顏菁菁（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300451）

新型海洋模塊化鉆機(jī)鉆井電控系統(tǒng)的技術(shù)分析

顏菁菁（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300451）

近年來社會經(jīng)濟(jì)和各個領(lǐng)域的工程技術(shù)都在不斷地進(jìn)步，而隨著世界對能源需求的加強(qiáng)和對海洋的進(jìn)一步開發(fā)，海洋模塊有不少新的技術(shù)發(fā)展，目前鉆機(jī)鉆井電控系統(tǒng)已經(jīng)成為了新型海洋模塊化的一項(xiàng)重要熱門新技術(shù)，同時鉆井支持平臺輔助海上石油鉆井作用也成為了當(dāng)前的新配置方式。本文將分析新型海洋模塊化背景下鉆井電控系統(tǒng)技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢等問題。

鉆井電控系統(tǒng)；鉆井支持平臺；海洋石油；技術(shù)分析

對當(dāng)前社會發(fā)展情況來說，一個國家的資源開發(fā)情況影響的不僅僅是這個國家本身的硬實(shí)力、國際地位、國際影響力和全球能源類產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)率等，還影響了人民物質(zhì)生活水平、環(huán)境污染情況、可持續(xù)社會發(fā)展問題、能源消耗類經(jīng)濟(jì)發(fā)展與擴(kuò)展情況等，而目前在海洋石油開發(fā)上的鉆井支持平臺可以有效提高資源開發(fā)率，還能在實(shí)際操作中能視線技術(shù)人員遠(yuǎn)程操控功能，以及減少建造及運(yùn)作的成本，對于海洋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、能源的開發(fā)、經(jīng)濟(jì)的推動等都有極其重要的作用。

1 從鉆井電控系統(tǒng)技術(shù)概要和發(fā)展背景看其研究的必要性

目前在海洋石油開采平臺實(shí)施的鉆井電控系統(tǒng)的核心技術(shù)為交流變頻驅(qū)動技術(shù)，其要點(diǎn)就是操作人員通過對變頻器的控制來實(shí)現(xiàn)對鉆機(jī)鉆井電控系統(tǒng)下設(shè)備的控制，也就是對鉆井控制系統(tǒng)輸入相關(guān)的一些指令來調(diào)節(jié)電動機(jī)的電壓、頻率等數(shù)值來驅(qū)動功能實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到石油開采作業(yè)所要求的目標(biāo)。近些年在鉆井電控系統(tǒng)的控制功能、通訊功能、保護(hù)功能等方面都有一定的改善和更新，但總的而言鉆井電控技術(shù)仍舊存在不足，所以仍需要相關(guān)研究人員繼續(xù)努力。

就社會發(fā)展背景而言，在海洋平臺的鉆井電控技術(shù)也有其研究發(fā)展的迫切需求：隨著可持續(xù)發(fā)展理念國際范圍內(nèi)的普及、普通石油氣逐漸短缺的現(xiàn)狀和環(huán)境友好需求與環(huán)境污染矛盾的日益加劇等問題的出現(xiàn)，所有國家都迫切地需要新的能源，且需求量不小，所以在當(dāng)前的國際共同大環(huán)境發(fā)展開采海洋石油的相關(guān)技術(shù)顯得尤其重要。發(fā)展相關(guān)技術(shù)提高海洋石油開采量既能夠迎合各國的經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展需求，也能夠?yàn)槟茉垂?jié)約、減少環(huán)境污染等提供一定的幫助，因此當(dāng)前有其研究發(fā)展的必要性。

2 鉆井電控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀--主要設(shè)備情況簡析

鉆井電控系統(tǒng)有幾個主要設(shè)備對海洋石油開采作用有重要的推動支持作用，其功能各有相似和優(yōu)秀之處，只要根據(jù)不同系統(tǒng)不同特點(diǎn)進(jìn)行合理、科學(xué)化的配置，就能有效地輔助海洋模塊化的發(fā)展，促進(jìn)海洋平臺石油開采量的提升。

2.1 絞車電控系統(tǒng)

絞車電控系統(tǒng)在海洋石油開采鉆井支持平臺上部分的應(yīng)用是：鉆井絞車及其PLC主控制器一般在鉆井模塊中發(fā)揮作用，而絞車的變頻器單元會安裝在鉆井支持平臺的機(jī)艙中與其他裝置共同發(fā)揮作用，此外還有一些通訊、控制上的運(yùn)用。

絞車電控系統(tǒng)在它整個發(fā)展進(jìn)程中有過好幾種系統(tǒng)形式，經(jīng)歷了不少改進(jìn)才有目前的系統(tǒng)情況：最初的絞車電控系統(tǒng)沒有良好的控制功能，存在有安全隱患、占用空間較大、傳動效率低、維護(hù)成本高、過載能力差等一系列問題。而在研究人員不懈的努力下，現(xiàn)有的絞車電控系統(tǒng)的確實(shí)現(xiàn)了調(diào)速精度高范圍廣、雙線制有效控制與保護(hù)、操作簡便又有良好節(jié)能效果等優(yōu)點(diǎn)。除此外還有很多優(yōu)良的功能：一是鉆井控制PLC可以通過光纖、網(wǎng)線連接司鉆房觸摸屏實(shí)現(xiàn)對絞車電動機(jī)的遠(yuǎn)程控制；二是鉆井絞車一般會配置2臺主電動機(jī)，而兩者之間使用的是主從控制模式，也就是變頻器結(jié)合電動機(jī)編碼器等根據(jù)采集解碼后得到的信息對主電動機(jī)做閉環(huán)矢量控制；三是當(dāng)絞車運(yùn)作中使用雙電動機(jī)驅(qū)動模式時，鉆井PLC會對兩個電動機(jī)的變頻器進(jìn)行綜合控制來平衡兩者的數(shù)據(jù)水平，使得雙電動機(jī)最終能夠穩(wěn)定地運(yùn)行。諸如此類的技術(shù)改進(jìn)無疑提高了工作效率。

2.2 泥漿泵電控系統(tǒng)

泥漿泵電控系統(tǒng)主要運(yùn)用在鉆井支持平臺的機(jī)艙上，它的情況大致是：用大約3臺泥漿泵為鉆井模塊提供鉆井液、通過一臺鉆井PLC實(shí)現(xiàn)對它的獨(dú)立邏輯控制，還可以通過鉆井PLC接受司泵臺操作信號實(shí)現(xiàn)泥漿泵的本地控制，同時它也可以通過司鉆房的觸摸屏對其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。此外，泥漿泵上一般還安裝了各種傳感器和壓力開關(guān)，幫助其控制系統(tǒng)順利運(yùn)行泥漿泵主電動機(jī)及其附屬的風(fēng)機(jī)、潤滑油泵電動機(jī)、灌注泵電動機(jī)等。

2.3 頂驅(qū)電控系統(tǒng)

頂驅(qū)電控系統(tǒng)設(shè)備配備了獨(dú)立的PLC控制機(jī)柜以及變頻器控制單元，也是多使用與鉆井支持平臺機(jī)艙中，總的來看其控制功能和通訊功能都與絞車電控系統(tǒng)比較相似，就是與泥漿泵電控系統(tǒng)也有部分相似之處，但頂驅(qū)電控系統(tǒng)也有自己的特點(diǎn)。頂驅(qū)電控系統(tǒng)使用的不是傳統(tǒng)的PLC控制而是軟PLC技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)跨越了傳統(tǒng)的限制，實(shí)現(xiàn)了將相關(guān)工作數(shù)據(jù)上傳網(wǎng)絡(luò)，方便工作人員通過網(wǎng)絡(luò)上的信息實(shí)時了解工作情況，并能及時對工作采取相關(guān)行動如排除現(xiàn)場故障事件、在合適的時間提供保養(yǎng)維護(hù)等。

2.4 鉆井液態(tài)控系統(tǒng)設(shè)備電控系統(tǒng)

鉆井液態(tài)控系統(tǒng)設(shè)備電控系統(tǒng)的一大特點(diǎn)是它能在使用中與其他鉆井設(shè)備相互合作，有效推進(jìn)鉆井開采作業(yè)的運(yùn)作，尤其是當(dāng)鉆井模塊中固控區(qū)域配置了本地的啟動器有利于遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)和良好運(yùn)作時。該系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制模式比前幾個系統(tǒng)的應(yīng)用要更復(fù)雜和多樣一些：側(cè)中控系統(tǒng)PLC輸入信號控制該系統(tǒng)的本地啟動器，而中央控制系統(tǒng)與位于固控區(qū)域的閥門控制箱進(jìn)行連接來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制；或者是鉆井PLC或者中央控制柜PLC可以通過司鉆房觸摸屏，跟絞車電控系統(tǒng)、泥漿泵電控系統(tǒng)類似地進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

3 鉆井電控系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢

3.1 智能化發(fā)展

近些年來智能化的發(fā)展越來越受到社會的矚目，也有了不少強(qiáng)大的產(chǎn)品被創(chuàng)造出來甚至上市，由此可知智能化相關(guān)技術(shù)在國內(nèi)國外都有一定的發(fā)展，也越來越廣地運(yùn)用在各式各樣的行業(yè)中，像是手機(jī)APP、汽車駕駛領(lǐng)域都有智能化技術(shù)的大范圍應(yīng)用。在鉆井電控系統(tǒng)中添加智能化技術(shù)，核心問題就是結(jié)合智能化技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)后的優(yōu)點(diǎn)是智能化的鉆井電控設(shè)備可以根據(jù)石油開采作業(yè)實(shí)時情況自動完成任務(wù)（任務(wù)可以是階段性的，便于智能檢測作業(yè)完成水平），如果加入智能自我診斷功能，那就能有效地在加快工作速率的同時減少了人工失誤如操作不當(dāng)?shù)葐栴}?？傊?，智能化鉆井電控技術(shù)的一大要點(diǎn)是盡可能跳過中間的人工操作環(huán)節(jié)，加快設(shè)備的工作速率的同時一方面能精準(zhǔn)地獲取作業(yè)過程中所獲得的數(shù)據(jù)，一方面控制端能快而準(zhǔn)確地根據(jù)運(yùn)作數(shù)據(jù)發(fā)出準(zhǔn)確的執(zhí)行信號來整體控制工作進(jìn)程。也就是通過智能化技術(shù)的添加減少工作錯誤并提高精確度，從而擴(kuò)大同一時間量內(nèi)的開采量，滿足世界的能源需求。

3.2 網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展

生活在信息時代，網(wǎng)絡(luò)無處不在，因此網(wǎng)絡(luò)在各行各業(yè)的運(yùn)用也越來越多，尤其是實(shí)踐證明網(wǎng)絡(luò)化有利于簡化工作流程提高工作效率、縮減工作成本增加產(chǎn)品價值和節(jié)約工作時間和資源等，對產(chǎn)業(yè)或者技術(shù)的發(fā)展都有十分重要的推動作用。目前要網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展鉆井電控技術(shù)，主要有兩種方式，一種是通過網(wǎng)絡(luò)連接起鉆井電控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)控制功能的各項(xiàng)部件，節(jié)省中間的信息傳輸環(huán)節(jié)，甚至還可以通過各部件的連接來分析并調(diào)配出能最高效工作的相配合組合，起到提高效率節(jié)約資源消耗等作用；另一種是共享鉆井過程的資源，方便操作人員隨時觀測開采過程的數(shù)據(jù)，確保工作順利進(jìn)行，并適時地施加一定的調(diào)控等。總之，網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展鉆井電控系統(tǒng)有利于高效的遠(yuǎn)程控制和無人化操作發(fā)展，這種發(fā)展既符合了時代潮流的發(fā)展趨勢，又有助于上述智能化的技術(shù)發(fā)展，也即實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)技術(shù)在鉆井電控系統(tǒng)中的結(jié)合，最終推動產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。需要注意的是保證所運(yùn)作網(wǎng)絡(luò)的安全，網(wǎng)絡(luò)的安全關(guān)系到開采數(shù)據(jù)的安全和整個開采過程的作業(yè)精確情況。

3.3 開放化發(fā)展

鉆井電控技術(shù)的開放化發(fā)展指得是提高電控系統(tǒng)的操作性、移植性、拓展性和互換性等，也就是使得鉆井電控系統(tǒng)能夠更好地適應(yīng)不止一個操作平臺，在對控制系統(tǒng)部件進(jìn)行連接的基礎(chǔ)上。即使在不同的平臺、系統(tǒng)中都可以相互運(yùn)行并操作。這一發(fā)展的要點(diǎn)仍舊是提高鉆井電控系統(tǒng)的工作效率，同時提高它的可操作性，降低操作難度來提高工作質(zhì)量，以及方便工作人員對該系統(tǒng)的生產(chǎn)管理和運(yùn)作，讓其更好地滿足生產(chǎn)者的需求。

4 結(jié)語

技術(shù)的發(fā)展永無止境，尤其的那些對社會、經(jīng)濟(jì)等發(fā)展有重要貢獻(xiàn)、作用的技術(shù)，由本文的闡述可知，海洋模塊化開發(fā)發(fā)展背景下，鉆井電控系統(tǒng)的研究有其重要性和必要性，而由于近些年研究人員的不斷努力，鉆井電控系統(tǒng)在控制技術(shù)、控制裝置上都有了不錯的成績和具體成品，但在海洋石油開采中技術(shù)的具體運(yùn)用上可知當(dāng)前的鉆井電控技術(shù)仍舊存在一些不足之處，因此，本文提出了一些鉆井電控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，以智能化、網(wǎng)絡(luò)化、開放化發(fā)展為方向，期望研究者可以在將來研制出更能符合社會需求的相關(guān)技術(shù)。

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［2］栗慧燕，熊寧香.試論鉆井平臺電控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2014，（17）.