淺談石油鉆機上現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用

張德森

[摘要]以石油鉆機上的現(xiàn)場總線技術(shù)為研究對象，對相關(guān)問題進行分析闡述。主要介紹石油鉆機的發(fā)展趨勢：探討與石油鉆機現(xiàn)場總線技術(shù)相關(guān)的問題。希望研究能夠給相關(guān)領(lǐng)域的研究帶來指導(dǎo)和幫助。

[關(guān)鍵詞]石油鉆機現(xiàn)場總線技術(shù)

中圖分類號：TE9文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1671—7597(2009)0620122－01

一、電驅(qū)動鉆機是鉆機發(fā)展的總體趨勢

當(dāng)前石油鉆機驅(qū)動系統(tǒng)主要有機械驅(qū)動、液壓驅(qū)動和電驅(qū)動三種形式。其中電驅(qū)動鉆機是以柴油發(fā)電機組發(fā)出交流電，通過調(diào)速裝置處理后，分別拖動絞車、泥漿泵、轉(zhuǎn)盤或頂部驅(qū)動裝置的驅(qū)動電機進行作業(yè)。

電驅(qū)動鉆機與機械鉆機相比具有以下優(yōu)越性：

1傳動環(huán)節(jié)少，傳動效率高：

2平均機械鉆速高；

3使鉆井設(shè)備的布置和排列具有極大的靈活性；

4電機傳動平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速和扭矩可以進行精確控制，對處理鉆井事故有利；

5操作簡單，運行可靠，維護量少，鉆井時效高，機修停工率低。

電驅(qū)動鉆機用直接對電機調(diào)速代替機械鉆機的換檔機構(gòu)，減少了傳動環(huán)節(jié)，提高了效率。這樣電驅(qū)動鉆機采用兩檔或是一檔絞車就可以完成機械鉆機至少四檔絞車完成的作業(yè)，所以鉆機的結(jié)構(gòu)更加緊湊、合理，可以十分方便的進行布置和安裝，而維護費用卻大大減少。最重要的是電傳動不但可以十分方便的控制轉(zhuǎn)速和扭矩，還可以輸出短時過載扭矩來滿足處理事故的需要。而這些功能通過手感舒適的按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、電位器手輪等元器件就可實現(xiàn)，若與計算機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合起來就可以實現(xiàn)鉆井的自動化控制。

由于電驅(qū)動鉆機具有機械驅(qū)動鉆機無法比擬的優(yōu)越性，使它成為鉆機發(fā)展的總體和必然的趨勢。從用戶及市場的需求出發(fā)，發(fā)展電驅(qū)動鉆機勢在必行。電驅(qū)動發(fā)展上，電驅(qū)動鉆機的機械部分立足于國內(nèi)生產(chǎn)制造，而電氣控制系統(tǒng)的主要核心器件由于國內(nèi)電子、電器產(chǎn)品的發(fā)展相對滯后，所以在短期內(nèi)還會以進口的方式解決。但隨著國內(nèi)電子產(chǎn)品質(zhì)量的提高，國產(chǎn)產(chǎn)品取代進口產(chǎn)品的日子并不遙遠(yuǎn)了。

二、鉆機上全數(shù)字交流調(diào)速系統(tǒng)使通訊采用總線技術(shù)成必然

石油鉆機是勘探開發(fā)石油資源的重要設(shè)備，最初我國的石油鉆機電傳動系統(tǒng)主要依賴進口，近幾年來，隨著技術(shù)水平的進步，國產(chǎn)電傳動系統(tǒng)逐漸開始占領(lǐng)市場，但主要還是SCR，朋(晶閘管直流電動機)的直流調(diào)速系統(tǒng)為主，效率低，操作復(fù)雜，一些操作控制功能靠繼電器來實現(xiàn)?，F(xiàn)場調(diào)試工作量大，正常使用時的維護工作量相應(yīng)也很大。

伴隨著電力半導(dǎo)體器件以及交流電動機速度控制的不斷完善，在最近的二十年時間內(nèi)，以各種電力半導(dǎo)體器件構(gòu)成的變頻器已經(jīng)發(fā)展了好幾代，使當(dāng)今高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)在技術(shù)水平上已經(jīng)趕超了直流調(diào)速系統(tǒng)。動態(tài)性能好、功率因數(shù)高、效率高、諧波小、維護簡單等特點使變頻器驅(qū)動的交流電機調(diào)速系統(tǒng)正在逐步取代著包括直流電動機調(diào)速系統(tǒng)在內(nèi)的各種調(diào)速系統(tǒng)。顯示出交流調(diào)速系統(tǒng)本身的優(yōu)越性和巨大的社會效益。

因此以可靠性作為前提，盡量采用先進的技術(shù)，進行合理的技術(shù)設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計的交流全數(shù)字電傳動系統(tǒng)就成為鉆機電控系統(tǒng)的首選?，F(xiàn)場總線和數(shù)字化司鉆臺的應(yīng)用，使系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備間的連線，尤其是控制房與司鉆臺間的連線大大減少，減少了故障點，而且增強了系統(tǒng)的抗干擾性。在系統(tǒng)設(shè)計上，傳動部分采用變頻柜切換的方式，即當(dāng)絞車／轉(zhuǎn)盤變頻柜出現(xiàn)故障后，可以通過接觸器切換，用泵變頻柜來驅(qū)動絞車／轉(zhuǎn)盤。系統(tǒng)操作采用正常和應(yīng)急兩種操作方式，正常情況下采用觸摸操作屏，由PLC通過總線通訊的方式完成邏輯操作控制；當(dāng)PLC或總線網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，由應(yīng)急司鉆臺，通過繼電器來完成邏輯操作控制。所以當(dāng)出現(xiàn)故障后，可通過迅速切換減少停機時間，大大提高系統(tǒng)的可靠性。

三、在石油鉆機上的應(yīng)用理場總線PROFIBUS技術(shù)

現(xiàn)場總線技術(shù)(Filed bus Control SystemFCS)是將自動化最底層的現(xiàn)場控制器和現(xiàn)場智能儀表設(shè)備互連的實時控制通訊網(wǎng)絡(luò)，遵循ISO的OSI開放系統(tǒng)互連參考模型的全部或部分通訊協(xié)議。FCS則是用開放的現(xiàn)場總線控制通訊網(wǎng)絡(luò)，將自動化最底層的現(xiàn)場控制器和現(xiàn)場智能儀表設(shè)備互連的實時網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。FCS各控制器節(jié)點下放分散到現(xiàn)場，構(gòu)成一種徹底的分布式控制體系結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)任意，可為總線形、星形、環(huán)形等·通訊介質(zhì)不受限制，可用雙絞線、電力線、無線、紅外線等各種形式。FCS形成的Intrenet控制網(wǎng)很容易與Intranet企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)和Internet全球信息網(wǎng)互連，構(gòu)成一個完整的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)三級體系結(jié)構(gòu)。

眾所周知，鉆井工程技術(shù)是由鉆井工藝技術(shù)和鉆井裝備技術(shù)兩個缺一不可的部分組成：工藝和裝備相互依賴與相互促進的辯證統(tǒng)一關(guān)系，是鉆井工程整體技術(shù)不斷進步的基礎(chǔ)。為實現(xiàn)安全、高效、低成本鉆井，現(xiàn)代石油鉆機在上世紀(jì)晚期推廣應(yīng)用頂部驅(qū)動、盤式剎車和自動送鉆等新技術(shù)以來，正朝數(shù)字化、信息化、自動化、智能化、大型化以及機電液數(shù)字通訊一體化方向發(fā)展，DBS系列數(shù)控變頻電動鉆機正是在這種形式下應(yīng)運而生的·DBS鉆機集成應(yīng)用現(xiàn)代先進成熟的交流變頻、矢量控制、總線通訊、數(shù)字可編程序控制和計算機技術(shù)，建立起數(shù)字化、信息化、智能化平臺，使鉆機主要功能實現(xiàn)全數(shù)字控制，并為以后建立鉆井工程數(shù)據(jù)庫和遠(yuǎn)程鉆井支持系統(tǒng)，實現(xiàn)智能優(yōu)化鉆井創(chuàng)造了條件。

DBS鉆機現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如果和局域網(wǎng)和利用衛(wèi)星或Internet網(wǎng)的遠(yuǎn)傳系統(tǒng)結(jié)合起來構(gòu)成三層的系統(tǒng)，再與遠(yuǎn)程控制中心的辦公自動化系統(tǒng)結(jié)合起來，通過安裝相應(yīng)的應(yīng)用軟件，就能夠構(gòu)成遠(yuǎn)程鉆井系統(tǒng)?？刂浦行牡娜藛T既可從該系統(tǒng)中獲取各種資料，包括井的資料、鉆機的資料及其它鉆井工程所需的完整、系統(tǒng)資料，并可生成各種分析數(shù)據(jù)、圖表和完井的最終報告。以上資料經(jīng)過一定積累，就形成一套完整的鉆井工程數(shù)據(jù)庫。該庫對于新井設(shè)計、最優(yōu)化鉆井、處理鉆井復(fù)雜問題、成本估算以及減耗增效等，都具有十分重要的作用。對于分布在全球各地的鉆井設(shè)備維護目前面臨的諸多問題，通過鉆井設(shè)備維護管理系統(tǒng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)，遠(yuǎn)程維護設(shè)備運行參數(shù)，運行狀態(tài)信息收集與管理，維護及維護調(diào)度工作的信息化和網(wǎng)絡(luò)化，從而達(dá)到降低企業(yè)設(shè)備維護成本，增強鉆機現(xiàn)場與總部的互動，產(chǎn)生系統(tǒng)科學(xué)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，提供專家級技術(shù)評估的目的，并最終大幅度提高企業(yè)的管理質(zhì)量，降低售后服務(wù)的成本，并轉(zhuǎn)化為市場優(yōu)勢，實現(xiàn)企業(yè)市場規(guī)模的高效率和低成本的擴張。