摘 要：隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展與進步，科學(xué)技術(shù)的不斷改革與創(chuàng)新，鉆探行業(yè)發(fā)展得到了質(zhì)的飛躍。鉆進過程監(jiān)測與控制硬件系統(tǒng)作為現(xiàn)代鉆掘作業(yè)過程的重中之重，是一個必不可缺的關(guān)鍵部分，直接關(guān)系到鉆進工作的質(zhì)量和效率。因此，要想實現(xiàn)鉆探工業(yè)的科學(xué)化、自動化以及數(shù)字化的發(fā)展，就必須加強對鉆進過程監(jiān)測與控制方法的研究分析，不斷提高鉆井水平，有效降低相關(guān)工作人員的任務(wù)量，達到事半功倍的良好效果。文章將進一步對鉆進過程監(jiān)測與控制硬件系統(tǒng)研究與應(yīng)用展開分析與探討。

關(guān)鍵詞：鉆進過程監(jiān)測；控制硬件系統(tǒng)；實踐應(yīng)用

引言

當(dāng)前是一個科學(xué)技術(shù)時代，鉆探行業(yè)發(fā)展要與時俱進，跟上時代前進的腳步。鉆進過程監(jiān)測與控制硬件系統(tǒng)作為工作人員在鉆井過程進行科學(xué)分析決策的重要工具，它可以有效全面反映出鉆井的實際情況，讓鉆井技術(shù)人員充分掌握了解到各項鉆井信息數(shù)據(jù)，從而保障鉆井的安全可靠性和高效性。因此，現(xiàn)代計算機技術(shù)與通訊技術(shù)輔助下，鉆進工程企業(yè)要加大對鉆進過程檢查與控制硬件系統(tǒng)的研究分析，實現(xiàn)傳統(tǒng)系統(tǒng)的創(chuàng)新轉(zhuǎn)變，逐漸轉(zhuǎn)換為數(shù)字化、智能化以及網(wǎng)絡(luò)化的系統(tǒng)，大大提高鉆井的工作效率和質(zhì)量，在最低成本下創(chuàng)造出最大的經(jīng)濟效益和社會效益。

1 鉆進參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)的主要內(nèi)容

1.1 過程監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理

過程監(jiān)控系統(tǒng)又被稱為測試系統(tǒng)，它通過利用計算機去實現(xiàn)對鉆進過程的檢測目的，獲取相關(guān)的測量數(shù)據(jù)。

過程監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理是在獲取到相關(guān)參數(shù)后，在傳感器的作用下實現(xiàn)將參數(shù)轉(zhuǎn)換成模擬信號，通過模擬輸入通道進行信號的調(diào)理和數(shù)據(jù)的采集，再有效轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式經(jīng)過計算機處理，儲存到相對應(yīng)的存儲器當(dāng)中，這樣有利于之后工作人員的數(shù)據(jù)提出和分析。為了保障對測量過程的實時監(jiān)測[1]，在模擬輸出通道輔助下，能夠有效將處理后的數(shù)據(jù)以模擬信號的方式顯示在模擬顯示器上，工作人員能夠隨時隨刻觀察到相關(guān)數(shù)據(jù)。此外，一旦測量過程的參數(shù)超過標(biāo)準(zhǔn)限度時，計算機會自動發(fā)出報警信號。

1.2 系統(tǒng)傳感器的主要類型和選用原則

當(dāng)前市場傳感器的種類多種多樣，根據(jù)測量對象的不同，大致可以分為以下幾種類型：（1）熱工量的測量傳感器，包括了常見的壓力傳感器、液位傳感器以及流速傳感器等；（2）機械量的測量傳感

器，包括了應(yīng)力傳感器、加速度傳感器、力矩以及位移等；（3）物理化學(xué)量的測量傳感器，包括了濕度傳感器、化學(xué)成分傳感器以及氣體或者液體密度等。

工作人員在選擇傳感器上，要綜合考慮到各種問題因素，例如傳感器的占用體積是否滿足被測區(qū)域的相關(guān)要求、安裝方式?jīng)Q定是采取非接觸式還是接觸式、傳感器的成本價格以及根據(jù)信號的引出方式選擇是無線還是有限測量等。在全面考慮到上述問題后，工作人員才能去關(guān)注到傳感器的其他選用因素，比如傳感器的靈敏度、頻率響應(yīng)特性以及線性范圍等，這些都是傳感器重要選擇標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 鉆進參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)

鉆進參數(shù)指的是在鉆進過程中表征鉆進特性的多種與鉆進過程相關(guān)的化學(xué)和物理參數(shù)，參數(shù)的獲得有利于工作人員進行科學(xué)的分析決策，有針對性的選用鉆井方式。當(dāng)前市場的鉆進參數(shù)系統(tǒng)能夠保證在同一時間段對幾十種數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，這些參數(shù)主要涵蓋了鉆壓、泵壓、泵量、鉆速以及大鉤負荷等，所有參數(shù)的分析有利于工作人員總結(jié)發(fā)現(xiàn)鉆進過程的整體發(fā)展規(guī)律特征，從而進行合理的優(yōu)化調(diào)整，改進完善鉆進方式，達到安全高效的鉆井目的，在最低成本下創(chuàng)造出最大的收益[2]。

2 控制硬件系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計

2.1 鉆壓控制

步進電動機作為一種廣泛應(yīng)用的電動機，它通過利用電脈沖進行控制，并且有效將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的線位移或者角位移。只要保持在非超載的狀況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置完全取決于脈沖數(shù)和脈沖信號的實際頻率，不會受到負載變化的影響。工作人員只需要往步進電動機內(nèi)有效輸入一個電脈沖，就能夠使其前進一步，最后輸出的角位移會與輸入的脈沖數(shù)成正比例關(guān)系，轉(zhuǎn)速也會與脈沖頻率成正比例關(guān)系。在鉆壓控制系統(tǒng)中，步進電動機與計算機之間存在著密切關(guān)系，在計算機技術(shù)輔助下，步進電動機能夠有效驅(qū)動調(diào)壓閥開啟壓力的大小，從而控制鉆機液壓系統(tǒng)的壓力，實現(xiàn)最終的控制鉆壓的目標(biāo)。

2.2 轉(zhuǎn)速控制

三相異步電動機作為被普遍應(yīng)用的異步電動機，其轉(zhuǎn)速公式為：

三相異步電動機存在多種調(diào)速方法，主要包括了以下幾種類型：（1）通過改變旋轉(zhuǎn)磁通勢同步轉(zhuǎn)速進行調(diào)速，包括去改變供電電源頻率f1、改變定子繞組極對數(shù)P等方式；（2）改變轉(zhuǎn)差率S進行調(diào)速，包括去降低電源電壓、繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻等方法。通過應(yīng)用變頻調(diào)速系統(tǒng)去控制鉆機的轉(zhuǎn)速是完全可行的，通過將變頻器與計算機建立安全聯(lián)系，利用計算機向變頻器發(fā)布控制信號，然后改變輸送給三相異步電機的頻率，這樣就可以有效改變它的轉(zhuǎn)速，從而有效實現(xiàn)控制鉆機轉(zhuǎn)速的目的。

3 鉆進監(jiān)測與控制系統(tǒng)的實踐應(yīng)用

當(dāng)工作人員將各個系統(tǒng)傳感器準(zhǔn)確安裝完畢后，連接好所有信號，就能夠進行現(xiàn)場的鉆井試驗。比如進行鉆機空轉(zhuǎn)、不下鉆桿的試驗，在鉆進過程中可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)開啟后，頻率脈沖信號能夠及時讀取數(shù)據(jù)，然而模擬信號通道卻無法穩(wěn)定作業(yè)。并且系統(tǒng)受到外界信號的嚴重干擾，信號不穩(wěn)定。工作人員根據(jù)問題原因分析得出，針對此現(xiàn)象要采取多元化的信號抗干擾模式，要合理的縮短信號線的長度，把信號線穿過細鋼管等，這樣可以有效避免外界環(huán)境因素對信號的干擾；當(dāng)進行擴孔鉆進作業(yè)時，在上述應(yīng)對措施采取后，發(fā)現(xiàn)輸出信號較為穩(wěn)定，根據(jù)信號實際輸出情況，分析得出軟件部分需要得到優(yōu)化調(diào)整[3]。

4 結(jié)束語

綜上所述，社會的發(fā)展離不開各項能源的開發(fā)利用，現(xiàn)代鉆進技術(shù)的創(chuàng)新優(yōu)化已經(jīng)成為了人類社會可持續(xù)發(fā)展急需解決的問題。因此，鉆探行業(yè)必須加強計算機技術(shù)、通訊技術(shù)以及電子技術(shù)與鉆井作業(yè)的結(jié)合，有效開發(fā)出完善的智能化、數(shù)字化以及集成化的鉆進過程監(jiān)測與控制硬件系統(tǒng)，不斷提高鉆井的安全穩(wěn)定性和高效性，為社會帶來更多的現(xiàn)實價值，推動國民經(jīng)濟穩(wěn)定持續(xù)的發(fā)展。

參考文獻

[1]王果，劉剛，賈國玉，等.鉆井試驗裝置鉆壓伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真[J].石油機械，2012，34（6）：50-53.

[2]郭李艷，何萍，李美蓮. 一種應(yīng)用 TMS320F2812 和編碼器測量電機轉(zhuǎn)速的方法[J].桂林航天工業(yè)高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2014，3：13-15.

[3]Heisig G，Sancho J， Macpherson J D.Down hole diagnosis of drilling dynamics data provides new level drilling process[J].2013，5（2）：38-39.

作者簡介：劉宇譯（1986-），男，漢族，江蘇鹽城人，本科，西安石油大學(xué)，研究方向：機械制造及其自動化。