自动送钻技术的现状与展望

时间：2024-04-23

赖正友

南兴装备股份有限公司

自动送钻技术的现状与展望

赖正友

南兴装备股份有限公司

研究自动送钻技术可以提升机械钻杆速率与井身质量，减少钻头部件的磨损与井下事故的发生，以此保障钻机的可持续发展。自动送钻技术的硬件机构，包括有信号检测变送单元、控制单元、变频器及执行机构单元、上位机监控单元，通过阐述交流变频技术在钻机中的应用，最后提出盘式刹车自动送钻与系统智能钻井装置将成为自动送钻装置的首要发展方向。

钻机；自动送钻；交流变频；智能钻机

1.自动送钻的基本原理

所谓的自动送钻，即保持钻头对钻井底的钻头压力稳定，同时需要系统控制钻机主滚筒的刹车部件，以此使钻头纵向送进井底。融合计算机控制技术，倘若联系井底钻压与主滚筒刹车部件，以此直接或者间接促使钻头纵向自动控制，便可以保障钻头自动送钻。自动送钻技术的基础便是以钻头端头出死结绳锚来感知系统负载，即在钻头端口可以感知到系统载荷，以此与输入钻压值进行数据参考，数据随之流向系统中央服务器，集成出自动送钻决策。中央服务器端口可以控制主滚筒刹车部件，依照输出数据调节游车大钩纵向与钻杆回转运动，以此实现系统自动送钻。

2.自动送钻技术的硬件构成

系统自动送钻技术硬件框架包括有信号检测变送单元、控制单元、变频器及执行机构单元与上位机监控单元，以系统中央服务器控制子单元不断协调，以此促使系统数据的处理与自动送钻决策的集成，以下为自动送钻技术框架。

图1

2.1 信号检测变送单元

信号检测变送单元即为钻压数据输送系统，包括有指重钻压、钻具扭矩、钻井泵泵压、钻具转速与钻杆游车传感变送器。系统控制部件交互协调，以此促进数据信号的监测变送，同时，对系统输出信号而言，指重钻压、钻具扭矩、钻井泵泵压以4—20mA为标准，而钻具转速、钻杆游车传感变送器则以0或者5V电平信号为标准。

2.2 控制单元

系统控制单元即为系统控制服务器端口，属于系统整体核心部件。以控制单元端口的控制器来采集或者演示钻机数据信息，并且在中央服务器中进行数据信息的处理，以此集成出控制钻机决策。

2.3 变频器及执行机构单元

变频器及执行机构单元即为进行系统电流信号的变流，系统微机以4—20mA的电流信号输出，信号数据传递至变频器端口，此时系统控制输出电压为0—600V,输出频率为0—200Hz的电流信号，以此对钻机绞车主电动机进行调速，而主电动机连接钻杆，根据需要输出信号来控制钻井速度。除此之外，执行机构单元中数字编码器在主电动机输出信号后，反馈脉冲信号至系统速度控制端口，脉冲信号随之参与钻杆控制。

2.4 上位机监控单元

上位机监控单元即为对系统送钻的监测，属于自动送钻系统的关键部件。为保障系统送钻的可靠性，监测系统可谓是至关重要，所以说在单元配置上要求较高，硬件基本配置包括有CPU奔腾处理器、256M内存、40G以上固态硬盘；软件基本配置包括有Window s98、Window s2000、监控辅助软件。上位机操作系统负责显示保持钻机稳定所需要的系统参数，并且对钻机进行数据记录、数据设置、资料查询与打印等。

3.交流变频电驱动钻机中的自动送钻系统

随着自动送钻技术的不断发展，系统随之逐渐延伸，包括有盘式刹车自动送钻系统、蜗轮蜗杆自动送钻系统、液压缸自动送钻系统。研究自动送钻技术，促进钻机部件不断发展，以此保障钻机市场的可持续发展。课题以交流变频电动钻机为例，着重研究交流变频技术框架。1990年，交流变频电动钻机的兴起代表着世界钻机技术的革新，90年代后期，中国钻井研究部门以交流变频调速技术融合到石油钻采中，尤其为电驱动钻机，在当时颇受青睐。以交流变频取代机械与直流钻机，融合交流变频调速技术，促使钻机工艺不断提升，简化系统机械框架，保障系统后期维护保养工作，以此提升系统可靠性、稳定性与移运性。交流变频电动钻机在绞车部件上，有着质量轻巧、维护便捷的优势，并且送钻调速范围宽，可以直接无级调速，以低速扭矩恒定输出，以此促进钻机的数控自动，保障钻井效率与钻机工艺的提升。交流变频电动钻机系统控制准确，操控简单，使钻机工艺摆脱传统体力劳动，着重于钻井操控技巧与数据参考。

4.自动钻井技术展望

伴随着电动钻机、喷射柴油发动机与换挡液力变速箱的普及，可以随时检查或者管控钻机的系统部件，以此维持系统部件扭矩与钻杆速度。以严苛的比例控制技术来对刹车部件、电动机部件、绞车控制部件、转盘与钻井泵进行控制，促使钻机以标准、科学的工艺参数进行自动钻井，所以说需要研究部门不断实验工艺参数，以此寻找系统最优控制参数。随着自动钻井技术的不断拓展，融合顶部驱动钻井部件、MWD与LWD等，钻井技术不久便可以脱离人工调试，以系统智能展现出来。未来钻井技术的研究发展着眼于盘式刹车自动送钻与系统智能钻井，所以说需要深入研究盘式刹车、铁钻工，以此促使钻井技术不断发展，从而提升钻井效率，保障钻井安全。