9000米钻机自动化控制系统简介
钻机组成及各部分的工作原理
钻机组成及各部分的工作原理钻机是一种用于地下或水下钻探的设备，它由多个部分组成，每个部分都有着特定的工作原理。
本文将从整体结构和各部分的工作原理两个方面来介绍钻机。
一、钻机的整体结构钻机通常由底座、钻杆、钻头、钻具、钻杆回转系统、提升系统、驱动系统和控制系统等部分组成。
1. 底座：钻机的底座是支撑整个机器的基础，具有稳定性和承重能力。
它通常由钢铁材料制成，能够承受高强度的工作环境。
2. 钻杆：钻杆是将动力传递给钻头的关键部分，由多根连接在一起的钢管组成。
钻杆的长度和直径根据钻探深度和孔径大小来确定。
3. 钻头：钻头是钻机的工作部分，通过旋转和冲击地层来实现钻探的目的。
钻头通常由合金钢制成，具有较强的硬度和耐磨性。
4. 钻具：钻具是连接钻杆和钻头的部分，可以使钻杆和钻头保持连接并传递动力。
钻具通常包括套管、钻铤和钻杆接头等。
5. 钻杆回转系统：钻杆回转系统是使钻杆和钻头产生旋转运动的部分。
它通常由液压系统和传动装置组成，能够提供足够的扭矩和转速。
6. 提升系统：提升系统用于控制钻杆的上下运动，实现钻杆的进给和回收。
它通常由液压缸、钻塔和卷筒等组成，能够实现高效的提升作业。
7. 驱动系统：驱动系统是提供动力给钻机各部分的关键部分，通常由柴油机或电动机等驱动装置组成。
驱动系统能够提供足够的功率和转速，满足钻机的工作需求。
8. 控制系统：控制系统是对钻机进行操作和控制的部分，通常由液压系统、电气系统和自动控制装置等组成。
控制系统能够确保钻机的稳定运行和安全作业。
二、钻机各部分的工作原理1. 钻杆和钻头：钻杆通过钻具连接在一起，传递驱动力给钻头。
钻头在旋转的同时，利用冲击力将地层破碎，实现钻探的目的。
2. 钻杆回转系统：钻机的液压系统和传动装置提供足够的扭矩和转速，使钻杆和钻头产生旋转运动。
旋转运动可使钻头均匀地破碎地层，提高钻探效率。
3. 提升系统：提升系统通过液压缸、钻塔和卷筒等实现钻杆的上下运动，控制钻杆的进给和回收。
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。
钻机八大系统
钻机八大系统1、旋转系统在钻井过程中，旋转系统通过转动井中钻柱带动钻头旋转破碎岩石。
它主要包括转盘、水龙头。
转盘型号：ZP375，功率：5850kN。
水龙头型号：SL-450，功率：4500kN。
2、循环系统循环系统主要作用是循环钻井液，及时清洗井底、携带岩屑，分离钻井液中多余固相、保护井壁和冷却钻头等。
它主要包括泥浆罐、泥浆泵、地面管线、立管、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤、钻头、环空、导流管、振动筛、除砂器、除泥器、离心机、搅拌机等。
泥浆泵型号：F-1600，功率：1176kW。
水龙头型号：SL-450，功率：4500kN。
振动筛型号：ZSW-2，振动筛负荷：50L/s，数量：3个。
除砂除泥一体机型号：ZCN250，数量1个。
离心机型号：LW450-1000-N1、LW450-1000-N3，负荷：40m3/h、60m3/h。
3、起升系统起升系统用于起下钻具、下套管、控制钻压及钻头钻进等。
它主要包括绞车、辅助刹车、井架、天车、游动滑车、大钩、钢丝绳、吊环、吊卡、卡瓦、液压大钳、“B”型大钳等。
绞车型号：JC70D，功率：1470kW。
井架型号：JJ450/45-K7，负荷：4500kN。
天车型号：TC450，负荷：4500kN。
游动滑车型号：YG450，负荷：4500kN。
4、动力系统动力系统主要是为各工作机提供动力，按动力设备不同分为机械驱动和电驱动两大类，即分别以柴油机和电动机为动力。
柴油发电机组型号：TYM-ZJ1600，功率：1000kW，数量：4个。
发电机：YG505，功率：400kW。
5、传动系统传动系统的作用是连接发动机与工作机，实现能量从驱动设备到工作机组的能量传递、分配及运动方式的转换。
电传动系统型号：VFDSL70715，功率1900KV A。
6、控制系统控制系统的作用是指挥各机组协调进行工作，常用的有气控、电控、液控等。
7、钻机底座钻机底座包括钻台底座和机房底座。
钻台底座用于安装井架、转盘、放置立根盒及必要的井口工具等。
自动化钻机研发理论
自动化钻机研发理论摘要：钻机行业竞争日益激烈，钻机作业环境也日趋复杂，针对效率高、性能可靠、安全风险小的自动化钻机研发已迫在眉睫。
本文从研发角度介绍了自动化钻机研发的思路和方法，以及自动化钻机研发过程中应该注意的问题和解决办法。
关键词：自动化钻机一体化拆分和整合常规钻机国内钻机经过半个世纪的发展，钻机的类型和级别日益增加，从当年的大庆II型钻机到现在的9000米、12000米钻机，从探井到修井，从陆地到海洋，从平地到沙漠、大山、森林和沼泽，从纯机械传动钻机到现在的直流、交流、交流变频、混和动力和液压钻机，钻机结构类型更是数不胜数，门类繁多。
尽管如此，国内钻机与国外钻机还是有一定的差距，主要原因是钻机在自动化研发、应用方面，重视和投入程度不够，导致钻机总体结构设计缺乏创新，钻机关键部件没有竞争优势，尤其对高投入高回报的海洋钻井钻机，自动化程度太低，操作工人劳动强度大，人机安全系数低。
在此条件下，常规钻机利润下降，国内钻机竞争日趋激烈。
所以研发自动化钻机，实现钻机关键零部件国产化，将是今后整个钻机行业发展的主题。
根据不同的使用环境，自动化钻机需要不同的总体结构设计，而决定自动化钻机总体结构的主要因素是钻机的关键零部件和整个钻井工艺。
钻机关键零部件的设计取决于钻机上下游产业的技术支持力度；钻井工艺需要对整个钻井工艺进行综合分析和优化。
结合目前国内钻机行业发展基础，自动化钻机设计应该从以下几点着手开展。
1自动化钻机总体概念设计自动化钻机总体概念设计，排除市场和生产的干扰，作为研发和储备技术的一种手段，这个设计过程牵涉到几个学科和专业，需要在钻机设计行业或者在钻机使用方面经验丰富、大机械和自动化控制专业性强的团队。
自动化钻机研发核心内容包括钻机安装，设备操作和控制，钻机井口工具及钻具排放，钻机泥浆循环和净化系统，钻机动力源系统，井控和固控系统、钻机动力驱动和控制以及各个系统、设备、工具、环境检测等部分。
自动化钻机总体概念设计主要有以下几点：首先依据钻井工艺提出常规钻机从开钻到完井所有的工序、步骤、人力、工具、设备结构和环境地质参数等，然后列出整个钻井到完井所用到的钻井设备、工具、各个系统等。
顶部驱动钻井装置的技术应用
顶部驱动钻井装置的技术应用随着科技的发展，社会的进步，新的技术也逐渐被开发和利用。
在石油开采领域，传统的钻井装置难以满足当下的高效、经济和安全的要求，也逐渐被新的钻井装置所取代。
顶部驱动钻井装置就是一种新的钻井装置，是集机械、电气、液压技术于一体的现代化高科技钻井装置，是当今石油钻井领域的前沿技术，与交直流变频电驱系统和井下钻头增压系统并称近代钻井装备的三大技术成果。
顶部驱动钻井装置可适用于2000米到9000米深的钻井，其适用范围广。
本文主要通过对顶部驱动钻井装置的技术应用探讨，以期对顶部驱动钻井装置提出合理优化的建议。
标签：顶部驱动;技术;应用引言：顶部驱动钻井装置可节约20%至30%的钻井时间，尤其是对于斜井和高难度定向井，其经济性更好。
对于顶部驱动钻井装置的技术应用研究，提高顶部驱动钻井装置在复杂情况下的工作效率以及稳定性，保证钻井装置的安全性，增加其使用寿命，具有很现实的意义。
一、液压技术在顶部驱动钻井装置的应用液压技术在顶驱装置应用广泛。
液压驱动是顶驱两大主要驱动方式之一（另一驱动方式为电驱动）。
液压驱动可实现比电驱动更大的无级调速范围，其运行更加平稳，溢流阀的存在防止了过载，液体的可压缩性减少了冲击，可通过压力的调节实现更大的扭矩，操作方便，可满足不同转速的多种钻探工艺。
而且，液压驱动顶驱系统比电驱顶驱系统体积小，质量轻、运输及安装比电驱更为方便，其制造和使用成本低。
随着液压技术发展，尤其是高压液压技术和高效散热技术的发展，顶驱系统越来越多的应用液压技术已成为顶驱发展的一个趋势[1]。
頂驱的辅助传动也采用液压系统。
液压泵对液压油加压，使液压油产生压力，推动液压马达的转动，完成液体压力到机械能的转化。
通过方向阀，可改变液压油的流动方向，进而改变液压马达的转动方向，通过溢流阀控制压力值，可改变液压马达的转速，通过截止阀可实现液压马达的停止运动。
而过滤装置主要对液压油起过滤作用，增加了液压系统的使用寿命。
中国应用自主研发9000米超深钻机探测深层油气
中国应用自主研发9000米超深钻机探测深层油气
2007年11月29日 15:23 熊聪茹在中国西部新疆准噶尔盆地的克拉玛依油田，钻井莫深1井的钻头日前深入地下7380米，并仍在向地底挺进。
莫深1井首次应用了中国自主研发的第一台9000米交流变频钻机，探测深层油气。
莫深1井位于准噶尔盆地腹部莫索湾地区，是克拉玛依油田的一口重点超深探井，也是中国石油天然气集团公司重大试验项目之一，2006年8月开钻。
目前莫深1井的钻探仍在继续，初步预计深度将达7600米。
克拉玛依油田2006年生产原油1191.66万吨，天然气28.81亿立方米，原油产量连续26年稳定增长，是中国西部最大的油田。
莫深1井钻探目的主要是了解盆地深层的含油气性，同时取得宝贵的地球物理、温度及压力等资料。
中国制造9000米交流变频钻机在莫深1井运行成功，意味着中国将更快进入超深层油气勘探领域。
中国具有自主知识产权的12000米超深井钻机近日也已研制成功。
近年来，中国西部的油气富集区域不断有超深钻井开钻，塔里木盆地2004年前后完成了7000米深的超深井钻探尝试。
去年，塔里木盆地的塔深1井深度超过8400米，成为目前中国钻井探入地底的极限。
据统计，目前在新疆深度超过7000米的钻井有近10口。
目前，全球石油天然气的开采已呈现向陆地深层、环境恶劣区域和海洋深水发展的趋势，并带动了相关技术和装备制造业的发展。
钻机组成及各部分的工作原理
钻机组成及各部分的工作原理钻机是一种工程机械设备，主要用于地下工程、石油勘探和矿山开采等领域。
它由多个部分组成，每个部分都有其特定的工作原理和功能。
钻机主要由下面几个部分组成：1.钻杆和钻头：钻杆是连接钻机和钻头的部分，通常由多段管道组成。
钻杆通过旋转传递扭矩和推力给钻头，使其进入地下或岩石中进行钻探。
钻头通常由钢制成，具有特殊的切削工具，可根据需要切削地下岩石。
2.钻机架：钻机架是支撑钻机各个部分的主要结构。
它通常由重型金属构件制成，以提供稳定的平台。
钻机架具有可调节的高度和角度，使钻机能够适应不同的钻探需求。
3.钻机动力系统：钻机通常由内燃机或电动机提供动力。
内燃机通常使用汽油或柴油作为燃料，并通过传动系统将动力传递给钻杆和钻头。
电动机通过电源供电，并通过电动传动系统传递动力给钻杆和钻头。
4.钻机液压系统：液压系统主要用于控制钻机的各个部分，如旋转机构、提升机构和推进机构。
它通过液压泵将液体高压输送到不同的液压缸和马达中，从而实现对钻机各个部分的控制。
5.钻机控制系统：控制系统是钻机的大脑，它接收来自操作员的指令，并将其转换为相应的机械运动。
控制系统通常由电子控制器和传感器组成，用于监测和控制钻机的各个参数，如转速、扭矩和推力。
钻机的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1.安装钻杆和钻头：将钻杆连接到钻机架上，并将钻头安装在钻杆的末端。
然后通过液压系统提供的推力将钻头推入地下或岩石中。
2.旋转钻杆：通过钻机的动力系统将旋转力传递给钻杆，从而使钻头以旋转的方式切削地下岩石。
旋转的方向和速度可以根据需要进行调节。
3.提升钻杆：钻杆通常以一定的角度向下钻探，并且在钻进过程中需要不断提升和再次推进。
通过液压系统提供的推力和吊绳将钻杆提升到适当的高度，然后再次推进。
4.冷却和清理：钻探过程中产生的高温会对钻头和钻杆造成损害，因此需要通过液压系统提供的冷却液对其进行冷却。
同时，冷却液还可以将岩石屑和碎片从钻孔中冲洗出来，以保持钻孔的清洁。
钻机气控制系统
图6-10
调压阀是基本控制元件，如将控制手柄改为手轮、脚踏板等，可构成手轮调压阀、脚踏 板调压阀、以及高低压气瓶中的减压阀。如图6-10。
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第六章 钻机 气控制系统
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6.1 概述
钻机的控制系统是整套钻机必不可少的组成部分，它是钻机的中枢神经系统。
6.1.1 钻井工艺对控制系统的要求 控制要迅速、柔和、准确及安全可靠； 操作要灵活方便、省力，维修以及更换元件容易； 操作协调，便于记忆。
①传动柔和，具有弹性、抗冲击、吸收振动； ②操作省力、方便、迅速、易于实现远距离集中控制
； ③结构简单、寿命长；
④反应快； ⑤能准确地控制所传递的扭矩；
⑥能补偿安装误差。
图6-2
通风型气胎离合器
通风型气胎离合器是在普通气胎离合器的基础 上发展起来的。其特点是：隔热和通风散热性 能好，气胎本身在工作时不承受扭矩；挂合平 稳、摘开迅速、摩擦片厚、寿命长；易损件少， 更换易损件方便；经济性好。
2.空气过滤器
作用是滤除压缩空气中所含的液态 水滴、油滴、固体粉尘颗粒及其它 杂质。
空气过滤器按滤芯材料不同可分为：纸质、织物、陶瓷、泡沫 塑料和金属等形式。常用的是纸质式和金属式。 3.空气干燥器
作用是降低压缩空气的湿度，为系统提供所需要的干燥压缩空 气。
空气干燥器分：冷冻式、无热再生式、加热再生式。 4.除油器和分水排水器
6.4.1 压力控制阀
压力控制阀：利用压缩空气作用在阀芯的力和弹簧力平衡的原理， 控制压缩空气的压力，进而控制执行元件动作顺序。 压力阀主要有：减压阀、溢流阀、顺序阀、调压继电器。
1.减压阀（调压阀）
作用：将出口压力调节在比进口压力低的调定值上，并能使输出压 力保持稳定。 减压阀又称调压阀，分为直动式和先导式两种。 减压阀用在压缩空气配制装置内，不管供气孔进入的压缩空气的气 压多大、流量如何，经过减压阀后，都能给出稳定的和减小了的气 压供给气控系统。在上、下储气罐之间装上减压阀，可以使输出气 罐压力保持稳定，不产生(或较少产生)压力波动，从而保证了各个控 制阀件性能恒定。
9000m智能钻机关键技术
随着智能钻井技术的发展，智能自动化已成为钻井 装备的发展趋势⑴。笔者通过回顾我国超深井钻 机发展历程，以及国外装备自动化发展趋势，指出 了国内高端钻井装备与国外存在的差距；并介绍了 智能自动化技术、整拖快移技术以及人性化设计理 念在超深井钻机中的应用。
国内9 000 m超深井钻机研制起步较晚但发展
*基金项目：山东科瑞控股集团有限公司2015年研发项目“9 000 m智能钻机研制” (KZ-TZ [2015] 19号)。
2019年第47卷第9期 V钻井技术与装备A
石油机械
CHINA PETROLEUM MACHINERY
—57 —
9 000 m智 * 能钻机关键技术
许益民刘占鹏高猛陈洪光柴晓玲王先亮董珍书
(山东科瑞机械制造有限公司)
摘要：国内9 000 m钻机研制发展迅速，在钻深能力和变频驱动方面已经达到国际水平，但 智能自动化关键技术的整合应用仍然落后。鉴于此，通过回顾国内超深井钻机发展历程以及国外 装备自动化发展趋势，指出了国内高端钻井装备与国外存在的差距，主要介绍了 9 000 m智能钻 机研制关键技术。9 000 m智能钻机融合快速移运技术和人性化设计理念，首次将拖挂技术应用于 9 000 m钻机，可实现不同运输条件下的多状态快速移运；将人性化理念贯穿于钻机设计环节，最 大程度为作业人员提供安全、健康、环保、舒适的作业环境。9 000 m智能钻机的研制成功在一定 程度上促进了高端钻井装备的国产化进程。
Keywords: ultra-deep well drilling rig； intelligent automation； fast moving； humanized design
0引言
随着地球物理勘探技术的进步以及钻完井工艺 的完善，钻机钻探深度逐年增加。研制超深井钻机 不仅可以满足超深油气藏勘探开发的需要，也是打 破国外技术垄断，保障国家战略能源安全的需要。
顶驱
顶驱的发展方向
4、顶驱要向简单化、重量减轻、尺寸缩小 的方向再加以改进，才能满足修井机、 轻型钻机该装的要求，才能获得更广阔 的市场。
国外井眼轨迹自动闭环工具的发展
井斜控制技术水平的进一步提高，与新的井下井斜控制执 行机构和测量技术的发展密切相关，井斜控制技术的根本出 路是要创造出一种智能系统，它具有自动跟踪和校正能力， 当实钻轨道与设计轨道发生偏差时，即开始纠正这一偏差。
作用类似于方钻杆旋塞。 (7).设备安全 顶部驱动钻井装臵采用马达旋转上扣，上扣平稳，并可从 扭矩表上观察上扣扭矩，避免上扣扭矩过盈或不足。钻井最
大扭矩的设定，使钻井中出现蹩钻扭矩超过设定范围时马
顶部驱动钻井系统
达会自动停止旋转，待调整钻井参数后再正常钻进，避免设 备超负荷长时间运转。这样也达到了用好钻柱和延长钻柱使 用寿命的目的。 (8).井控安全 在不稳定井眼中采用TDS起钻时，关泵停止循环，同时顶 驱钻井装臵主轴与钻柱分离。在用吊卡提升钻柱的过程中，
上提遇卡，下放遇阻时Байду номын сангаас很难接方钻杆循环。如使用顶部驱
顶部驱动钻井系统
动钻井装臵，很容易在任何位臵立即进行循环，大大减少了 卡钻等复杂情况。在下套管遇阻时，可迅速接上大小头，边 循环边旋转下放，通过遇阻井段。扭矩管及托架总成起扶正 作用，保证下套管作业中套管居中。顶部驱动钻井装臵内防
喷阀及其执行机构，在发现井涌时可立即执行井控动作，其
国外井眼轨迹自动闭环工具的发展
功，正在推广应用的一种顶部驱动钻井系统。它可以从井架 空间上部直接旋转钻柱，并沿井架内专用导轨向下送进，
顶部驱动钻井系统
完成钻柱旋转钻进、循环钻井液、接立根、上卸扣和倒划眼 等多种钻井操作，如图15所示。顶部驱动钻井系统主要由以 下三部分组成： (1).导向滑车总成
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。
采矿钻机自动化控制系统优化研究
1 采矿钻机自动化控制系统优化研究第一部分采矿钻机自动化控制系统概述 (2)第二部分控制系统优化研究背景与意义 (4)第三部分钻机自动化控制现状分析 (6)第四部分系统优化需求与目标设定 (8)第五部分控制系统硬件架构设计 (10)第六部分软件系统功能模块划分 (13)第七部分控制算法选型及优化方法 (15)第八部分实时数据采集与处理技术 (17)第九部分安全防护与故障诊断策略 (20)第十部分优化后系统性能评估与验证 (23)第一部分采矿钻机自动化控制系统概述采矿钻机自动化控制系统概述随着我国矿业的快速发展和对高效、安全、环保等要求不断提高，传统的人工操作方式已无法满足现代矿ft生产的需求。
在这种背景下，采矿钻机自动化控制系统的研发与应用显得尤为重要。
一、采矿钻机自动化控制系统的组成采矿钻机自动化控制系统通常由以下几个部分组成：1.钻进机构：负责钻孔作业的执行机构，如液压马达、减速器和钻杆驱动装置等。
2.控制单元：主要指PLC（可编程逻辑控制器）或DCS（分布式控制系统），用于采集和处理各种传感器数据，并通过通信接口向执行机构发送指令。
3.传感器系统：包括压力、位移、速度、温度等各种类型的传感器，用于监测钻机运行状态和环境参数。
4.操作界面：人机交互界面，供操作员监控钻机工作情况和进行远程操作。
二、采矿钻机自动化控制系统的功能1.自动化钻进：根据预设的钻孔路径和工艺参数，自动调整钻进方向和转速，实现精确钻孔。
2.实时监控：通过各类传感器实时采集钻机的工作参数和环境信息，为操作员提供及时、准确的数据支持。
3.安全保护：具备故障诊断和报警功能，当出现异常情况时，能够自动停止钻机运行，避免安全事故的发生。
4.远程操控：可通过网络实现远程操控，提高钻机的操作灵活性和工作效率。
三、采矿钻机自动化控制系统的优化研究针对当前采矿钻机自动化控制系统存在的问题和挑战，可以从以下几个方面进行优化研究：1.控制算法优化：针对不同地质条件下的钻探任务，开发适应性强、精度高的控制算法，以提升钻孔质量和效率。
(完整版)钻机八大系统组成及作用
钻机定义石油钻井的地面配套设备称为钻机，石油钻机是由多种机器设备组成的一套大功率重型联合工作机组。
钻机八大系统（1）起升系统组成：天车、游车、大钩、绞车、滚筒、钢丝绳以及吊环、吊卡、吊钳、卡瓦等井口工具。
作用：下放、悬吊或起升钻柱、套管柱和其它井下设备进、出井眼；起下钻、接单根和钻进时的钻压控制。
（2）旋转系统组成：转盘、水龙头、钻头、钻柱。
作用：保证在钻井液高压循环的情况下，给井下钻具提供足够的旋转扭矩和动力，以满足破岩钻进和井下其它要求。
（3）循环系统组成：泥浆泵、地面管汇、泥浆罐、泥浆净化设备。
其中地面管汇包括高压管汇、立管、水龙带，泥浆净化设备包括振动筛、除砂器、除泥器、离心机等。
作用：从井底清除岩屑；冷却钻头和润滑钻具。
泥浆泵号称钻机的“心脏”泥浆的循环流程：泥浆泵－地面高压管汇－立管－水龙带－水龙头－钻柱（方钻杆、钻杆、钻铤）－钻头－环形空间－地面排出管线－固控设备－泥浆池－泥浆泵起升系统、循环系统和旋转系统是钻机的三大工作机组（4）动力系统组成：柴油机、电动机。
作用：为整套机组（三大工作机组及其他辅助机组）提供能量。
（5）传动系统组成：联轴器、离合器、变速箱、皮带传动、链条传动等装置作用：把动力传递给泥浆泵、绞车和转盘（三大工作机）（6）控制系统组成：机械控制、气控制、电控制和液控制等。
作用：控制各系统、设备按工艺要求进行。
司钻通过钻机上司钻控制台可以完成几乎所有的钻机控制：如总离合器的离合；各动力机的并车；绞车、转盘和钻井泵的起、停；绞车的高低速控制等。
（7）钻机底座系统组成：钻台底座、机房底座。
作用：支撑和安装各钻井设备和工具，提供钻井操作场所，方便钻机设备的移运。
（8）辅助设备系统组成：供气设备、辅助发电设备、井口防喷设备、钻鼠洞设备及辅助起重设备等。
作用：协助主系统工作，保证钻井的安全和正常进行。
顶驱钻井系统
顶部驱动钻井系统1.顶部驱动钻井系统概述；1.1.顶部驱动钻井系统简介（图1）；顶部驱动钻井装置是当今石油钻井的前沿技术与装备，是近代钻井装备的三大技术成果（交直流变频电驱系统和井下钻头增压系统）之一。
20世纪末期，美国、法国、挪威等国家研制应用的一种新型的钻井系统。
现在已成为石油钻井行业的标准产品。
它适用性极广，从2000米到9000米的井深都可以使用顶部驱动钻井系统；从世界钻井机械的发展趋势上看，它符合21世纪钻井自动化的历史潮流。
现在，我国赴国外打井的队伍，如果没有安装该系统将不允许在投标竞争中中标，由此可见，顶部驱动钻井系统已经到了非用不可的地步。
所谓的顶驱，就是可以直接从井架空间上部直接旋转钻柱，并沿井架内专用导轨向下送进，完成钻柱旋转钻进，循环钻井液、接单根、上卸扣和倒划眼等多种钻井操作的钻井机械设备。
1.吊卡;2.吊环;3.转拒板手;4.花健上防喷阀;5.防喷阀启动器; 6.吊环倾料器; 7.吊环联接器; 8.限扭器; 9.旋转头; 10.钻井马达及传动箱总成; 11.水龙头;12.游车大钩; 13.导向机; 14.平衡液缸; 15.S形管; 16.马达滑车总成; 17.水龙带; 18.流体管束;19.主轴; 20.电缆束图11.2.顶部驱动装进系统的研制过程；钻井自动化进程推动了顶部驱动钻井法的诞生。
二十世纪初期，美国首先使用旋转钻井法获得成功，此种方法较顿钻方法是一种历史性的飞跃，据统计，美国有63%的石油井是用旋转法钻井打成的。
但在延续百多年的转盘钻井方式中，有两个突出的矛盾未能得到有效的解决：其一、起下钻时不能及时实现循环旋转的功能，遇上复杂地层或是岩屑沉淀，往往造成卡钻。
其二、方钻杆的长度限制了钻进的深度（每次只能接单根），降低了效率，增加了劳动的强度，降低了安全系数。
二十世纪七十年代，出现了动力水龙头，改革了驱动的方式，在相当的程度上改善了工人的操作条件，加快了钻井的速度以及同期出现的“铁钻工”装置、液气大钳等等，局部解决了钻杆位移、连接等问题，但远没有达到石油工人盼望的理想程度。
9000 m四单根立柱超深井钻机井架研制
9000 m四单根立柱超深井钻机井架研制张益;邵军;张友会;覃建【摘要】为满足塔里木山前地区深井和超深井钻井提速增效要求,研制了9000 m 四单根立柱钻机井架,该井架最大额定静钩载6750 kN,有效高度57.5 m,井架设计中充分考虑了4单根1立柱37.5 m钻柱的排放、起下钻作业要求,采用ANSYS软件对井架在各恶劣工况下的强度及稳定性进行了有限元分析,确保了井架安全可靠性.厂内最大额定静钩载试验和油田现场应用情况表明,井架达到了设计要求,满足了油田现场4单根1立柱钻井模式的需要.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2017(000)010【总页数】3页(P27-29)【关键词】四单根立柱钻机;井架设计;有限元分析【作者】张益;邵军;张友会;覃建【作者单位】西安石油大学,西安710065;宝鸡石油机械有限责任公司,陕西宝鸡721002;西安石油大学,西安710065;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【正文语种】中文【中图分类】TE923.029000 m四单根立柱超深井钻机是为满足塔里木山前区块钻井提速增效，建设西部大庆所研发的。
常规9000 m钻机均采用三单根立柱作业，所配井架只需要满足3单根28 m立柱作业需求，而9000 m四单根立柱钻机所配井架要求满足4单根3765 m立柱作业需求。
宝鸡石油机械有限责任公司于2012年为塔里木山前地区新研制了我国首套满足4单根立柱钻井作业的9000 m超深井钻机井架，替换现有常规9000 m钻机井架。
该井架的成功研制使得我国超深井钻机井架承载能力、尺寸规格达到了新的高度，填补了超深井钻机4单根立柱作业井架研制的空白。
目前在用常规9000 m钻机井架满足的是使用3节“Range 2”钻杆2865 m立柱的钻井作业模式，而四单根立柱钻机井架需要满足4节“Range 2”钻杆3765 m立柱的钻井作业模式，这就势必要求井架有效高度的增加，井架长度的增加会给井架的设计研制带来一系列新的技术难题。
钻机电控系统使用说明
钻机电控系统使用说明哇塞！同学们，今天我要给你们讲讲钻机电控系统，这可太神奇啦！你想啊，咱们平时见到的那些大大的钻机，轰隆隆地工作，全靠这个电控系统在背后帮忙呢！就好像我们的大脑指挥着我们的身体一样，电控系统就是钻机的“大脑”。
它能控制着钻机的各种动作和操作，厉害吧？比如说，当要让钻机启动的时候，电控系统就会发出指令，“嘿，伙计，开工啦！”然后各种零件就开始动起来。
要是需要调整钻孔的速度，它也能轻松搞定，“快点，再快点！”或者“慢一点，别着急！”还有哦，如果钻机工作的时候温度太高了，电控系统就像一个贴心的小管家，会赶紧发出警报，“哎呀，太热啦，要休息休息！”这就能防止机器因为过热而出问题。
再想象一下，要是没有这个电控系统，钻机不就像一个没头的苍蝇到处乱撞嘛？那可就糟糕啦！我给你们讲讲它具体是怎么操作的。
在操作面板上，有各种各样的按钮和指示灯。
那些按钮就像是一个个神奇的小魔法棒，按一下就能发挥不同的作用。
比如说，有一个大大的绿色按钮，一按下去，钻机就开始欢快地运转起来，“呼呼呼”，是不是很神奇？还有红色的按钮，那可是紧急停止的按钮，一旦遇到危险，赶紧按下去，“咔”，钻机就能立刻停下来。
操作的时候，一定要小心谨慎。
就像我们考试的时候要认真审题一样，可不能马虎。
要是不小心按错了按钮，那可就麻烦大啦！我之前就听说有个人，操作的时候粗心大意，结果把机器弄出了故障，哎呀，这得多耽误事儿啊！所以说，正确使用钻机电控系统是非常重要的。
只有我们认真对待，才能让钻机乖乖听话，为我们好好工作。
同学们，你们说是不是呀？我的观点就是：钻机电控系统真的超级重要，我们一定要好好学习怎么使用它，可不能随便乱来哟！。
钻机八大系统组成及作用
钻机八大系统组成及作用钻机是一种用于地质勘探、钻井、地下工程等领域的机械设备，由几个不同的系统组成。
下面将详细介绍钻机的八大系统及其作用。
1.勘探系统：勘探系统是钻机中最重要的系统之一、它包括了勘探测井仪和钻孔参数的测量设备。
勘探系统负责获取地下的地质信息，包括地层的结构、岩石类型、地下水位等信息。
这些信息对于钻井的设计和地下工程的规划至关重要。
2.钻塞系统：钻塞系统主要负责在钻井过程中安装和卸除钻头。
它由钻杆、连接器、钻铤等组成。
钻塞系统承担了传递动力和转矩的任务，使得钻头可以在地下不同层次之间进行钻削。
3.原动力系统：原动力系统是为钻机提供能量的系统。
它通常由柴油发动机组成，可以为钻机提供所需的动力。
原动力系统还包括传动装置和液压系统，用于向其他系统提供动力并控制钻机的运行。
4.钻杆系统：钻杆系统是连接钻塞系统和钻头的关键系统。
它由许多钻杆组成，可以根据需要进行延长或缩短。
钻杆系统需要具备足够的强度和刚度，以承受钻井过程中的巨大冲击和扭转力。
5.钻井液循环系统：钻井液循环系统用于冷却钻头，清除钻削废料，并维持井眼稳定。
它由钻井泵、循环池、搅拌器和过滤设备组成。
钻井液通过在井内循环，带走钻屑并维持钻井废料的浓度和粘度。
6.钻井控制系统：钻井控制系统用于控制钻井过程中的各项参数和条件。
它包括钻控设备、回转系统和各种传感器。
钻井控制系统可以监测钻井的速度、压力和温度等参数，以保持钻井的安全和有效。
7.井下仪器系统：井下仪器系统用于监测井下的地质和工程参数。
它由多个传感器、测量仪器和数据传输设备组成。
井下仪器系统可以实时监测井底的温度、压力、流速等参数，并将数据传输到地面供工程师进行分析和决策。
8.安全保护系统：安全保护系统是钻机中非常重要的一个系统。
它包括火灾报警器、紧急停止按钮、安全阀等设备，用于保护钻机和工作人员的安全。
安全保护系统可以自动监测钻机的运行状态，并在出现异常情况时进行报警和停机处理。
浅谈我国钻井设备现状和发展趋势
浅谈我国钻井设备现状和发展趋势主要概述了国内钻井设备及技术的发展历程，介绍了现阶段国内几种先进钻井设备和现代先进钻井技术。
同时对比了国外与国内目前阶段的先进技术。
从国内外钻井设备及技术的发展现状看，钻井设备正向技术先进化、智能化、人性化及自动化的方向转变，基于此对我国钻井设备的发展趋势给出了一些建议。
标签：钻井设备；对比：钻井技术；建议作為一种不可再生战略资源，创造性开采石油而非破坏性开采尤为重要，这就对石油机械提出了更高的技术要求。
钻井作业是一项投资巨大的风险性工程，钻井装备的优劣直接影响着钻井速度、钻井经济效益和钻井安全。
我们简单了解一下国内钻井设备的发展。
1 我国钻井设备的发展历程位于四川省自贡市的兴海井是世界上第一口千米井。
1833年该井开钻，1835年完钻至井深1001.42米。
由于当时的技术条件等因素所限，该井主要依靠“人工掘井”钻得。
19世纪中叶，我国近代石油工业萌芽，经过了多年的艰苦历程。
1939年，四川巴县石油沟巴1井钻成，井深1402米。
这是我国第一口用旋转钻机钻成的井。
1955年以后，随着新中国第一个大油田——克拉玛依油田被发现，中国的石油机械工业开始逐步发展。
1953年开始，上海一些厂家开始专门生产石油机械配件，逐步形成了上海石油机械生产基地。
到八十年代初，东北地区部分厂也先后投入石油机械的生产，形成了又一个石油装备基地。
至此，油田所用3200米以下石油钻机、固井压裂设备、采油（气）井口装置、石油钻头等技术装备及工具、配件，国内生产厂家可提供绝大部分，国产化率达到90%。
当前，国内已具备生产1000-9000米系列成套钻机的能力，有代表性的生产厂家是南阳石油机械厂和江汉第四石油机械厂。
一些主要钻采设备，如成套钻机、修井机、井口装置、固井压裂设备等基本接近国外水平。
简单介绍四种国内先进钻井装备：1.1 钻机我国石油行业目前已形成机械、直流、交流变频、复合驱四大钻机系列，具备钻机装备研发、制造和服务一体化能力。
9000m海洋钻井模块方案分析
9000m海洋钻井模块方案分析狄丽莉;张鹏;韩冰;高永杰;祝国彬【摘要】The CP-300 jack-up rig is equipped with ZJ90/6750DB offshore drilling module.The o-verall design scheme of the drilling module is introduced in this paper.In JC90DB drawworks,sin-gle shaft and single gear transmission scheme are adopted for reaching the requirement of big power,small size and light weight.Aiming at operation condition and load,SESAM software is a-dopt to analyze the stress distribution of drill floor.Weight control is realized by using high strength plates.SACS software is adopt to analyze the force and displacement of derrick for achie-ving the strength and stability requirement;hoisting method for derrick is also proposed.%CP-300自升式钻井平台配备了 ZJ90／6750DB 海洋钻井模块。
介绍了该钻井模块的总体设计方案。
为了达到功率大、尺寸小、质量轻的要求，JC90DB 型绞车采用单轴单级齿轮传动方案。
针对作业工况和载荷，采用SESAM 软件分析了钻台的应力分布，采用高强度板材，实现结构质量控制目标，通过试验得到了 D550高强度板材焊接的工艺程序。
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9000米钻机自动化控制系统简介
为整个钻井平台电气系统提供整体解决方案.
工程介绍
本公司为马来西亚GT901项目提供配套9000米钻机电控系统, GT901平台变频电驱动钻机系统由配电部分、变频传动部分、自动化与现场总线部分、动力变压器与辅助设备配电系统（MCC）、自动送钻部分、UPS电源、应急发电机控制部分等环节构成，系统装置分别安装在VFD房、司钻房、变压器房等平台场所。
电驱动钻机系统电源取自1550KW的CA T 3512B柴油发电机组660V电网，辅助发电机组经过变压器降压，分别得到400V、230V电网，分别为钻井设备、辅助用电设备、钻区照明、固控照明、生活区照明等提供电源。
600V电网负荷有绞车、1~3#泥浆泵、和非独立转盘驱动的变频控制装置（10套），600V/400V 顶驱电源，和抑制谐波的动态有源滤波器等设备；
400V电网负荷有自动送钻变频控制装置、与钻井设备相关的辅助用电设备（MCC）等。
整个项目VFD柜、应急发电柜、MCC柜、自动送钻柜、PLC柜、有源滤波器柜、UPS柜等组成一套完整的自动化控制系统。
一、项目特点
1. 控制系统具有完善的自诊断和报警功能，能帮助操作者快速判断系统故障或误操作引起的错误；
2. 系统具有较强的抗干扰能力，并且PLC系统采用冗余设计，增强系统的可靠性和稳定性，充分考虑了高寒、潮湿等各种恶劣工况；
3. 系统实现了无级调速，具有较强的过载能力，能满足特殊工况下的低速运转要求；
4. 系统设计制造严格遵守了CCS相关规范，API标准和其他相关标准，并通过了CCS的检验；
5. 系统布局合理，操作简单、可靠，维护方便；
6. 满足并符合HSE的要求。
二、系统组成
1. GT901 VFD电控房设备
（1）绞车、转盘驱动系统（VFD）
（2）有源滤波器（APF）
（3）中压和低压开关柜
（4）制动单元柜和PLC控制柜
2. GT901 DSM电控房设备
（1）低压开关柜
（2）PLC控制柜
（3）马达控制中心（MCC）
3. GT901 DES电控房设备
（1）自动送钻（ABF）
（2）马达控制中心（MCC）
（3）PLC控制柜
4. GT901 EME电控房设备
（1）马达控制中心（MCC）
（2）UPS电源柜
5. GT901 应急发电机房设备
（1）应急发电柜
（2）综合显示柜
6. GT901司钻台设备
（1）触摸屏
（2）司钻台
7. GT901司钻台设备
（1）司泵台
三、系统功能
1.绞车工作时能实现无级变速，具有良好的启动性能。
2.转盘能实现无级变速调节，能反转、有扭矩限定功能。
3.钻台触摸屏拥有司钻台所有功能，能够在触摸屏上实现钻井操作。
4.电源总功率达到负载限定后能限定加载功能。
5.主断路器有欠电压脱扣功能，跳闸故障记录，谐波分析功能。
6.配有自动送钻柜，能够实现恒压和恒速两种送钻模式。
7. PLC系统采用冗余设计，系统安全可靠。
系统详细方案
一、中压和低压配电系统
1. 采用ABB真空断路器和施耐德高性能空气断路器
2. 采用ABB馈线和电动机保护继电器
3. 采用ABB多功能保护和开关控制装置
4. 采用施耐德高性能MT空气断路器
5. 具有欠压、过压、欠频、过频、过功率、逆功率、接地及短路等保护功能
6. 具有远程控制及显示保护功能。
二、电传动控制系统
1. 采用西门子6SE71变频调速柜
2. 通过系统总线网络实现通讯
3. 绞车电机具有悬停功能
4. 双电机同步采用SIMOLINK光纤通信
6. 绞车电机能够在有编码器和无编码器两种模式下工作
三、应急发电机控制系统
1. 采用施耐德智能型主断路器
2. WOODW ARD 230A电子调速器
3. DECS-100电压调节器
4. WOODW ARD SPM-D11电源管理器
5. 自动准同期并网功能
6. 有功及无功功率自动均衡分配
7. 具有欠压、过压、欠频、过频、过功率、逆功率、接地及短路等保护功能
7. 具有远程控制及显示保护功能
8. 配有综合显示柜，能够实时监视柴油机和发电机各项参数，并设有各项报警和保护功能
四、综合逻辑及网络监控系统
1. 钻机控制系统以西门子高性能PLC为控制核心，并通过现场总线控制技术（PROFIBUS-DP）构成系统网络，实现驱动、智能远程司钻台、MCC柜、HMI等设备的
高速通讯，上位监控实时监控各系统的运行状态并提供系统故障诊断。
2. 控制系统由S7-300（CPU315-2DP）、ET200M、6SE71构成，上位监测系统是触摸屏
3. 具有网络自诊断功能，从站丢失不停机。
四、电源系统
1. 驱动柜主母排电源：600V，50HZ MCC柜主母排电源：400V，50HZ
2. 电源系统可以分为正常供电，大平台应急供电两路和自备应急发电机，并且配有UPS电源，PLC柜由UPS供电。
3. 电源系统配有有源滤波器，能够动态滤除电网中的谐波。
五、MCC（马达控制中心）
1. 模块化技术，灵活多变，经济可靠。
2. 水平母线统一布置在柜体上方，与器件隔室分开，方便柜体之间连接，母线额定电流可至7400A。
3. 采用断路器技术的进线柜，结构紧凑，安全可靠。
4. 进线可以上进线或下进线。
5. 开关柜可以单面安装，也可以背靠背安装
6. 柜间走线使用填料涵
六、司钻台
1. 司钻台是各驱动装置启停控制装置，设有电气系统报警、状态指示、电流指示等。
2. 手柄用于绞车上升和下降，提高起钻效率。
3. 司钻触摸屏可以独立完成钻井操作，操作方便、安全、可靠。
4. 可以精确显示游车高度，并与刹车控制系统连锁，避免“上碰下砸”事故出现。
5. 能够实现自动送钻操作，设有恒压和恒速两种模式，能够适应各种地质条件，既提高了钻井质量，也降低了司钻劳动强度。
6. 司钻触摸屏可以独立完成钻井操作，操作方便、安全、可靠。