張超 （中海石油 （中國(guó)）有限公司天津分公司生產(chǎn)部，天津300452）

由于受條件和成本的制約，海洋油氣開采的井位只能采取多井位叢式布置。為提高作業(yè)效率，要求海洋模塊鉆機(jī)、修井機(jī)等作業(yè)裝備在不拆裝的狀態(tài)下能快捷、安全的整體移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在任意井位的作業(yè)。以固定平臺(tái)模式進(jìn)行油氣開采作業(yè)的裝備，在鉆井、修井作業(yè)時(shí)變換作業(yè)井位是通過海洋模塊鉆機(jī)、修井機(jī)上下底座的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。底座的移動(dòng)雖然有滾動(dòng)和滑動(dòng)兩種，但推動(dòng)方式都為左右液壓油缸分別推動(dòng)，而且上下底座移動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)和推動(dòng)方式都基本一致。為保證上下底座移動(dòng)時(shí)的安全和效率，左右液壓油缸伸縮的同步至關(guān)重要。左右液壓油缸伸縮的同步精度、作業(yè)的安全性、操作及相關(guān)人員數(shù)量、對(duì)操作人員的熟練程度要求、作業(yè)時(shí)的心理壓力等都與同步方式和控制系統(tǒng)的選擇有關(guān)。同步控制系統(tǒng)按照控制的基本理論進(jìn)行劃分，可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)兩類。系統(tǒng)自己不能依靠左右液壓油缸伸縮的同步結(jié)果對(duì)左右液壓油缸伸縮的同步進(jìn)行自動(dòng)隨時(shí)修正的控制系統(tǒng)通稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)自己能檢測(cè)左右液壓油缸伸縮的同步狀態(tài)并以此為依據(jù)自動(dòng)對(duì)左右液壓油缸的同步進(jìn)行隨時(shí)修正的控制系統(tǒng)通稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)由于系統(tǒng)具體構(gòu)成不同，在安全性、性能、操作、效率、系統(tǒng)成本等方面都有很大的差別。

1 常用的開環(huán)控制系統(tǒng)

我國(guó)海洋模塊鉆機(jī)、修井機(jī)上下底座移動(dòng)常用的液壓控制系統(tǒng)都為開環(huán)控制系統(tǒng)，都需要其他人員對(duì)底座移動(dòng)的同步狀態(tài)進(jìn)行觀察與測(cè)量，指揮操作人員對(duì)底座移動(dòng)進(jìn)行控制和對(duì)左右油缸的伸縮進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)底座移動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)左右油缸的同步，現(xiàn)有的液壓系統(tǒng)也采用液壓同步元件組成液壓同步控制系統(tǒng)，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)同步控制?，F(xiàn)有的液壓同步系統(tǒng)主要有兩種，一種是采用分流集流閥也叫同步閥，它利用2個(gè)初始狀態(tài)下具有一定大小比例的節(jié)流口將進(jìn)口流量按比例分配，同時(shí)通過載荷壓力反饋的原理來補(bǔ)償因載荷壓力變化而引起的流量變化，它只控制流量按比例分配，不控制流量大小。分流集流閥的主要特點(diǎn)是壓力損失大，不適用低壓系統(tǒng)。在理想工作條件下的同步精度約為5%左右，另外流量的變化范圍也會(huì)影響同步精度的穩(wěn)定性。另一種是使用同步馬達(dá)，同步馬達(dá)是用2個(gè)等排量的液壓馬達(dá)同軸連接，從而保證其輸出流量相同，在理想工作條件下同步馬達(dá)的同步精度約為2%左右，其自身精度主要受2個(gè)馬達(dá)制造精度的影響。

依靠液壓同步閥或液壓同步馬達(dá)組成的普通純液壓同步系統(tǒng)，在移動(dòng)距離短、精度要求低、中小負(fù)載或載荷平衡、左右導(dǎo)軌阻力基本相等、安全風(fēng)險(xiǎn)低的應(yīng)用場(chǎng)合，完全能滿足使用要求。當(dāng)需要進(jìn)行長(zhǎng)距離的移動(dòng)控制時(shí)，由于本身同步精度低，液壓管線布置差異大，尤其是在大載荷和兩邊載荷不平衡時(shí)，誤差和積累誤差加大。由于液壓系統(tǒng)自己沒有對(duì)同步的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，更沒有利用實(shí)際結(jié)果對(duì)控制進(jìn)行自動(dòng)修正，在諸多不利因素的影響下，同步控制效果往往很差，必須依靠人為觀察與指揮，通過特殊操作來進(jìn)行底座移動(dòng)。

2 先進(jìn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)

國(guó)外先進(jìn)的海洋模塊鉆機(jī)、修井機(jī)上下底座移動(dòng)常用的液壓控制系統(tǒng)都為電控液閉環(huán)控制系統(tǒng)，有些甚至實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制。應(yīng)用普通的電控液閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行底座移動(dòng)作業(yè)時(shí)，基本上只需要一個(gè)人進(jìn)行全部操作，而且安全、輕松、方便、快捷。應(yīng)用全自動(dòng)的電控液閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行底座移動(dòng)作業(yè)，則只需要設(shè)置目標(biāo)位等參數(shù)，控制系統(tǒng)就能自動(dòng)的將上下底座移動(dòng)到目標(biāo)位置。

電控液閉環(huán)控制系統(tǒng)是利用各種傳感器對(duì)各種工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，由控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與對(duì)工作狀態(tài)進(jìn)行安全分析后，根據(jù)工況要求和作業(yè)流程，對(duì)執(zhí)行器件實(shí)施有效控制。由于采取電控液方式，操作系統(tǒng)與控制系統(tǒng)分開安裝，從而保證操作系統(tǒng)輕便、小巧，可在安全位置手持操作。

左右油缸伸縮閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本原理就是將左右油缸人為的分為主動(dòng)油缸和跟隨油缸，操作人員控制主動(dòng)油缸的伸縮量與伸縮速度，控制系統(tǒng)對(duì)主動(dòng)油缸的伸縮量與伸縮速度進(jìn)行檢測(cè)，然后自動(dòng)控制跟隨油缸的伸縮量與伸縮速度，使其保持與主動(dòng)油缸的伸縮量和伸縮速度一致。針對(duì)上下底座移動(dòng)部件的特殊結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)還必須對(duì)油缸插銷板的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)油缸的正確和自動(dòng)的往復(fù)伸縮。為了安全和自動(dòng)控制的需要，系統(tǒng)必須對(duì)油缸的實(shí)際油壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以保證對(duì)作業(yè)狀態(tài)進(jìn)行綜合安全分析。

3 開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)分析

開環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是組成簡(jiǎn)單，相對(duì)成本較低，系統(tǒng)自身可靠性高。缺點(diǎn)是使用時(shí)必須要其他人員協(xié)助進(jìn)行同步狀態(tài)觀察，操作人員根據(jù)觀察結(jié)果對(duì)左右驅(qū)動(dòng)進(jìn)行單獨(dú)控制。完全靠人的視覺進(jìn)行同步判斷，存在很大的安全風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)榫嚯x移動(dòng)體太遠(yuǎn)時(shí)觀察的不太準(zhǔn)確，距離移動(dòng)體太近又不安全，也不符合操作規(guī)范。另外，當(dāng)控制系統(tǒng)閥件出現(xiàn)故障加上操作人員疏忽時(shí)，則存在更大的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，采用普通純液壓同步系統(tǒng)，必須要其他人員協(xié)助觀察，操作人員謹(jǐn)慎、緩慢地操作，而且必須有人工作在危險(xiǎn)區(qū)，才能基本保證完成移動(dòng)作業(yè)。同時(shí)，當(dāng)導(dǎo)軌出現(xiàn)變形、嚴(yán)重銹蝕時(shí)，必須先對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行維修與維護(hù)，否則不能進(jìn)行有效作業(yè)。

電控液閉環(huán)控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)是組成相對(duì)復(fù)雜，相對(duì)成本也較高，由于系統(tǒng)自身相對(duì)復(fù)雜，出現(xiàn)故障的概率增加。優(yōu)點(diǎn)一是作業(yè)時(shí)的安全性非常高，因?yàn)橐簤合到y(tǒng)和控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障對(duì)安全性幾乎沒有影響，在出現(xiàn)事關(guān)安全的故障時(shí)，控制系統(tǒng)的安全分析程序和安全控制程序會(huì)保證系統(tǒng)的安全。比如伸縮控制原則為同步伸縮，液壓系統(tǒng)任何造成不同步的故障都會(huì)得到有效控制。電控系統(tǒng)在開機(jī)時(shí)首先進(jìn)行自檢，判斷傳感器是否正常；在作業(yè)時(shí)，傳感器和控制器出現(xiàn)任何非正常變化，系統(tǒng)的故障分析子系統(tǒng)都會(huì)作出相應(yīng)的安全控制和報(bào)警。從人身安全來說，作業(yè)人員利用遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)，可在安全區(qū)域?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程操作，可有效避免特殊事故狀況下的人身傷害事故。優(yōu)點(diǎn)二是效率高，操作簡(jiǎn)單，尤其是帶自動(dòng)控制功能的系統(tǒng)，幾乎不需要操作人員的操作技巧，系統(tǒng)對(duì)作業(yè)極限參數(shù)進(jìn)行了限制，所以，除場(chǎng)地、作業(yè)條件限制外的其他安全風(fēng)險(xiǎn)非常小。優(yōu)點(diǎn)三是對(duì)導(dǎo)軌、偏載等的要求大大降低，出現(xiàn)導(dǎo)軌不平、導(dǎo)軌摩擦阻力嚴(yán)重不同、左右載荷嚴(yán)重偏載等情況，系統(tǒng)都能保證正常、安全的作業(yè)?？刂葡到y(tǒng)的防爆與防腐技術(shù)屬通用技術(shù)，可得到有效保證。

4 結(jié)論

綜合以上分析，海洋模塊鉆機(jī)、修井機(jī)上下底座移動(dòng)采用電控液閉環(huán)控制系統(tǒng)具有很高的性能價(jià)格比，系統(tǒng)成本增加大約在10萬元左右，但帶來的安全、效率確更有價(jià)值，尤其是對(duì)導(dǎo)軌變形后，只要不十分嚴(yán)重，使用電控液閉環(huán)控制系統(tǒng)完全能正常作業(yè)，在這方面可大大降低平臺(tái)維修與維護(hù)費(fèi)用。

采用先進(jìn)的控制技術(shù)，既是裝備制造與改造的發(fā)展方向，也是提高效率、降低作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、減少作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)、降低作業(yè)成本的有效方法。利用電控液閉環(huán)控制系統(tǒng)代替現(xiàn)有的開環(huán)控制系統(tǒng)，將給企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。