石油钻机绞车永磁直驱电机智能送钻控制研究
(仅供参考)自动化智能化石油钻井系统
自动化（智能化）石油钻井控制系统北京四利通控制技术有限公司自动化（智能化）石油钻井控制系统一、现代石油钻机 现代石油钻机是由现代机械技术、液压技术、气动技术、电气技术和计算机控制技术等 多种技术组成的联合工作机组，是目前实现石油、天然气开采的必要设备，并且，也是一整 套包含生产、技术、设备、材料、后勤、人事以及交通运输等等配置齐全的钻井工厂。
主要由以下几部分组成 1、提升系统。
主要由绞车、游动系统、井口工具、井口机械等组成。
2、旋转系统。
主要由转盘、水龙头及顶部驱动等组成。
3、循环系统。
主要由钻井泵、高压管汇、循环罐、固控设备、钻井液处理及储存设备 等组成。
4、动力设备。
主要由柴油发电机组、燃气机组、电动机等组成。
5、传动设备。
主要由减速、并车、分动、转向、倒转、变速、变矩等机械传动、液力 传动、液压传动、电气传动等形式的设备组成。
6、控制系统和监视检测仪表。
主要由 SCR/VFD 电驱动控制系统、液控系统、气控系统、 组合钻井仪表以及计算机监测控制中心等组成。
7、钻机底座。
主要由钻台、机房、移动导轨等组成。
8、辅助设备。
主要由供气供水设备、辅助发电设备、辅助起重设备、防喷设备、防冻 保温设备等组成。
9、生活区服务配套设备。
二、国内外石油钻机目前现状及发展趋势 1、现状 在提升系统、旋转系统、循环系统、动力设备、辅助设备以及钻机底座中，90%以上设 备已接近国外先进水平或与世界主流设备技术水平同步，但是，井口机械设备如铁钻工、自 动猫道、自动排管等井口自动化设备，国外已经得到成熟应用，国内还处于起步或研发阶段。
控制系统和监视检测仪表是体现一套钻机技术水平的核心系统，由于钻机是机械、液压、 气控、电控、计算机控制以及地质学、化学、数学、几何学、材料力学、流体力学等等多专 业多学科的组合体，国内钻机在生产配套过程中，同一套钻机多达几十个厂家的配套，各专 业厂家因专业屏障，严重缺乏跨专业、跨行业的统一协调，造成整套钻机控制技术水平不高 以及重复配套和浪费。
石油钻井中的智能控制技术研究
石油钻井中的智能控制技术研究石油资源是我们生活中不可或缺的一部分，对于一个国家的经济发展至关重要。
然而，随着石油储量的不断减少和石油探测的难度增加，石油钻探技术创新的重要性越来越凸显。
在各种创新技术中，智能控制技术是最值得关注的。
石油钻探是石油工业中的重要环节，其主要目的是将岩石和地层分离，取出所需的石油资源。
在传统的石油钻探中，钻井就是一个相对单一的任务——由工人通过轴承和链条手动控制钻头的位置和速度。
这种方法的不足之处在于，由于人为因素的干扰，操作精度不高，需花费大量的时间和人力，同时也存在安全隐患。
在面对如此庞大的工作量和危险作业场景下，采用智能控制技术来管理石油钻探工作就显得尤为重要。
智能控制钻探技术可以通过控制系统自动或减少人的干预，从而更加准确和高效地完成作业。
智能钻探系统基于计算机和传感器，利用智能算法，可以自动控制各个钻探参数，减少了工作人员的手工操作，大大提高了工作效率和工作安全。
其利用现代化的技术手段和数据分析，对风险识别和处理进行自动化处理，实现了钻井作业的完全自主和智能化控制。
智能控制技术具有多种应用，是改进石油钻探过程的关键。
其中包括：1.自动控制技术智能控制技术允许操作员通过远程控制系统对钻井操作进行自动化管理。
自动化控制可以通过传感器和控制单位，以更准确的方式来监控和控制钻探参数，such as; 钻头的转速和摆动幅度，以及冲洗压力、流量和化学浓度。
该技术大大缩短了采取行动的时间和纠正错误的周期，提高了安全性和减少了故障率。
2.数据分析技术基于数据分析技术，建立石油钻井的工作流程的数学模型，并提供钻探工作效率的指标，帮助采矿公司分析和优化钻井成本和效率。
这项技术可以迅速确定所需的数据和用于采矿的最佳钻井条件，以保持生产率的最佳状态。
该技术利用测量数据、可视化和基于大数据的分析来检测和解释可能的错误、故障和其他问题。
3.智能算法技术智能算法技术采用人工智能和机器学习来解决石油钻探领域的各种问题。
井下电动钻具直驱永磁电机设计与优化
井下电动钻具直驱永磁电机设计与优化石油钻井钻具作为油气开采的主要设备,在石油钻井工程中发挥着关键的作用。
井下电动钻具较其他类型的井下动力钻具突显出更大的优势,具有良好的应用前景。
电机是井下电动钻具的重要部件,井下电动钻具采用直驱永磁电机驱动钻头旋转破岩,可以避免引入减速器带来的可靠性问题。
然而,针对井下直驱电机的低速大转矩技术需求,传统的永磁同步电机的转矩密度难以进一步显著提高,并且存在永磁体用量过多、体积过大等问题。
本文将永磁游标电机用作电动钻具直驱电机并对其开展设计研究。
首先,基于磁场调制的基本原理,结合永磁游标电机自身的结构特点,分析了游标电机的磁场调制及运行原理,并且总结出其用作细长型电动钻具电机的设计准则。
在电机尺寸受限的情况以及电机的设计要求下,本文确定了极槽配合为定子槽数为18槽、永磁体极对数为15对极、极比为5的表贴式永磁游标电机拓扑结构。
其次,分析讨论了影响永磁游标电机性能指标的关键结构参数,确定各个参数的优化范围。
在保持电机热负荷不变的情况下,以转矩密度最大化为目标对电机进行优化设计,包括有限元参数扫描法和遗传算法两种优化方式。
对比分析两者的优化结果,同时在考虑电机的制造工艺水平的前提下,得出最优的电磁设计方案。
然后,开展了永磁游标电机的性能分析,并且将其和传统永磁同步电机展开对比研究。
结合有限元,证明了永磁游标电机的转矩密度比永磁同步电机提高了约10.8%,在材料用量上,两者的铜用量相差不大,游标电机铁芯用量减少12.9%,磁钢用量仅为永磁同步电机的42.2%,大幅度节省了制造成本。
最后,设计并研制了相同冲片外形尺寸的永磁游标电机和永磁同步电机小尺寸样机,进行了样机的空载和负载实验。
对比实验和仿真的结果,验证了永磁游标电机电磁设计的准确性以及高转矩密度的特性。
石油钻井智能化技术研究与开发
石油钻井智能化技术研究与开发随着现代社会的发展，能源资源的稀缺性越来越受到人们的关注。
其中，石油作为世界上最重要的能源资源之一，广泛使用于燃料、化工、建筑、医药等领域。
为了满足全球经济的需求，各国都在努力挖掘石油资源，而钻井是提取石油的一种重要方式。
然而，传统钻井技术存在一些问题，如效率低、工作条件差等。
为了克服这些问题，石油钻井智能化技术逐渐被应用于钻井过程中。
本文将探讨石油钻井智能化技术的研究与开发情况。
一、智能化钻井技术的基本原理智能化钻井技术是将现代计算机技术、自动控制技术和物联网技术应用于钻井过程中，实现数据采集、数据分析、数据处理和数据决策的一种技术。
通过实时监测钻井过程中液位、压力、温度、振动等参数，并对数据进行分析，从而能够帮助钻井人员快速反应、减少安全事故的发生。
同时，智能化钻井技术能够降低生产成本、提高生产效率、减少环境污染等。
二、智能化钻井技术的发展现状智能化钻井技术逐渐在石油行业中得到广泛的应用。
其中，美国、加拿大、挪威等国家的石油公司在智能化钻井技术的研究和应用方面做出了积极的努力。
例如，挪威的Statoil公司研发了全球第一个实时决策系统，可以在井下自学习，提高了生产效率和经济效益。
美国的哈里伯顿公司研发了一套智能化的钻井解决方案，能够实时监测井下环境，减少故障和停机时间。
此外，国内的石油公司也开始加大对智能化钻井技术的投入，通过引进国外先进技术和自主研发，不断提升石油工业的水平。
三、智能化钻井技术存在的问题随着智能化钻井技术的不断推广和应用，也暴露出了一些问题。
首先，目前大部分的智能化钻井技术仍然依赖于先进的控制系统和通讯技术，这给生产部门带来了很高的成本。
其次，由于石油行业具有高风险和高风险因素，这些技术的应用需要在广泛的应用测试之后才能投入使用。
最后，随着智能化钻井技术的应用，也对生产现场的管理和应用人员能力提出了更高的要求。
四、未来展望在智能化钻井技术日益成熟的同时，未来也将会出现一些新问题。
电动石油钻机恒钻压自动送钻控制系统研究的开题报告
电动石油钻机恒钻压自动送钻控制系统研究的开题报告
一、背景介绍
钻机是开采矿物和石油的重要设备之一。
电动石油钻机作为一种近些年来应用日益广泛的钻机，具有结构简单、使用方便、效率高等优点，越来越受到用户的青睐。
然而，在实际应用中，钻机使用过程中产生的钻压难以精确控制，从而影响了钻机的效率和安全性能，给生产带来一定的困扰。
针对这一问题，本研究旨在设计一种针对电动石油钻机的恒钻压自动送钻控制系统，以提高钻机的效率和安全性能，满足用户对钻机的需求。
二、研究内容和方法
本研究将围绕恒钻压自动送钻控制系统设计展开，在分析目前电动石油钻机控制系统的基础上，采用数学建模和仿真分析的方法，研究钻机恒钻压和自动送钻控制的关键技术。
研究内容包括：（1）电动石油钻机控制系统的现状分析；（2）钻机恒钻压控制技术的设计与实现；（3）钻机自动送钻控制技术的设计与实现；（4）恒钻压自动送钻控制系统的整体设计。
针对研究内容，本研究将采用如下研究方法：（1）对钻机控制系统进行数据采集和分析，找出当前控制系统的优缺点；（2）根据采集到的数据，建立恒钻压自动送钻控制系统的数学模型；（3）基于MATLAB/Simulink平台，进行仿真分析和优化，完善控制系统的设计。
三、预期成果和意义
本研究预期将得出一个基于恒钻压自动送钻控制系统的电动石油钻机控制方案，并通过实验验证，最终得出以下成果：（1）提高钻机的效率和安全性能；（2）降低操作难度，减少操作错误风险；（3）提高自动化水平，增强竞争力。
综上所述，本研究有着重要的理论和实践意义，在电动石油钻机的生产和应用领域具有重要的推广和应用价值。
石油钻机绞车的控制策略
石油钻机绞车的控制策略石油钻机绞车的控制策略【摘要】本文在研究绞车驱动电机的特性要求的基础上，分别对绞车的驱动控制策略进行了深入的研究，并采用一种适用于绞车的控制策略—直接转矩控制策略。
【关键词】石油钻机绞车；驱动特性；控制策略绞车不仅是石油钻机的起升系统设备，而且也是整个钻机的核心部件，是钻机三大工作机组之一。
主要有以下功用：用以起下钻具、下套管；钻进过程中控制钻压，送进钻具；借助猫头上、卸钻具丝扣，起吊重物及进行其他辅助工作；充当转盘的变速机构或中间传动机构；整体起放井架。
最近几年发展的交流变频电动机驱动的绞车，电动机通过齿轮减速箱直接驱动滚筒轴，利用变频调速和再生发电制动技术，取消了机械换档和绞车的辅助刹车，使刹车的结构大大简化，并使其工作性能也得到了较大的提高。
1 驱动系统特性要求1.1 绞车负载特点及对驱动特性的要求图1为大钩提升载荷Qh与提升速度V的关系曲线。
若大钩提升速度能随载荷的变化而相应地改变，即沿图中曲线1工作，这是最理想的情况，功率利用最充分。
QhV=C是理想功率曲线。
绞车载荷是随起钻过程中立根的数目的逐一减少而呈阶梯状下降的。
若提升速度V也能随立根数的每一次减少而相应增加，即沿曲线2工作，则功率利用虽不是最理想的，也已很充分。
但在机械变速有限档情况下，这是不可能做到的。
曲线3是分级变速时的曲线，可见功率利用不充分，阴影三角面积是未被利用的功率。
图1 大钩提升载荷与速度按绞车工作特点，对动力机组的要求是：（1）能无级变速，以充分利用功率，速度调节范围R=■5～10。
（2）具有短期过载能力，以克服启动动载、振动冲击和轻度卡钻。
（3）绞车工作时起停交替，要求动力传动系统有良好的启动性能和灵敏度可靠的控制离合装置。
综上，绞车驱动需要的是具有恒功率调节、能无级变速并具有良好启动性能的柔性驱动[1]。
电气机械系统的智能石油应用
电气机械系统的智能石油应用随着科技的不断进步，电气机械系统在石油行业中的应用越来越广泛。
智能石油应用作为一种新兴技术，正逐步改变着石油行业的传统面貌。
本文将详细探讨电气机械系统在智能石油应用中的各个方面，包括钻探、采集、处理和运输等。
电气机械系统在钻探中的应用在石油钻探过程中，电气机械系统起着至关重要的作用。
钻机的核心部分是电动机，它通过驱动钻杆旋转来实现钻探作业。
与传统的燃油机械相比，电动钻机具有更高的能效和更低的排放。
此外，电气机械系统还可以实现对钻井参数的实时监测和调整，从而提高钻井效率和安全性。
钻探过程中，还需要对地下的地质情况进行监测和分析。
电气机械系统在这方面也发挥着重要作用。
通过地质录井仪等设备，可以实时获取地下的岩芯、岩石物理性质等信息，为钻探决策提供有力支持。
同时，这些设备还可以对钻井过程中的故障进行预警，从而降低故障风险。
电气机械系统在石油采集中的应用在石油采集过程中，电气机械系统同样发挥着重要作用。
采油设备，如抽油机、注水泵等，都是基于电气机械系统实现的。
这些设备可以提高石油开采效率，降低人力成本。
此外，电气机械系统在石油采集过程中还可以实现对油井产量的实时监测和分析。
通过智能化的监测系统，可以实时获取油井的生产数据，如产量、含水率等。
这些数据对于评估油井的生产状况、制定合理的生产策略具有重要意义。
电气机械系统在石油处理和运输中的应用在石油处理和运输过程中，电气机械系统也发挥着重要作用。
石油处理过程中，需要对石油进行脱水、脱硫等处理，这些处理过程往往依赖于电气机械设备。
同时，在石油运输过程中，电气机械系统可以实现对石油管道的实时监测和维护，确保石油运输的安全和稳定。
此外，智能化的电气机械系统还可以实现对石油储存和输送过程中的故障进行预警和处理。
例如，通过安装在石油管道上的传感器，可以实时监测管道的安全状况，及时发现和处理泄漏等故障。
电气机械系统在智能石油应用中具有广泛的应用前景。
石油勘探中电机的应用研究
石油勘探中电机的应用研究石油是现代工业和人们生活的重要能源之一，其中石油勘探是确定石油储量和开发石油资源的重要环节。
石油勘探的过程包括地震勘探、测井、岩心、采样等多个环节，这些环节中都需要使用到电机进行驱动和控制。
电机在石油勘探中的应用是非常广泛的。
电机在地震勘探和测井中常用于控制各种传感器和设备的运动，以达到预期目的。
在地震勘探中，声源发射器和接收器都需要电机的支持，声源发射器通过激励地下岩层产生压力波，接收器通过接收压力波形成影像，从而了解地下岩层的形态和结构。
在测井中，电机常常被用于控制与勘探作业相关的传感器和控制器。
除了以上环节，在油井建设和维护中，电机也占据着非常重要的地位。
在油井建设中，电机被广泛用于钻井机的驱动和控制，使钻铤顺利地穿过地下复杂的岩石层。
在完成钻井之后，电机还被用于提取石油和天然气。
同时，在井下维护过程中，电机也发挥着重要作用。
通过起重电机的驱动，使得维修人员能够进入井下进行维修工作，进一步保证井下设备的正常运行和延长设备使用寿命。
针对石油勘探中电机应用的要求，目前的研究重点在于提高电机在复杂环境下的可靠性和工作稳定性，以及提高电机的控制精度和反馈能力。
和传统的工业电机相比，石油勘探中电机的使用环境更为恶劣，需要有更高的防腐和耐热性能，在井下的高温、高压、高湿度、高腐蚀环境下长时间工作，容易受到环境的影响而出现设备故障和损坏。
因此，为了提升设备的稳定性，针对电机材料、电路结构和维保技术等方面进行深度研究，包括对电机材料的选用和优化，电路的稳定性和可靠性的设计和优化，以及机械构造的优化和升级等等。
同时，在提高控制精度和反馈能力方面，可以考虑采用新型的电力电子元器件和高速数字信号处理器，针对控制系统的性能进行设计和优化，加强其对电机工作状态的控制和反馈。
总之，电机在石油勘探中的应用非常广泛，也是石油勘探技术不断进步的基础之一。
随着石油勘探技术的不断发展，电机在石油勘探中的应用也将会不断发展和完善，将继续发挥着重要的作用，促进我国石油工业的快速发展。
基于DRNN神经网络的石油钻机自动送钻系统智能控制研究
输 入 输 出 的 非 线 性 关 系 ， 用 常 规 的 控 制 方 法 难 以 采
获 得令 人满 意 的控制 效 果 。
近 年 来 ， 于 神 经 网 络 模 型 的 控 制 方 法 显 示 出 基 较 好 的 自适 应 性 。在 非 线 性 系 统 的 辩 识 和 控 制 中 都
果 明 显 优 于 传 统 的 Ｐ Ｄ 控 制 器 Ｉ
关键 词 ： ห้องสมุดไป่ตู้动 送 钻 ； Ｄ 控 制 ｌ 角神 经 网 络 ＰＩ 对
引 言
都 较 高 的 ＰＩ 调 节 器 。同 时 采 用 了 先 进 的 ＤＲＮＮ 网 Ｄ 络 作 为 辨 识 器 ， 据 环 境 信 息 的 变 化 ， ＰＩ 调 节 器 根 对 Ｄ 的 ３个 调 节 参 数 进 行 自学 习 在 线 整 定 ， 变 网 络 权 改 值 ， 踪 对 象 输 出 ， 图 １所 示 。 跟 如
维普资讯
１８ ５
内 蒙古 石 油化 工
２０ 年第 １ 期 ０６ ２
基于Ｄ Ｎ Ｒ Ｎ神经网络的 钻机自 钻系统 石油 动送 智能控制研究
王 沣 涛 ， 小平 朱
（ 安 石油大 学机 械二 程学 院 ， 西 西安 西 ［ 陕 ７０ ６） １ ０ ５
到 不 同 送 钻 方 法 无 论 采 用 何 种 送 钻 方 法 ， 是 根 据 都
（ ） １ （ ２） （ ３）
Ｊ
Ｘ 五 一 ｆ（ （ ） （） 五 ）
关系为：
０（ 五）一 暑 ： （ Ｘｉ ｋ）
Ｊ
钻 井 送 钻 过 程 应 根 据 钻 头 尺 寸 、 具 组 合 及 地 钻 质 条 件 等 来 确 定 给 钻 头 施 加 的 希 望 钻 压 值 ， 测 当 检
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。
石油钻机自动送钻智能控制系统
１，３本论文的主要内容及意义
在钻井的过程中，最重要的是节约钻井成本。影响钻井成本的主要因素 是钻进速度以及钻井损耗（包括钻头磨损、机械损耗等）。钻进速度快则钻井 周期短，从而整口井的钻进成本低。又因为钻头多数是金刚石工艺，所以价 格昂贵，而且钻头是钻井过程中的易坏部件，因此延长钻头的使用寿命就成 为钻井控制中的重点。但是钻进速度和钻头损耗是两个矛盾因素，因为钻进 速度快势必会加快钻头损耗，因此要在二者之间取最优，目前采取的方法主 要是恒钻压钻进，也就是在钻井的过程中保持钻头压力不变，在此条件下进 行连续钻进，这样既保证了钻进速度也可延长钻头的使用时间。
目前，我国石油钻井的规模居世界第三位，但是所使用的石油钻机控制 技术比较落后。在我国现役的石油钻机中，经改造利用的罗马尼亚钻机占一 定数量，如ＲＳ３２００，Ｆ２００，Ｆ２５０型等，还有数量不多的原苏联钻机，当前钻 探工作中的主力钻机仍是大庆ＩＩ型：ＺＪ．３２，ｚＪ一４５，Ｆ３２０，Ｆ２５０，Ｆ４００等。
１．２ 石油钻机系统的国内外发展现状
世界石油工业近年来一直处于低油价状态，为了确保在此状态下能够生 存下去，世界各大石油公司纷纷制定和调整发展战略，千方百计降低成本， 获取利润。由于钻井费用占了石油勘探开发费用的５０％～８０％，所以，研究和 发展先进适用的钻井技术是国内外各石油公司的当务之急，主要的方法是降 低钻井的直接成本，因此国内外正在努力改进钻机的控制技术。
石油钻机自动化智能化技术研究及发展建议
43中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2020.02 （上）1 我国钻机技术发展现状（1）直流传动、变频传动技术。
我国在20世纪70年代的时候对电力拖动技术进行了广泛应用，这种技术具有很强的调速和传动功能，所以也被广泛应用到石油行业当中，而且迅速占据了非常重要的地位。
电力拖动技术包含有变频传动和直流传动两种，相比较而言，变频传动技术应用更为广泛，其不但在一定程度上简化了钻机的机械结构，而且还有效提高了设备的稳定性和安全性，更好地促进钻机自动化和智能化控制的实现。
可是因为我国电力拖动技术在石油钻机中的应用起步比较晚，一直到20世纪末期才被应用到企业实际生产过程中，所以技术发展还不够成熟，在具体应用过程中存在较多缺陷。
我国目前石油钻机传动技术主要包括单传和多传两种方式，每一种传动技术有着各自的优势，都石油钻机自动化智能化技术研究及发展建议李靖，高艳坤，孔祥伟（中国石油集团渤海石油装备制造有限公司辽河钻采装备分公司，辽宁 盘锦 124010）摘要：目前石油开采过程中基本上都是采用钻井技术，随着时代的不断发展和科学技术水平的不断提升，钻井技术也逐步向着自动化和智能化方向发展，以不断提高石油资源的开采效率，同时还可以在一定程度上降低各种工作误差的发生。
但在实际应用过程中却会遇到各种各样的问题，还需要我们对其进行进一步深入研究。
鉴于此，本文首先对我国石油钻机发展现状进行了简要分析，然后阐述了钻机自动化和智能化技术未来发展状况。
关键词：石油钻机；自动化；智能化技术；发展建议中图分类号：TE922 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2020）02（上）-0043-02对我国钻机智能化技术的发展起到了一定的推动作用。
（2）钻机动力的发展。
我国最早的钻机动力主要以柴油驱动为主，这种方式主要是借助发电机的电力推动钻机转盘和泵的正常运转，现如今已经逐渐发展成以电力和其他新能源为主的驱动模式。
石油钻机自动送钻控制系统研究
石油钻 机 自动 送钻 是钻机 自动控 制技术 的主要 发展方 向之 一 ， 极 大地 克 服 了人 工 送 钻过 程 的不 他
均 匀 性 、 稳 定 性 ， 够 实 现 钻 头 的 连 续 自动 给 进 ， 不 能
其 中 ，（） Ｙ（） ｒ 和 ￡ 分别 为期 望输 出 和对 象 的实
Ａ （） ＝ ｔＥ （） ２ ｔＡ （） （） 。 ｕ ￡ ＝Ｋ（） ｅ ￡＋ Ｔ （） ｅ ｔ ＋２ △ ｅ ＝ （） ｆ］ 其 增益 的一种 迭代算 法 为 ：
△Ｋ （ 一 ） ＣＫ （ 一 １ ｔ ） （ ０ １）
△ （）＝ ￡Ｅ （） “ ￡＝ Ｋ（） ｅ ￡＋ （） ｅ ｔ＋，（） 。（） ＝ ｔｚ （） ． ｔＡ ｇ￡］ Ｓ １
囊 ｔ主＿ 特鞫舔 蠹 鐾簸 窕
石 油钻 机 自动 送钻 控 制 系统研 究
柳 润 青 ，朱 小 平
（ 安石油大学 机械工程学院， 西 陕西 西 安 ７ ０ ６ ） １ ０ ５
摘 要 ： 油 钻 机 自动 送 钻 是 钻 机 自动 控 制 技 术 的 主 要 发 展 方 向 之 一 ， 对 钻 井 过 程 中 井 况 的 非 线 石 针
ｆ （） ｒ 一 （ ） Ｐｆ 一 （） ｆ
△Ｐ ｆ ： Ｐ ｆ 一 Ｐ ｔ １ （） （） （一 ） 【 （ ） Ｐ ￡ 一 ２ （ 一 １ ＋ （ 一 ２ △ Ｐ ￡ 一 （） ｅｔ ） ｆ ）
（ ２）
其 中 ， ． ２ ≤ Ｃ ． ５ 这样 Ｋ（） 能单 调增 ０ ０ ５ ≤Ｏ ０ ， 只 加， 因此 ， ｓ ｎ ｅ ｔ］ｆｓ ｎ ｅ ｔ １ ］ ， Ｋ（） 当 ｇ ￣ （） ＝ ｇ ［ （－ ） 时 取 － ｉ ＝ ｆ一
器 结构 简单 易于实现 。仿 真 结果表 明 ， 与传 统 的 Ｐ Ｄ控 制相 比 ， Ｉ 单神 经元 自适 应 Ｐ Ｄ控 制 器控 制 的反应 Ｓ
钻机绞车PLC控制系统的研究与设计
３ 游 车 位 置 的 控 制
压力 阀 的输 入 电压 ， 比例 压力 阀根 据 此 电压 调整
进 入 刹 车 液 缸 的 油 压 力 ， 便 调 整 刹 车 力 ， 而 减 以 从
３ １ 绞 车 结 构 分 析 ．
在生 产 中 ， 须 防止 运 动 中 的游 车 下 砸 到钻 必
小偏 差值 ， 至等于 Ｓ 。 直 Ｖ
井平 台或 上行 撞 到 天 车后 掉 下 反 砸 到 钻井 平 台 ，
造 成 人 员 伤 亡 和 设 备 损 坏 。所 以 在 程 序 中 设 定 了
停车 上 、 下限 和 防碰 上 、 限 ， 以游 车 的 上延 为 下 并
设备 并提 高井 的质 量 ， 要求 驱 动设 备 具有 良好 还 的动态特性 ， 因此对 钻 机 绞 车系 统 的性 能有 很 高
死绳拉 力传感 器上 。 绞车 系统 的 附 属 安 全 部 件 包 括 液 压 盘 式 刹
的要 求 。通 常一套 钻机包 括绞 车 系统 、 自动送 转
系统 、 盘系统 、 浆液 位 系 统 、 岛系统 及 固 转 泥 阀 控 （ Ｃ 系统 。而 在这 一 整套 系统 中， 车系 统 Ｎ Ｃ） 绞 可 以说 是最 难控 制 的一 个 系 统 ， 它 控 制 的好 坏 对 将直 接关系 到石油生 产能否 继续 和工人 的人 身 安
成 闭环控 制 （ ２ 。调 节 器根 据 偏 差值 的大 小 ， 图 ）
图 １ 绞 车 系 统 结 构
收稿 日期 ：０ １ ３ １ （ 改 稿 ） ２ １ － —６ 修 ０
第 ５期
张 立 众 等 ． 机 绞 车 Ｐ Ｃ控 制 系 统 的 研 究 与 设 计 钻 Ｌ
５５ ５
石油工程中的智能化设备研发
石油工程中的智能化设备研发在当今科技飞速发展的时代，石油工程领域也迎来了智能化的变革。
智能化设备的研发正逐渐成为推动石油工程行业进步的关键力量。
石油作为全球重要的能源资源，其开采、加工和运输等环节都面临着诸多挑战。
传统的设备和技术在效率、安全性和环境保护等方面存在一定的局限性。
智能化设备的出现，则为解决这些问题提供了新的途径。
智能化设备在石油工程中的应用范围十分广泛。
在石油勘探阶段，先进的地质勘探设备能够利用智能传感器和数据分析技术，更精确地探测地下石油储量和分布情况。
通过对大量地质数据的收集和分析，智能设备可以绘制出更详细、更准确的地质模型，为后续的开采工作提供有力的支持。
在石油开采环节，智能化的钻井设备发挥着重要作用。
这些设备能够实时监测钻井过程中的各种参数，如钻压、扭矩、井斜等，并根据数据分析自动调整钻井策略，提高钻井效率和安全性。
同时，智能抽油机可以根据油井的生产情况自动优化抽油参数，实现高效采油。
石油加工过程中，智能化的炼化设备能够实现对生产过程的精确控制和优化。
通过智能传感器和控制系统，实时监测生产线上的温度、压力、流量等参数，并自动调整工艺参数，确保产品质量的稳定性和提高生产效率。
然而，智能化设备的研发并非一帆风顺。
在研发过程中，面临着诸多技术难题和挑战。
首先，石油工程环境复杂恶劣，对设备的稳定性和可靠性要求极高。
智能化设备需要具备强大的抗干扰能力和容错能力，以应对高温、高压、高腐蚀等极端环境。
这就要求在设备的硬件设计和材料选择上进行深入的研究和创新。
其次，数据的采集和处理是智能化设备研发的关键。
石油工程中产生的数据量庞大且复杂，如何有效地采集、传输和分析这些数据，是一个亟待解决的问题。
需要研发高效的数据采集系统和先进的数据分析算法，以提取有价值的信息，并将其转化为可操作的决策依据。
再者，智能化设备的安全性和保密性也是至关重要的。
石油工程涉及到国家的能源安全和经济命脉，设备中的数据和控制指令必须得到严格的保护，防止被非法获取和篡改。
永磁直驱顶驱钻机转速精准控制的探讨
(Y)X
!!"")!%&"%#&
参考文献 (#)杨顺辉X钻井用可膨胀波纹管技术研究(E)X中国石
油大学"华东#!!""$X
&& &)X
(-)刘鹏!夏柏如!陶兴华!等X膨胀波纹管在大牛地气田 定向井段的应用(Y)X石油钻探技术!!"#)!2&"!#&
(!)陶兴华!马开华!吴波!等X膨胀波纹管技术现场试验 *# *)X
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
降低到最小' "!#消除信号线屏蔽层接地干扰'编码器信号
设置专用接地!并与变频器,电机设备接地采取隔离 措施!确保编码器的专用接地不受干扰'
"%#不同电压等级电缆分开布线'为了减小外
参考文献 (#)王成元!夏加宽!杨俊友等X电机现代控制技术(U)X
北京&机械工业出版社!!"")X (!)陈伯时X电力拖动自动控制系统(U)X北京&机械工业
现场施"%#工整条个件膨的胀基系础统上在!充进分行模了拟室井内壁外$试润验滑模系拟统分等 析!为野外现场施工提供了可靠的理论依据'
())李作会X膨胀管关键技术研究及首次应用(Y)X石油钻
采工艺!!""2!!*"%#&#) #-X
($)杨顺辉!黄永洪!陶兴华!等X可膨胀波纹管技术在韦
井的应用 石油钻探技术 #& #-
关键词钻机永磁电机直驱顶驱编码器
中图分类号 文献标识码 文章编号 (*%2+%
,
#""- !$!."!"#$#"# ""#* "%
外转子盘式永磁直驱绞车电机的技术分析
外转子盘式永磁直驱绞车电机的技术分析发布时间：2022-01-20T09:15:50.601Z 来源：《中国科技人才》2021年第29期作者：张帆[导读] 为了降低勘探和开发成本,世界各国不断地采用新技术开发石油装备。
油田钻井平台用绞车是一部钻机的核心设备，绞车性能的好坏直接影响了钻井的质量，效率以及成本。
传统的电驱绞车基本都采用电机加减速机的驱动方式，其结构主要由滚筒轴、齿轮减速箱、转盘传动箱、绞车架及润滑、气控、水冷却系统等组成。
中车永济电机有限公司山西永济 044502摘要：油田钻井平台用绞车电机，大多还采用的是变频调速异步电动机。
外转子电机是将滚筒做成外转子，具有结构简单，精确度高等优势。
盘式电机的结构，具有直径大，轴向尺寸薄等特点。
外转子盘式永磁直驱绞车电机将外转子和盘式电机的双优势结合起来，实现绞车系统运行更平稳、振动更小、噪音更低、可靠性更高、重量更轻、效率更高。
关键字：永磁直驱盘式电机绞车外转子1引言为了降低勘探和开发成本,世界各国不断地采用新技术开发石油装备。
油田钻井平台用绞车是一部钻机的核心设备，绞车性能的好坏直接影响了钻井的质量，效率以及成本。
传统的电驱绞车基本都采用电机加减速机的驱动方式，其结构主要由滚筒轴、齿轮减速箱、转盘传动箱、绞车架及润滑、气控、水冷却系统等组成。
油田钻井平台现场施工过程中,对绞车电机的要求是反应迅速位置精准，低转速可输出较大转矩，短时过载能力强。
针对目前油田钻井平台用绞车驱动系统传动结构复杂，旋转精度低，效率低等缺点，设计采用外转子永磁直驱电机进行直接驱动的绞车驱动系统，并根据旋转精度低特性从永磁电机本体设计和电机变频控制系统优化两方面进行研究，以提高绞车的带载能力和控制精度从而不断提高油田钻井平台用绞车性能。
2 外转子永磁电机运行的可行性随着油气勘探开发的不断深入，围绕绿色化、智能化需求，对钻井装备与技术要求越来越高，为不断满足油气勘探装备与技术升级的需求，我公司以核心动力产品和技术的升级换代为目标，瞄准市场不断创新。
石油钻机恒钻压自动送钻系统研究的开题报告
石油钻机恒钻压自动送钻系统研究的开题报告开题报告一、选题的背景和意义石油是现代社会的重要能源之一，其开采工作需要使用石油钻机进行钻探作业。
而在钻井作业中，不论是在陆地或海洋上的石油钻机，为了保证钻进效率和井口品质，都需要使用自动送钻系统。
目前市面上的自动送钻系统大多是基于恒钻压模式来进行控制。
但是在自动送钻过程中，恒定钻压模式往往无法满足工作要求，如传统恒钻压模式下钻头接触固硬巨石时，很容易出现压力过大、下塌严重甚至钻头损坏等情况，从而降低钻进的效率。
因此，本文针对自动送钻系统的恒钻压模式进行研究，主要目的是探究改进自动送钻系统控制策略的可行性，提高自动送钻系统在石油钻机的应用水平和经济效益。
二、选题的研究现状钻井作业中，自动送钻系统控制经典方法是基于恒定钻压原理，该系统由于具有稳定性强、易于实现等优点，被广泛应用于石油钻机的自动送钻控制。
但是该方法在实际应用中不可避免地存在不适应各种复杂井下情况的问题，如在减速接触固硬巨石时，由于恒定钻压、钻速却低，便导致钻头所承受的卸载力过大，从而容易出现压力过大、下塌严重甚至钻头损坏等情况。
近年来，随着科技的不断进步和发展，有学者对钻机自动送钻系统进行了研究和改进，目前主要为以下几种方法：1.基于阻抗控制的自动送钻系统，通过对上下钻杆之间的形变进行实时的反馈控制，对钻进作业进行控制；2.基于MPC（模型预测控制）的自动送钻系统，通过预测出不同工况下的下孔力变化趋势，通过控制输出的下孔力的大小，实现对下孔力的控制；3.基于模糊PID算法的自动送钻系统，模糊PID算法结合模糊控制理论和PID控制器的优势，能够适应多样性、非线性等复杂情况，实现准确的控制。
三、研究的内容和目标本文针对石油钻机自动送钻系统恒钻压模式，以恒钻压模式为基础，分别采用模糊PID算法和MPC算法进行控制，探究改进自动送钻系统控制策略的可行性，提高自动送钻系统的应用水平和经济效益。
具体研究内容为：1.建立自动送钻系统数学模型，分析恒钻压模式存在的问题；2.针对存在的问题，设计模糊PID算法和MPC算法进行控制；3.进行仿真实验，对比样本数据，验证并分析其效果；4.通过实验结果对该控制策略进行评估，并对该策略的实际应用及未来改进进行讨论。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
石油钻机绞车永磁直驱电机智能送钻控制研究张炳义;刘凯;陈亚千;冯桂宏;刘家荣;李超【摘要】With respect to the features of petroleum rig winch automatic drilling system’s multiple variables,large time delay and difficult to establish mathematical model,the unstable problem of the drilling pressure’s control is analyzed.An intelligent fuzzy control method is proposed for winch automatic drilling system.The novel winch system’s design scheme based on Permanent Magnet Direct-drive Motor (PMDM)is designed.For testing the operation performance of the PMDM,the experiment is executed on it under low speed with load.According the design scheme,the intelligent automatic drilling system is founded.The combination of fuzzy logic and Programmable Logic Controller (PLC)is applied to automatic drilling system.An implementa-tion method of intelligent fuzzy control algorithm based on PLC is presented.The results confirm that the novel winch PMDM can guarantee the stable operation of automatic drilling system.The automatic drilling system with application of intelligent fuzzy control algorithm performs well at drilling pressure’s control.%针对石油钻机绞车自动送钻系统具有多变量、大时滞和难以建立数学模型等特点，分析送钻系统钻压控制不稳定的问题。
将智能模糊控制算法应用到绞车自动送钻系统中，提出了基于永磁直驱电机绞车的新型自动送钻系统结构的设计方案，并对永磁直驱电机进行现场试验，验证其送钻时低速带载能力。
根据设计方案完成智能控制自动送钻系统的搭建，并将模糊理论与可编程逻辑控制器相结合应用到送钻系统中，给出智能模糊控制算法及基于可编程逻辑控制器的实现方法。
结果表明：新型绞车永磁直驱电机能够为自动送钻系统的稳定运行提供保障；应用智能模糊控制算法能够克服传统算法下送钻钻压波动大的问题；智能控制送钻系统钻压控制效果良好。
【期刊名称】《石油矿场机械》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】5页(P1-5)【关键词】绞车;永磁直驱电机;智能控制;自动送钻【作者】张炳义;刘凯;陈亚千;冯桂宏;刘家荣;李超【作者单位】沈阳工业大学电气工程学院，沈阳 110870;沈阳工业大学电气工程学院，沈阳 110870;沈阳工业大学电气工程学院，沈阳 110870;沈阳工业大学电气工程学院，沈阳 110870;北京探矿工程研究所，北京 100083;北京探矿工程研究所，北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TE92821世纪以来，全球油气勘探难度越来越大，勘探对象日益复杂［1］。
为提高钻井速度及钻井的综合效益，开发了一种新型控制系统——自动送钻系统［2-3］，该系统中自动送钻技术是整个系统的核心。
随着勘探开采业的快速发展，钻机对自动送钻的控制要求变得更高。
但是，传统控制算法面对多变量、大时滞和非线性的自动送钻系统时所整定的参数适应性很差，导致钻压波动较大，自动送钻控制效果不理想。
为了提高自动送钻系统的控制性能，实现科学钻井，国内外学者对钻机自动送钻展开了深入的研究。
文献［4］论述了自动送钻钻进过程中钻压、转速与钻速、钻头磨损的关系，指出自动送钻系统具有时滞和高度非线性的特点。
文献［5-6］论述了基于异步电机、减速箱与液压工作钳组成传统绞车系统的自动送钻技术。
基于传统绞车系统的自动送钻约占我国钻机的90%～95%，系统具有组成庞杂、传动效率较低、日常维护工作量大、设备成本高等特点。
文献［7-8］提出将PID控制算法应用到自动送钻控制中，其能按设定的钻压自动钻井，减轻司钻工的劳动强度。
但是，受地层的软硬程度改变、泥浆水力参数的变化和钻头磨损等因素影响，绞车钻机送钻系统是变参数的非线性系统，致使传统PID算法在建立数学模型非常困难，系统钻压控制效果较差。
鉴于传统算法在处理多变量、时变和非线性的送钻系统时难以建立数学模型的难题，利用智能控制中的模糊控制算法不需要建立准确数学模型的优势［9-10］，将智能模糊算法应用到自动送钻系统中。
笔者完成了基于永磁直驱电机的新型绞车自动送钻系统的设计，验证了永磁直驱电机低速送钻稳定输出转矩的能力［11］；给出了基于PLC的模糊控制算法的实现方法，完成了自动送钻系统的建模和仿真，验证永磁直驱电机能够为自动送钻系统稳定运行提供保障，应用智能模糊控制算法的送钻系统对钻压控制效果良好。
新型钻机绞车自动送钻系统如图1。
数据采集监控系统主要负责自动送钻钻压的显示、记录和系统的常规外设；智能控制单元是整个自动送钻的核心，担负着自动送钻钻压稳定控制的重任；变频器单元控制绞车的提送钻工作，其内含的制动斩波器和制动电阻用来消耗绞车下放时产生的电能；紧急制动单元主要负责当送钻系统出现不正常运行时紧急制动绞车，避免事故发生。
司钻工可根据实时钻井的要求设定不同的钻压，系统通过死绳拉力传感器和钻压传送系统将钻压值反馈到智能控制单元。
智能控制单元的输出信号控制绞车永磁直驱电机实际的送钻速度，进而控制送钻钻压。
绞车低频带载运行时，能否稳定地输出转矩是自动送钻系统稳定运行的先决条件和保障。
传统绞车包含异步电机、减速箱和工作钳，送钻系统庞大，传动复杂，造成前期制造成本和后期检修维护成本高，且增加了系统的故障率。
当负载率小于50%时，异步电机运行效率与功率因数大幅下降，在用电的进线端必须加功率补偿装置以保证电网的品质因数。
PMDM转子上无感应电流，不存在转子损耗，只此一项可提高电机效率4%～50%。
由于转子上无感应电流，其功率因数几乎为1，不需要再安装功率补偿装置。
本文设计完成了PMDM对滚筒进行直驱的新型绞车驱动系统，利用PMDM的直驱特性省去了庞大的减速装置和工作钳。
PMDM的额定参数如表1所示。
为了验证绞车PMDM的低速带载能力，对PMDM进行了试验，钻机现场试验如图2所示。
试验时通过V A C On变频器设置PMDM的运行频率为0.01 H z，该值也是变频器的最小分辨率。
监测绞车电机在该频率下运行时电机输出电流的曲线如图3所示。
PMDM的输出电流在30～60 s时稳定在140.1 A，电机输出电流平滑稳定。
试验结果表明：基于PMDM的绞车系统省去庞杂的减速箱和复杂的液压机构，实现对钻具的直驱，提升了绞车送钻的控制精度。
PMDM低频带载运行稳定，证明基于PMDM的绞车系统能够为自动送钻稳定运行提供保障。
模糊控制器输入量为钻压的误差e和误差变化率ec。
控制器的输入信号经过PLC模糊化、模糊决策和解模糊运算后输出频率指令u，其经过O P T-C3板卡被传送给变频器，变频器根据输入信号自动控制钻具的下放速度进而控制钻压。
钻压误差e、误差变化率ec和输出量u的隶属函数如表2所示。
模糊论域量化为｛－6、－5、－4、－3、－2、－1、0、1、2、3、4、5、6｝，确定钻压误差e、误差变化率ec和输出控制量u的语言值为N B（负大）、N S （负小）、ZE（零）、PS（正小）、PB（正大）。
控制器采用模糊条件语句表示为“if E＝A and EC＝B than U＝C”的形式。
该模糊关系的算法为R（e，ec，u）＝E（e）∩EC （ec）∩U（u）。
模糊关系矩阵R（e，ec，u）是一个（（13× 13）×15）维的F矩阵，可通过式（1）算得，即智能模糊控制器的控制规则是根据实际送钻过程中司钻工的手动控制策略拟合的，而司钻工的手动控制策略是经过长期的学习与经验累积形成的一种知识和技术的结合。
借鉴模糊控制理论的发展成果和实际自动送钻控制的现场经验与反复试验，最后总结得出模糊控制规则，共有25条控制规则，如表3所示。
由模糊推理获得的控制量是模糊语言变量论域上的模糊子集，得出的模糊控制器输出U的曲面如图4所示，它是多条模糊控制规则所得结论的综合，需将其转换成实际控制清晰值。
常用的清晰化方法有面积重心法（centroid）、面积平均法（bisector）和最大隶属法（maximum）3类。
本文中自动送钻模糊控制器清晰化方法选用centroid方法。
随着自动控制技术的发展，可编程序控制器因其卓越的工作性能而得到广泛的应用。
本文将模糊控制算法与西门子S7-300PLC相结合，应用到自动送钻系统中。
根据钻井需要，井底钻压应在钻进的过程中保持不变，钻压W允许的误差范围即误差e的基本论域是［－5，5］k N。
由于钻井过程中各种干扰很多（例如地层变化、各种摩擦、井底的净化程度等），都会使钻压偏离给定值，所以选定钻压实际误差变化率ec的基本论域为［－2，2］。
根据经验将钻具下放速度最大设置为36m/h，折算到变频器的输出频率为7.18 H z，确定控制器输出u的基本论域为［－7，7］H z，从而得到控制器的量化因子Ke、Kec、Ku，并分别写入到数据寄存器中。
利用S7-300PLC 中AI8 X12Bit（331-7 K F02-0 A A0）模块将钻压采集到PLC中，将PLC输出信号经过Profibus-D P总线传到变频器。
然后计算e 和ec，分别写入到DB7. DBD0和DB7.DBD4中，将模糊化后的E和EC分别写入到DB8.DBD0和DB8.DBD4中。
将计算所得的模糊量U写入到DB8.DBD8中，将解模糊化所得的精确量u写入到DB7.DBD8中。