动化配套设备逐步进入到我国钻井现场。
尤其是动力猫道投入使用大大提高了钻具、套管的上下钻台操作可靠性与安全性。
未使用动力猫道的现场操作需要3~4名工人进行操作，操作上效率较低，安全上风险较大，劳动强度极高，对钻具损坏的程度高，尤其是夜间施工时视线不佳，严重影响接甩钻具施工进度。
与此同时，在进行下套管作业时需要吊车介入配合，大大增加了整个施工过程的风险性。
动力猫道投入使用之后，极大程度上解决了过去传统猫道的各项弊端，在能够高效安全完成接甩钻具工作之外，个别厂家的动力猫道同样可以投入到下套管施工当中。
这对钻井现场施工的效率提升，安全管控起到了极大的作用。
笔者所在钻井现场配有托举式液压猫道的70DB钻机，现就该类型动力猫道现场使用过程中发现的问题一一举出，将操作中的经验与设备优化的思路进行分享。
1 动力猫道类别通过大量文献的查阅，归纳出3类国内外使用的动力猫道类型。
1.1 推送式固定猫道 其猫道与坡道是固定结构，在猫道与坡道中设有V型槽轨。
利用链动装置推送V型槽轨中的滑块，从而达到推送V型槽轨中钻具上行至钻台的目的。
其优势在于机械结构相对简单，保养方便。
其缺点在于钻具在V型槽轨中滑动，摩擦力较大，对钻具的损坏程度较高[2]。
1.2 自动化机械抓臂自动化机械抓臂准确来说并不能称其为“猫道”，但其行使的职责与动力猫道相同，故笔者将其归于此类。
自动化机械抓臂的出现，使得传统猫道与坡道被取消，实现了钻具从管桥与钻台的直接运送。
自动化机械抓臂常适用于海上钻井平台或有对井场空间有特殊要求的陆地钻井平台。
其优点在于直接运送效率高，速度快，且安全。
但缺点在于安装程序复杂，维护困难，采购成本高且严重影响井队搬家的时效[3]。
1.3 托举式液压猫道托举式液压猫道采用可折叠坡道一体化设计，坡道与底座两个部分折叠即可吊装、安装与运输。
其猫道两侧有简易机械手，猫道中输送机构的V型槽轨中布有推杆与推车，极大程度上解决了钻具上下猫道的问题[4]。
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一
种石油钻机 自动猫道遥控器 控制系统
文／ 丁 亮
直 接 传 送 到 遥 控 目标 上 去 ，还 要 将 指 令 信 号送
随着 人 力成 本 的 不断增 加 ， 钻 井 自动 化 已成 为 钻 机 发 展 的 迫 切 需 求， 自动猫 道 逐渐 成 为钻 井 设 备 的 必需设 备 。常规 自动猫 道 操 作 需要 在 本体 上操 作 ，钻 台面 上有人指挥 ，配合 司钻操作顶驱。 为 此 ，本文 设计 了一套 自动猫 道 的 控 制 方 法 ，将 遥 控 器 的 交 互 信 号传入 猫道控制的 Ｐ Ｌ Ｃ 。这样 猫道 控 制人 员可 以在 钻 台面 上操 作 ， 由于钻 台面可 以 同时观 察 到钻 台 面 的设 备操作 和猫 道本体 的情况 ， 猫 道 操 作 人 员 可 以 根 据 钻 台 面 司 钻 的操 作 配合 猫 道 的操作 ，保证
Ｐ Ｌ Ｃ 在 接 收 到 协 议 转 换 模 块 发 送 过 来 的 信 号后， 需要根 据 Ｃ Ａ Ｎ 地 址进行 解析 。Ｐ Ｌ Ｃ 编程 采用 梯 形 图编程 ，在编 程 中可采 用 西 门
【 关键词 】 自动 猫道 遥控 器 Ｐ Ｌ Ｃ 自动化
子Ｓ Ｔ Ｅ Ｐ的模 块 Ｓ Ｆ Ｃ１ ４ 和 Ｓ Ｆ Ｃ １ ５ 来 读 写遥 控 器从 站 的数据 ，注意 调用 Ｓ Ｆ Ｃ１ ４和 Ｓ Ｆ Ｃ１ ５的 数据块地址要和 需要存储 的数据块地址一致 。
Ｓ Ｆ Ｃ１ ４用作读 取状态 字，即读取遥控器发来的 状 态 信 号 ，Ｓ Ｆ Ｃ１ ５用 作控 制 字 ， 即 将 当 前 猫 道 系统 的监测信 号发送 给遥控 器用作显示， 比如 点亮 当前液压站 的压 力正常指示灯等。在实际 编程 中，最好将信号 的状态 字和 控制字放在一 个Ｄ Ｂ块 中，便于猫道编程 的寻址调用 。 ４ ． ２解析数据并存储 解析数据并存储 猫道 遥控器 发送 给 Ｐ Ｌ Ｃ的数据 是不 断循
分 类 答 别 ，送 到相 应 的 执 行 放 大 电路 。执 行 放
控 器 由 发 送 器 和 接 收 器 组 成 ，接 收 器接 收到 的信 号转 换成 Ｃ Ａ Ｎ信
大 电路将指令信号放 大到具有一定的功率 ，用 以驱动执行机构 。执 ｉ ．
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１工
日
…
， 日、一
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Ｓ Ｔ Ｅ Ｐ ７中 进 行 硬 件 组 态 ， 分 配 从 站 地 址 ， 通 过 队从 站 地 址 的数 据 访 问 获 得 遥 控 器 的 操 作 信 号 。具 体 实 现 方 法 如 下 ：
４ ． １ 接 收 和 发 送 数 据
号 ，本设 计 采用 Ｃ Ａ Ｎ ／ Ｐ Ｒ Ｏ Ｆ Ｉ Ｂ Ｕ Ｓ 协
２猫道遥控器系统 的通 讯结构和原理
如 图 １所示 ，猫 道遥 控 器 由接 收器和 发 射器 （ 通常 叫遥控器 ）组成，遥控器将猫道的 操作信号编码成无线信 号发送出去，接收器接 到无线 信号并 解析成数 字信号 ，通过 Ｃ ＡＮ协 议 向外传输给协议转换模 块，协议转换模块将 Ｃ ＡＮ 协 议 转 换 为 Ｐ Ｒ ＯＦ Ｉ ＢＵＳ — ＤＰ协 议 ， 协 议 转换模块作 为西 门子 Ｓ ７ ３ ０ ０ Ｐ Ｌ Ｃ的一个 从站，
接 收 器 由接 受 电 路 及 译 码 电 路 组 成 。 接 受 电路又包括 高频 部分和解调器部分 。由接收 天线送来 的微 弱信 号经接收高频部分的选择和 放大后 ，送到调制解 调器，解调器 的作用是从 载波上 “ 卸 下”指 令信号。 由于 “ 卸 ”下来 的 各 种 指 令 信 号 时混 杂 在 一 起 的 ， 需 要 译 码 电路
议转换器将 Ｃ Ａ Ｎ信 号 接 入 Ｐ Ｌ Ｃ的 Ｐ Ｒ Ｏ Ｆ Ｉ Ｂ Ｕ Ｓ通 讯 系 统 ， 和 Ｐ Ｌ Ｃ交 换 信 息。 本设 计保 证 了钻 具操 作 的 可 靠性 和 流 畅性 ，节 省 了人 力， 为 钻机 的 自动化 和 智 能化提 供 了 新 颖 的控 制 方 式 。
拍 ＾ ， － ＾ 壮 ｆ ｌ ｏ ≈
到 发 射 电路 ， 使 它 载 在 高 频 信 号 （ 载波 ）上， 才 能 由 发射 天 线 发 送 出去 。指 令 信 号 载 到 载 波
上去 的过程 叫调制，调制作用 由发射 电路 的调 制器完成 。发射电路的主要作用是产生载波 ， 并 由调制器将 指令信号调制在载波上 ，经天线 降 已调 载 波 发 送 出 去 。
通过对从站协议转换模块 的访问得到具体的遥 控器操作信号 ，然后根据信 号组 成向猫 道发出 石 油钻 井 智 能化、 自动 化、信 息化 是 钻 控制指令 ，控制猫道 液压 阀的动作，完成对猫 井 的发展方 向， 自动猫道也是钻井 自 动化 的重 道 控 制 系 统 的 操 作 。 要组成部 分。当前市场上使用 的自动 猫道 ，多 ３遥控器Ｃ Ａ Ｎ 协议 编码 说明 数是进 口 自动猫 道， 由国内自主研发 的猫道 仍 占很少 的一部 分，并且多数未经过现场测试 使 用 。关于 自动猫 道的遥控器 ，因为其 具有 防爆 要求 ， 目前国内研发的猫道很 多都是采用进 口 的 遥 控 器 ， 比如 Ｃ Ａ ＶＯ Ｔ Ｅ Ｃ、ＨＢＣ等， 国 外 进 口遥控器价 格高 昂，没有针对性 ，面板 功能 太多且操作繁琐 。这些都会影响猫道操作 的流 畅 可 靠 ，操 作 员 不 得 不 花 时 间熟 悉 遥 控 器 ， 无 形 中增加 了猫道 的操作失误率 。本项 目采用 国 内公 司 生 产 的遥 控 器 ， 根 据 猫 道 的操 作 要 求 定 制 ，能满足猫道 操作的特殊要求 ，提供 了一种 方便可靠 ，携 带方便、不易误操作 的猫道遥 控 器系统 ，能满足钻 台面操作猫道 的需求 。 目前 已 经 在 井 队测 试 使 用 ， 提 高 了钻 井 效 率 ，达 到