一種深水鉆井平臺鉆井設備智能化操作系統(tǒng)探討

時培正魏慶彩李楊

（1．中海油田服務股份有限公司鉆井事業(yè)部，河北三河065201）

（2．中石化勝利油田分公司石油工程技術研究院，山東東營257000）

一種深水鉆井平臺鉆井設備智能化操作系統(tǒng)探討

時培正1魏慶彩2李楊1

（1．中海油田服務股份有限公司鉆井事業(yè)部，河北三河065201）

（2．中石化勝利油田分公司石油工程技術研究院，山東東營257000）

本文簡單介紹了鉆井設備智能化操作原理、組成和智能防碰系統(tǒng)（SZMS），通過海洋石油981與南海五號鐵鉆工井口對鉆桿上扣操作程序的比較，說明了智能化操作的優(yōu)越性以及對操作人員提出的高要求。

智能化；鉆井設備；傳感器；PLC；超級鐵鉆工

1 鉆井設備智能化操作原理

鉆井設備智能化操作其實就是由傳感器把鉆井設備作業(yè)狀況信號通過線路傳遞給WAGO模塊，WAGO模塊又把信號傳遞給超級計算機，超級計算機又把信號傳遞到智能操作椅，顯示給操作者，而操作者根據(jù)這些信號從智能操作椅發(fā)出相關指令，操作椅把指令傳遞給超級計算機，超級計算機再把指令傳遞給WAGO模塊，WAGO模塊把指令通過線路傳遞給執(zhí)行者，使執(zhí)行者按操作者的意圖動作，從而使鉆井設備產(chǎn)生相應的動作。

以智能操作超級鐵鉆工為例：傳感器（AD）把超級鐵鉆工的工況信號經(jīng)過線路和兩個接線盒傳遞到本地儀表間的WAGO模塊，WAGO模塊又把信號傳遞到本地儀表間的超級計算機，超級計算機把信號傳遞到智能操作椅（IOC），從而反饋給操作者，操作者根據(jù)這些信號從智能操作椅發(fā)出指令，智能操作椅把指令傳遞到本地儀表間的超級計算機，超級計算機把指令傳遞到本地儀表間的WAGO模塊，WAGO模塊通過線路和兩個接線盒把指令傳遞給執(zhí)行者，使這些閥門按操作者的意圖開關，從而使超級鐵鉆工執(zhí)行指令，實現(xiàn)了對超級鐵鉆工的智能化操作。

2 鉆井設備智能化操作的必需組成

2.1 傳感器

鉆井設備常用的傳感器以下幾種：接近開關--就是一個能夠不通過物理接觸而發(fā)現(xiàn)附近的物體的傳感器；距離傳感器--探測傳感器到物體的距離，傳感器測量聲波返回到傳感器產(chǎn)生共鳴之前的時間；氣缸/長度測量--線性電位計給出一個模擬輸入信號；溫度測量--通過熱敏電阻把溫度轉化成電流；壓力測量--壓力傳送器把一個物理壓力轉換成電流；載荷測量--載荷元件是砝碼，把重量轉化成4到20毫安的電流。重量越重，電流越大；絕對脈沖編碼器/軸間角編碼器--儲存位置,測量位置；增量式編碼器/軸端編碼器--不儲存位置，測量速度.。

2.2 線路

就是傳輸信號的線路，實際上就是電線。

2.3 接線盒

當線路比較長，或者線路管要轉角時，在線路的接頭部位就采用接線盒作為過渡用，線路管與接線盒連接，線管里面的線路在接線盒中連起來，起到保護線路和連接電線的作用。

2.4 WAGO模塊

就是一個將從傳感器得到的“語言”轉化成超級計算機“語言”或將超級計算機“語言”轉化成執(zhí)行者“語言”的編譯器。

2.5 超級計算機

是智能化系統(tǒng)的核心，是整個系統(tǒng)的“大腦”，實際上就是可編程控制器（PLC）。PLC實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。

2.6 智能操作椅

是超級計算機的輸入端，通過觸摸屏、操縱桿、鼠標和鍵盤等輸入操作者的指令。

2.7 執(zhí)行者

接受指令后動作，從而使鉆井設備動作。例如：超級鐵鉆工液壓管線的閥門，在接受到WAGO給予的不同信號（電壓）將會產(chǎn)生不同的流通液路（如圖2），從而使超級鐵鉆工產(chǎn)生不同的動作。

3 智能防碰系統(tǒng)

智能防碰系統(tǒng)簡稱SZMS，就是設計鉆井設備智能化解決方案中的安全要求，該系統(tǒng)可以防止鉆井設備碰撞以及由此造成的人員傷害等，其工作原理有虛擬箱感應防碰和互鎖防碰兩種。所謂虛擬箱感應防碰撞就是說，SZMS控制的所有設備都被分別且完全包含在各個虛擬箱中，該虛擬箱會隨著設備的移動或改變形狀而發(fā)生改變，如果兩個設備靠近時，它們的虛擬箱會相互感應為防止碰撞而使設備減速，甚至停止設備；而互鎖防碰就是SZMS中相關設備會有互鎖功能，如：當?shù)蹩圩°@桿，且鐵鉆工鉗牙夾緊鉆桿時，SZMS將禁止起車。

4 智能化操作與傳統(tǒng)操作比較

以海洋石油981和南海五號井口鐵鉆工上扣操作為例進行比較：

（1）智能化操作的準備工作要比傳統(tǒng)操作的復雜；

（2）由于操作界面的復雜性，智能化操作要求操作者具有一定的英語水平，而傳統(tǒng)操作沒有此要求；

（3）在操作過程中，傳統(tǒng)操作需要步步都操作，而智能化操作只需要手指動三下，大大減少了勞動量；

（4）智能化操作與傳統(tǒng)操作相比，實現(xiàn)作業(yè)人員遠離設備操作區(qū)域，大大降低了工作人員受到意外傷害的風險，更加安全；

（5）智能化操作的步驟大大減少，從而大大減少了作業(yè)時間，提高作業(yè)時效。

5 結語

（1）鉆井設備智能化：由傳感器把鉆井設備作業(yè)狀況信號通過線路傳遞給WAGO模塊，WAGO模塊又把信號傳遞給超級計算機，超級計算機又把信號傳遞到智能操作椅，顯示給操作者，而操作者根據(jù)這些信號從智能操作椅發(fā)出相關指令，操作椅把指令傳遞給超級計算機，超級計算機再把指令傳遞給WA?GO模塊，WAGO模塊把指令通過線路傳遞給執(zhí)行者，使執(zhí)行者按操作者的意圖動作，從而使鉆井設備產(chǎn)生相應的動作；

（2）鉆井設備智能化操作的必須組成：鉆井設備、傳感器、線路、接線盒、本地儀表間的WAGO模塊和超及計算機、智能操作椅和操作者八個部分；

（3）與傳統(tǒng)操作相比，智能操作具有以下特點：（1）大大減少勞動量；（2）更加安全；（3）提高作業(yè)時效；（4）準備工作復雜；（5）要求操作者具有一定的英語水平。

[1]SIMATIC培訓中心，SIMATIC.STEP7V5.4編程使用手冊[M]，西門子股份有限公司，2006，43-49.

時培正(1985-)，男，中級職稱，從事海洋石油鉆井技術工作。