石油钻机绞车永磁直驱电机智能送钻控制研究
张炳义;刘凯;陈亚千;冯桂宏;刘家荣;李超
【摘要】With respect to the features of petroleum rig winch automatic drilling system’s multiple variables,large time delay and difficult to establish mathematical model,the unstable problem of the drilling pressure’s control is analyzed.An intelligent fuzzy control method is proposed for winch automatic drilling system.The novel winch system’s design scheme based on Permanent Magnet Direct-drive Motor (PMDM)is designed.For testing the operation performance of the PMDM,the experiment is executed on it under low speed with load.According the design scheme,the intelligent automatic drilling system is founded.The combination of fuzzy logic and Programmable Logic Controller (PLC)is applied to automatic drilling system.An implementa-tion method of intelligent fuzzy control algorithm based on PLC is presented.The results confirm that the novel winch PMDM can guarantee the stable operation of automatic drilling system.The automatic drilling system with application of intelligent fuzzy control algorithm performs well at drilling pressure’s control.%针对石油钻机绞车自动送钻系统具有多变量、大时滞和难以建立数学模型等特点，分析送钻系统钻压控制不稳定的问题。将智能模糊控制算法应用到绞车自动送钻系统中，提出了基于永磁直驱电机绞车的新型自动送钻系统结构的设计方案，并对永磁直驱电机进行现场试验，验证其送钻时低速带载能力。根据设计方案完成智能控制自动送钻系统的搭建，并将模糊理论与可编程逻辑控制器相结合应用到送钻系统中，给出智能模糊控制算法及基于可编程逻辑控制器的实现方法。结果
表明：新型绞车永磁直驱电机能够为自动送钻系统的稳定运行提供保障；应用智能模糊控制算法能够克服传统算法下送钻钻压波动大的问题；智能控制送钻系统钻压控制效果良好。
【期刊名称】《石油矿场机械》
【年(卷),期】2016(000)001
【总页数】5页(P1-5)
【关键词】绞车;永磁直驱电机;智能控制;自动送钻
【作者】张炳义;刘凯;陈亚千;冯桂宏;刘家荣;李超
【作者单位】沈阳工业大学电气工程学院，沈阳 110870;沈阳工业大学电气工程学院，沈阳 110870;沈阳工业大学电气工程学院，沈阳 110870;沈阳工业大学电气工程学院，沈阳 110870;北京探矿工程研究所，北京 100083;北京探矿工程研究所，北京 100083
【正文语种】中文
【中图分类】TE928
21世纪以来，全球油气勘探难度越来越大，勘探对象日益复杂［1］。为提高钻井速度及钻井的综合效益，开发了一种新型控制系统——自动送钻系统［2-3］，该系统中自动送钻技术是整个系统的核心。随着勘探开采业的快速发展，钻机对自动送钻的控制要求变得更高。但是，传统控制算法面对多变量、大时滞和非线性的自动送钻系统时所整定的参数适应性很差，导致钻压波动较大，自动送钻控制效果不理想。
为了提高自动送钻系统的控制性能，实现科学钻井，国内外学者对钻机自动送钻展
开了深入的研究。文献［4］论述了自动送钻钻进过程中钻压、转速与钻速、钻头磨损的关系，指出自动送钻系统具有时滞和高度非线性的特点。文献［5-6］论述了基于异步电机、减速箱与液压工作钳组成传统绞车系统的自动送钻技术。基于传统绞车系统的自动送钻约占我国钻机的90%～95%，系统具有组成庞杂、传动效
率较低、日常维护工作量大、设备成本高等特点。文献［7-8］提出将PID控制算法应用到自动送钻控制中，其能按设定的钻压自动钻井，减轻司钻工的劳动强度。但是，受地层的软硬程度改变、泥浆水力参数的变化和钻头磨损等因素影响，绞车钻机送钻系统是变参数的非线性系统，致使传统PID算法在建立数学模型非常困难，系统钻压控制效果较差。
鉴于传统算法在处理多变量、时变和非线性的送钻系统时难以建立数学模型的难题，利用智能控制中的模糊控制算法不需要建立准确数学模型的优势［9-10］，将智
能模糊算法应用到自动送钻系统中。笔者完成了基于永磁直驱电机的新型绞车自动送钻系统的设计，验证了永磁直驱电机低速送钻稳定输出转矩的能力［11］；给
出了基于PLC的模糊控制算法的实现方法，完成了自动送钻系统的建模和仿真，
验证永磁直驱电机能够为自动送钻系统稳定运行提供保障，应用智能模糊控制算法的送钻系统对钻压控制效果良好。
新型钻机绞车自动送钻系统如图1。数据采集监控系统主要负责自动送钻钻压的显示、记录和系统的常规外设；智能控制单元是整个自动送钻的核心，担负着自动送钻钻压稳定控制的重任；变频器单元控制绞车的提送钻工作，其内含的制动斩波器和制动电阻用来消耗绞车下放时产生的电能；紧急制动单元主要负责当送钻系统出现不正常运行时紧急制动绞车，避免事故发生。司钻工可根据实时钻井的要求设定不同的钻压，系统通过死绳拉力传感器和钻压传送系统将钻压值反馈到智能控制单元。智能控制单元的输出信号控制绞车永磁直驱电机实际的送钻速度，进而控制送钻钻压。
绞车低频带载运行时，能否稳定地输出转矩是自动送钻系统稳定运行的先决条件和保障。传统绞车包含异步电机、减速箱和工作钳，送钻系统庞大，传动复杂，造成前期制造成本和后期检修维护成本高，且增加了系统的故障率。当负载率小于50%时，异步电机运行效率与功率因数大幅下降，在用电的进线端必须加功率补偿装置以保证电网的品质因数。PMDM转子上无感应电流，不存在转子损耗，只此一项可提高电机效率4%～50%。由于转子上无感应电流，其功率因数几乎为1，不需要再安装功率补偿装置。本文设计完成了PMDM对滚筒进行直驱的新型绞车驱动系统，利用PMDM的直驱特性省去了庞大的减速装置和工作钳。PMDM的额定
参数如表1所示。
为了验证绞车PMDM的低速带载能力，对PMDM进行了试验，钻机现场试验如图2所示。试验时通过V A C On变频器设置PMDM的运行频率为0.01 H z，该值也是变频器的最小分辨率。监测绞车电机在该频率下运行时电机输出电流的曲线如图3所示。PMDM的输出电流在30～60 s时稳定在140.1 A，电机输出电流
平滑稳定。试验结果表明：基于PMDM的绞车系统省去庞杂的减速箱和复杂的液压机构，实现对钻具的直驱，提升了绞车送钻的控制精度。PMDM低频带载运行稳定，证明基于PMDM的绞车系统能够为自动送钻稳定运行提供保障。
模糊控制器输入量为钻压的误差e和误差变化率ec。控制器的输入信号经过PLC
模糊化、模糊决策和解模糊运算后输出频率指令u，其经过O P T-C3板卡被传送给变频器，变频器根据输入信号自动控制钻具的下放速度进而控制钻压。钻压误差e、误差变化率ec和输出量u的隶属函数如表2所示。
模糊论域量化为｛－6、－5、－4、－3、－2、－1、0、1、2、3、4、5、6｝，确定钻压误差e、误差变化率ec和输出控制量u的语言值为N B（负大）、N S （负小）、ZE（零）、PS（正小）、PB（正大）。控制器采用模糊条件语句表示为“if E＝A and EC＝B than U＝C”的形式。该模糊关系的算法为R（e，ec，u）
＝E（e）∩EC （ec）∩U（u）。模糊关系矩阵R（e，ec，u）是一个（（13× 13）×15）维的F矩阵，可通过式（1）算得，即
智能模糊控制器的控制规则是根据实际送钻过程中司钻工的手动控制策略拟合的，而司钻工的手动控制策略是经过长期的学习与经验累积形成的一种知识和技术的结合。借鉴模糊控制理论的发展成果和实际自动送钻控制的现场经验与反复试验，最后总结得出模糊控制规则，共有25条控制规则，如表3所示。
由模糊推理获得的控制量是模糊语言变量论域上的模糊子集，得出的模糊控制器输出U的曲面如图4所示，它是多条模糊控制规则所得结论的综合，需将其转换成
实际控制清晰值。常用的清晰化方法有面积重心法（centroid）、面积平均法（bisector）和最大隶属法（maximum）3类。本文中自动送钻模糊控制器清晰
化方法选用centroid方法。
随着自动控制技术的发展，可编程序控制器因其卓越的工作性能而得到广泛的应用。本文将模糊控制算法与西门子S7-300PLC相结合，应用到自动送钻系统中。根据钻井需要，井底钻压应在钻进的过程中保持不变，钻压W允许的误差范围即误差
e的基本论域是［－5，5］k N。由于钻井过程中各种干扰很多（例如地层变化、各种摩擦、井底的净化程度等），都会使钻压偏离给定值，所以选定钻压实际误差变化率ec的基本论域为［－2，2］。根据经验将钻具下放速度最大设置为36
m/h，折算到变频器的输出频率为7.18 H z，确定控制器输出u的基本论域为
［－7，7］H z，从而得到控制器的量化因子Ke、Kec、Ku，并分别写入到数据
寄存器中。利用S7-300PLC 中AI8 X12Bit（331-7 K F02-0 A A0）模块将钻压
采集到PLC中，将PLC输出信号经过Profibus-D P总线传到变频器。然后计算e 和ec，分别写入到DB7. DBD0和DB7.DBD4中，将模糊化后的E和EC分别写
入到DB8.DBD0和DB8.DBD4中。将计算所得的模糊量U写入到DB8.DBD8中，将解模糊化所得的精确量u写入到DB7.DBD8中。将控制器的输入量论域变换为
｛0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13｝，所得的模糊控制决策状态如表4所示。
将表4所示模糊控制决策状态按照从左到右、从上到下的顺序依次写入到PLC的
掉电保存数据区D B1.D B D10－D B1.D B D682中，模糊控制量U的寻址采用
基址＋偏移地址的寻址方式，可表示为10＋EC×13＋E。根据地质得到模糊量U 后，经解模糊后就可得到精确量u。
本文利用Fuzzy Logic Toolbox软件完成Fuzzy Logic Controller模块的建立。
钻压模糊控制器设计完成后，还需验证该控制策略能否满足要求，验证智能模糊控制算法的有效性。设用M（s）来模拟井下钻压干扰（门阀钻压）。在自动送钻模糊控制系统的运行过程中，首先设置门阀钻压M（s）＝0 k N，设置钻进钻压值
为20 k N，在该给定阶跃信号作用下，系统送钻钻压输出曲线如图5所示。
由图5可以看出：自动送钻系统响应速度约为0.13 s，自动送钻系统存在超调量，超调量约为6%，系统响应速度较快超调量很小，自动送钻系统存在稳态误差，稳态误差约为1%，其对于自动送钻系统实际送钻钻压可以忽略不计，智能模糊控制器的整体控制效果良好。为了检验自动送钻模糊控制系统抗干扰能力，更改门阀钻压M（s）的值用来模拟井底岩层变化，将其从0 k N改为3 k N，此时系统钻压
的响应曲线如图6所示。对比图6与图5中输出钻压曲线，可以看出：门阀钻压
为3 k N响应曲线的初始超调量与阀钻压为0 k N时基本没有变化，当钻压稳定后，2组曲线的稳态误差基本相同，说明模糊控制系统有着很强的抗干扰性。结果证明，本文中自动送钻智能模糊控制系统的设计满足要求，控制效果良好。
1）基于PMDM的绞车系统省去了庞杂的减速箱和液压工作钳，简化了系统，提高了传动效率。绞车电机低频带载试验结果验证了其能够平滑稳定地输出转速与转矩，证明了基于PMDM的滚筒直驱新型绞车自动送钻系统的合理性和优越性。2）智能模糊控制算法的应用，解决了传统控制算法在处理多变量、大时滞和非线
性的钻机自动送钻系统时难以建立准确数学模型的难题，克服了传统控制算法下送钻钻压波动大的问题。该自动送钻系统响应迅速，送钻钻压稳定，具有很强的抗干扰性，自动送钻钻压控制效果理想。
【相关文献】
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石油钻井中交流变频电动机及其控制系 统的应用 摘要：随着中国对石油能源需求的增加，石油开采的环境变得越来越复杂， 增加了石油开采的难度。在石油开采过程中，交流变频电机的应用可以使石油开 采更加简单高效，因此有必要加强对交流变频电机的分析。 关键词：石油钻机；交流变频电机；控制设备； 被广泛应用于现代工业的交流变频电机，拥有无法被替代的优势，以该电机 为研究对象，以石油钻机为切入点，围绕电机和控制系统的应用，展开了系统而 深入的分析，内容涉及交流变频电机驱动的优点分析，交流变频电机控制系统分 析等方面，望能够给有关人员以启发，使交流变频电机所具有的积极作用在钻井 作业中得到充分发挥。 一、交流变频电动机 交流变频电动机是一种特殊的变频电动机，交流变频电动机在具体应用中与 一般变频电动机相比具有以下特点：（1）在设计中所使用的绝缘材料采用的为 抵抗变频器谐波突破的特殊材料，提高交变频电动机的性能。（2）结构设计和 电磁设计与一般变频电机相比较特殊。在石油钻井中应用交流变频电动机与直流 钻机和机械钻机相比，在钻井过程中，对交流变频调速技术进行合理应用，可以 很好的适应石油钻井在工艺上的具体要求，并且使钻机的机械结构得到了进简化，减少了对钻井机械的保养，使设备的可靠性和安全性得到进一步提高。此外，交 流变频电动机还具有质量轻、体积小、故障少等诸多优点，因此在石油钻井中需 要加强对其的应用，提高石油钻井的工作效率。 二、交流变频电动机及其控制系统的应用
1.交流变频石油钻机。（1）石油钻机钻进原理。石油钻机用于石油或天然 气资源的钻采过程，运行过程中钻机带动钻具击碎岩石向下钻进，辅助完成地下 资源的开采。现阶段，国内外石油开采中常用的钻井方式为旋转钻井，即将钻头 旋转击碎岩石，形成钻井结构。然后利用钻杆将钻头探入到钻井底部，通过转盘 或驱动装置带动钻头及钻杆旋转，钻井泵向井内输送钻井液，并将井底碎石带回 到地面，再利用吊车等大型设备完成钻具安置。（2）交流变频石油钻机。传统 石油钻机采用机械驱动的方式，其存在诸多技术缺陷，如传动机与工作机之间能 量分配及运动转换困难、控制系统复杂、传递效率不高等。为适应石油行业发展 需求，在此基础上研发出交流变频石油钻机，该钻机中融入交流变频电动机和自 动控制系统，钻进过程自动化程度及传动效果大幅度提高。交流变频石油钻机主 体构成包括传动系统、控制系统、升降系统、动力系统、循环系统等多个系统模块。其中，传动系统负责能量传递、分配以及运动状态的转换，如设备减速、变 速等。控制系统借助总线技术，将数字化设备整合到同一系统当中，并在各个系 统间建立稳定的信息传输关系，方便控制中心实时获取钻机系统内各设备的运行 状态信息，通过信息监测，及时发展运行异常并开展故障诊断、处理工作。升降 系统负责钻具、套管的下放和提升，以调整钻压、钻头等设备姿态，该系统主要 构成为井架、绞车等。动力系统为交流变频电机的驱动系统，利用柴油发电机向 钻机提供运行动力。循环系统负责钻井过程中的清洁工作，控制钻井液的泵送以 及井底碎石的清理，由钻井液泵、控制单元、各类管线构成。（3）交流变频钻 机优化。交流变频石油钻机设计过程中，可根据实际石油开采需求对钻机各项参 数进行调整。以某型号超深井交流变频石油钻机的优化设计为例。该型号钻机适 用于超深井的钻进工作，有效钻进深度达到9000m，能够满足石油、天然气、水 井等多种能源开采情境的需求。该类型交流变频石油钻机的技术创新点如下：第一，创新性的使用全数字化的控制技术，在钻机系统内安装PLC控制器及可触摸 显示屏，将控制器与显示屏与各类仪器仪表设计为一体化结构，钻机运行过程中，系统可将井下作业情况以及钻机运行状态参数实时传输回地面，对钻进过程做全 程监控。第二，使用模块化的设计方案，给系统预留了足够的升级、改造方案， 可结合具体钻进需求，对系统模块进行调整、组合，使得该钻机具备较广的适用 范围。另外钻机结构设计上也充分重视便捷性，添加的设备模块数量非常有限， 结构排布清晰整齐，为钻机系统转移、搬运过程提供了极大便利。同时，钻机系
国内石油钻机自动化技术现状与建议 摘要：石油是全球经济发展的重要能源之一，其开采和利用对于维护全球能 源安全、促进经济发展和提高人民生活水平具有重要意义。而石油钻机是石油开 采的重要设备之一，其作用是在地下开采石油资源。然而，石油钻机的操作环境 恶劣、操作难度大，工作强度大，且存在安全隐患，给工作人员带来了极大的风 险和压力。为此，石油钻机自动化技术应运而生，它可以自动完成石油钻机的操 作任务，提高操作效率，降低安全风险，促进石油钻机的智能化和自动化发展。 关键词：石油钻机；自动化技术；设备精度 引言：本文针对国内石油钻机自动化技术现状进行了深入研究，分析了当前 技术面临的挑战，并提出了相应的解决方案和建议。本文首先介绍了国内石油钻 机自动化技术的基本概念，然后分析了现有技术的优缺点。接着，本文分析了技 术发展中的难点和瓶颈，包括设备精度、传感器数据处理、控制系统设计等。最后，本文提出了一些建议和措施，包括提高设备精度、改进传感器数据处理算法、优化控制系统设计、加强设备维护和保养等，以促进国内石油钻机自动化技术的 进一步发展。 一、国内石油钻机自动化技术概述 1.自动化控制技术 石油钻机是用于在地下进行石油开采的设备，为了提高生产效率、降低人力 成本和提高作业安全性，现代石油钻机普遍采用自动化控制设备进行操作。这些 设备包括PLC、DCS、SCADA等。综合使用这些自动化控制设备，可以实现对石油 钻机的全面自动化控制和监控，提高石油开采效率和安全性，降低生产成本，是 石油行业的重要发展方向。 2.自动化操作技术
机器视觉技术、机器人技术、无人机技术等技术的发展为国内石油钻机自动化技术的发展提供了新的思路和方向。利用机器视觉技术，可以对石油钻机的各项参数进行实时监测和诊断，以保证石油钻机的正常运行。机器人技术可以实现自动化的钻井操作，提高生产效率，降低人为操作失误的风险。无人机技术则可以实现对钻井平台的巡检和监控，从而提高钻井平台的安全性。 3.自动化监控技术 通过传感器、监测设备等技术，对石油钻机的工作状态、设备运行状态、环境参数等进行实时监测和数据采集，是实现石油钻机自动化的关键技术之一。通过传感器、监测设备等技术，对石油钻机的工作状态、设备运行状态、环境参数等进行实时监测和数据采集，可以及时发现石油钻机的异常运行状态，提高钻井过程的效率和可靠性。 4.自动化数据处理技术 通过数据挖掘、模式识别、人工智能等技术，对石油钻机工作过程中的数据进行分析、处理和挖掘，是实现石油钻机自动化的另一个关键技术。通过数据挖掘、模式识别、人工智能等技术，可以对石油钻机工作过程中的数据进行分析、处理和挖掘，实现钻井过程的自动化和智能化。这些技术的应用将提高钻井过程的效率、可靠性和安全性，为石油钻探行业的发展注入新的动力。 二、国内石油钻机自动化技术现状 1.设备精度不高 石油钻机的工作环境通常是恶劣的，存在着较大的振动、温度、湿度等影响因素，这对石油钻机自动化设备的准确性和稳定性都会带来一定的影响。首先，由于存在较大的振动，传感器和监测设备容易受到振动的影响而产生误差。传感器是石油钻机自动化设备中非常重要的组成部分，用于检测工作状态、设备运行状态、环境参数等。传感器的精度直接影响到自动化操作的准确性和稳定性。如果传感器的精度不高，就会导致检测到的数据与实际情况存在较大差异，影响到自动化操作的准确性。自动化操作的准确性和稳定性也与控制算法的优劣密切相
浅谈石油钻机电气传动系统的最新发展 石油钻机电气传动系统是石油钻井过程中的关键技术之一，它主要是指将电能转换为机械能，通过传动系统将能量传递到钻机各个部件，从而实现钻井作业。随着科技的不断进步和石油工业的发展，石油钻机电气传动系统也在不断创新和完善。本文将从以下几个方面对石油钻机电气传动系统的最新发展进行浅谈。 一、电机技术的进步 石油钻机的传动系统中，电机是最核心的部件之一。传统的石油钻机电机通常采用交流感应电动机，其效率较低，动态响应较慢。而现在，随着永磁同步电机、直线电机等新型电机技术的逐渐成熟，石油钻机电机的效率和响应速度得到了大幅度提高。永磁同步电机具有高效、高功率密度、响应快等优点，可以有效提高石油钻机整体的性能和效率。 二、变频调速技术的应用 传统的石油钻机电机通常采用恒速运行，无法根据实际工况需求进行调整。而现在，随着变频调速技术的应用，石油钻机的电机可以根据实际需求进行转速调整，实现节能与高效的运行。变频调速技术能够根据井深、井内环境、以及钻进速度等因素进行实时调整，使得钻机的工况匹配更加合理，同时降低了能耗。 三、智能控制系统的发展 石油钻机的电气传动系统中，智能控制系统起到了至关重要的作用。传统的石油钻机智能控制系统通常采用硬连线控制或者
PLC控制，缺乏自主学习和优化的能力。而现在，随着人工 智能和机器学习等技术的应用，石油钻机智能控制系统的发展进入了一个新的阶段。智能控制系统可以采集和处理钻井过程中的各种数据，通过学习和优化算法来实现自动控制和优化操作，提高钻井效率和安全性。 四、新材料的应用 石油钻机电气传动系统中的传动装置和机械部件对于抗磨损、耐高温、抗腐蚀等性能要求较高。随着新材料技术的不断发展，高强度、高温耐性和耐腐蚀性能更好的新材料被广泛应用于石油钻机电气传动系统中的关键部件。新材料的应用使得钻机的可靠性、耐久性和工作效率都得到了显著提高。 综上所述，石油钻机电气传动系统的最新发展主要体现在电机技术的进步、变频调速技术的应用、智能控制系统的发展以及新材料的应用等方面。这些技术的不断创新和完善将进一步提高石油钻机的工作效率、安全性和可靠性，为石油工业的发展做出更大的贡献。
基于PLC的石油钻机自动控制系统与控 制方法研究 摘要：石油钻机期间，钻井工艺比较复杂且难度较大，工作环境比较复杂， 满足不了自动化控制作业的需要。因此，接下来本文重点PLC的石油钻机自动控 制系统的设计需要和控制策略，发挥PLC技术的作用，促进石油业的良性发展。 关键词：PLC；石油钻机；自动控制系统；控制方法 通过分析石油钻井作业可知，其组成部分为多个系统，通过多个系统共同作用，使用PLC智能气动阀机，充分利用网络系统和全数字控制技术，促进钻机控 制系统逐步变得网络化、智能化和自动化，健全钻机信息系统，对控制方法进行 优化，保证PLC石油钻机自动系统的稳定，促进石油钻机安全性不断提高，降低 事故发生率。 1基于PLC的石油钻机自动控制系统的设计需要 1.1总体设计目标 对石油钻井自控控制系统进行设计时，很有必要立足全自动和整体性的形式，从泥浆泵、绞车、送钻、转盘等多个方面着手，对控制方式的集中性进行控制， 为钻井作业自动控制环节提供更多便利[1]。以动态化控制形式为基础，精准作业，给操作人员提供良好的作业环境，提供有利的环境，为顺利开展钻井工作奠定基础。 1.2系统配置方案设计 1.2.1总体架构 通过分析转机自动控制系统可知，可以在总结构中通过现场总线这一基础设施，从各类阀岛、可编程控制器、石油钻机气数字传感器等进行衔接，为采集和
处理各类数据信息提供良好的条件，打造以数字化为主的控制装置，为有序开展 操作作业奠定基础。 此外，司钻人员操作时可以利用可靠性和便捷化的优势，保证给定的信号具 有可视化特点，给司钻人员提供相应的操作提示，以完善和充足的信息为指导， 让相关操作实效性更强。对控制式计算机进行使用，监测数据时可以以实时形式 给打印数据监测结果提供便利，还可以回访数据信息，为信息储存工作的开展提 供有利的条件。远程计算机远程期间，可通过完善的检测方法远距离的传输信息，全方位的诊断故障问题，让数据储存更真实且更完整，为顺利打印报告提供有利 的条件。 1.2.2功能模块 以PLC的石油钻井机自动控制系统的功能模块进为基础，其包含的内容较多，本文主要以网络通讯模块为例。可编程控制器运行期间，常用的有现场总线的运 行方法，从发电机组、绞车、转盘等基础设施着手，充分地读取关键数据，通过 通讯的方式全面地管控上述设施，让控制作业更有效[2]。可编程控制器的应用可 以以合理利用网络通讯的方法，促进可编程控制器和数据管理模块二者更好的衔接，通过模块功能和效用为数据交换提供有利的条件，通过设施化的监控方法有 序的开展数据交换作业。 2基于PLC的石油钻机自动控制系统与控制方法 2.1泥浆泵自动控制 就系统运行的过程进行分析可知，设置泥浆泵时至少设置三台，且保证泥浆 泵处于独立运行的状态，这一操作方法的一致性。工作开展期间，应随时随地地 调整形式，还要调整泥浆泵的给定速度，确保速度设置与钻井阶段的运行要求相符，保证泵压和泵冲的完整性。停泵时应实施给定回零操作，且及时将泥浆泵的“停/起”按钮按下，让按钮的颜色为灰色。若出现上述故障，为了保证泥浆泵 恢复到正常工作的状态，首先要全面排除故障问题，之后按下复位键，让故障被 消除[3]。若发电机的功率出现过载的情况，那么PLC控制器就会自动调节，自主 调整泥浆泵的输出速度。
分析石油钻机技术的现状及其研发思考 摘要：自动钻井是世界上最先进的钻井技术，此技术的广泛应用，可以提升 钻井人员的工作安全，是广大钻井工作者的共同去期待。然而，我国石油钻井平 台的自动化程度低，存在着钻井效率低，劳动强度大，安全隐患大的问题。随着 网络、计算机、自动控制、钻探等技术的不断发展，钻井自动化技术得到了越来 越多的应用。当前，钻探市场竞争日益加剧。世界上许多国家的钻探企业都在致 力于加快钻速、缩短钻机周期、保证安全、减轻工人的劳动强度。因为大部分的 钻机工人都是在高空工作，所以工作压力和身体负荷都很大，必须提高工作环境，提高工作的自动化程度。为此，必须实现钻井的自动化与智能化。 关键词：石油；钻机技术；现状 引言 石油作为非常重要的资源之一，石油相关技术的应用是获取石油资源最有效 的渠道。开采石油一般会运用钻采设备，该设备的性能与自动化技术联系密切。 现如今，石油钻探技术逐渐具备了自动化特性，创新改进中运用智能控制模式， 极大地提升了石油钻探技术的效率。石油钻探技术在行业内的应用更加普遍，石 油钻机结构、传输、运输的基本形式均发生改变。为了进一步提高石油钻机性能，本文以石油钻机技术为对象阐述意义现状，并且提出其深入研发的建议。 1石油钻机技术应用的重要作用 目前，我国开采石油资源的环境极具复杂性，为了使钻井可以有序运转，石 油企业要增加投入，尤其是在生产经营环节。对比产业部门，石油产业投资规模 相对较大，而且承受负荷、风险也比较大。为此，石油企业为了保证石油开采效 率和安全性，实现开采经济效益最大化，区域经济、社会生活要求务必保证契合度。结合实际需求升级相关技术、设备。石油生产期间，钻机技术非常重要。保 证钻机技术稳定，可以为石油钻井的操作安全提供保障。根据积累经验，石油钻 机在规定时间范围内，可进一步提高石油钻井作业效率，节约生产成本与费用成
国内石油钻机自动化技术现状与建议 石油钻机是石油开采过程中重要的设备之一，其自动化技术的发展对提高钻井效率、 降低生产成本具有重要意义。本文将从国内石油钻机自动化技术的现状入手，分析与探讨 其瓶颈与问题，并提出相应的建议。 石油钻机的自动化技术在国内有较长的历史，随着科技的进步和市场需求的变化，国 内石油钻机自动化技术得到了长足的发展。目前，国内石油钻机自动化技术的发展主要集 中在以下几个方面。 国内石油钻机自动化技术在控制系统方面取得了突破，采用了先进的PLC（可编程逻辑控制器）和DCS（分散式控制系统）技术，实现了对钻机系统的全面控制和监测。通过传感器和执行机构的配合，可以实现对钻井参数的自动调节和控制，提高钻井效率和安全性。 国内石油钻机自动化技术在数据采集和处理方面取得了进展。采用了无线传输和云平 台技术，实现了对钻机各种数据的实时采集和传输。通过对这些数据的分析和处理，可以 实现对钻井过程的远程监控和智能化决策，提高钻井效率和优化操作。 国内石油钻机自动化技术在安全性和环保方面也有所改进。通过引入先进的安全控制 系统和环保设备，可以有效预防事故的发生和减少对环境的污染。通过对钻机操作人员进 行培训和监控，提高其安全意识和操作技能，减少事故的发生。 国内石油钻机自动化技术还存在一些瓶颈和问题。 技术水平相对滞后。与国外相比，国内石油钻机自动化技术的发展水平还有较大差距。国内企业在自主创新和核心技术方面仍有待提升，需要加强与国外先进技术的交流与合作，提高自主创新能力。 应用领域较为有限。目前，国内石油钻机自动化技术主要应用于大型石油开采企业， 而对中小型企业的普及和应用还有待加强。需要加强对中小型企业的技术支持和培训，推 广自动化技术的应用，提高其钻井效率和降低生产成本。 数据管理和隐私保护问题尚未得到解决。随着自动化技术的广泛应用，大量的钻井数 据被采集和储存，涉及到企业的商业秘密和个人隐私。需要加强对数据的管理和保护，制 定相关的法律法规和标准，保护企业的利益和个人的隐私权。 在以上问题和瓶颈的基础上，笔者提出以下建议。 加强科研力量和技术创新。国内企业应加强与高校和科研机构的合作，建立石油钻机 自动化技术的研发平台，加大科研投入，推动自动化技术的创新和应用。
石油钻机猫道自动化控制探讨 随着目前我国大量油田的开采，要求积极优化钻机的使用方式。石油钻机猫道自动化控制体系在目前很多油井开采过程中均得到了大量使用，本文对此进行了优化设计与案例分析。 1石油钻机自动化猫道优化设计 1.1优化送钻柱装置构成 送钻柱装置的结构主要包括主动链轮总成、安全销总成、小滑车、调节顶丝、液压驱动马达、被动链轮总成、传送本体、链条、踢出机构等部分。管柱前进、后退工作主要是通过送钻柱装置实现的，在系统运行过程中，送钻柱装置中部V形槽中放置管柱，将安全销放置在送钻柱装置传送本体两侧位置处，以此使得管柱不会从V形槽中滚落。通过小滑车前后运动来实现管柱的移动工作。在拉杆的作用之下，连接链条与小滑车，在链轮转动之下促进链条活动，以此来实现小滑车的运动[1]。 1.2设置技术参数 石油钻机猫道自动化控制过程中设置13.5m运输管柱最大长度，具有12～12.2m适应钻台面高度，具有508mm(20″)运输管柱最大直径、55kW最大输出功率、32880kg自重、-20～+50℃环境温度，45kN最大工作负荷、120s单根运行周期、≤90%(+20℃)相对湿度要求[2]。
1.3工作原理 动力猫道具有6个部件，分别为支架、送钻柱装置、液压系统、坡道、猫道底座、绳双动绞车等。工作时，固定于坡道背面的绳双动绞车能够带动钢丝绳在坡道顶部位置滑动，从而促进送钻柱装置在坡道方向上运动，一直到送钻柱装置能够运行至送钻柱装置，此时停止绳双动绞车运行。利用送钻柱装置中的小滑车促进管柱前进，利用风动绞车或者顶驱等提取钻柱，此时即完成管柱提升作业。液压站能够为小滑车与绳双动绞车提供动力，通过液压站控制系统、遥控系统即可完成整体动作过程。系统中，坡道的构成部分为滑轮总成、坡道本体、顶滚轮总成等。以钢丝绳导绳轮作为坡道上部的双滑轮，顶滚轮总成结构处于坡道本体上方位置，能够促进送钻柱装置向上运动以及向下运动。猫道底座组成部分为排管架总成、托链槽、底座本体、倾斜机构、梯子等部件。C16型动力猫道如图1所示。系统一共有前节、中节、后节等共六节管排架，能够使用倾斜机构或者放置钻具的方式使钻具滚入猫道之中。送钻柱装置的构成部分为主动链轮总成、踢出机构、惰轮、传送本体、链条、液压驱动马达、安全销总成、被动链轮总成、小滑车、调节顶丝等部件。送钻柱装置能够促进管柱前进与后退工作，可以在送钻柱装置中部V形槽之中放置管柱，并在两侧位置放置安全销。避免V形槽中管柱滚出，利用小滑车前后运动完成管柱前进动作与后退动作。利用拉杆的作用连接链条与小滑车，运用链轮转动来带动链条，以此使得小滑车能够正常前后运动。 1.4电气控制系统 系统运行过程中要求设置相应的参数，设置75kW、380V/50Hz的2路动力电源，15A、220V/50Hz的控制电源。在控制系统管理过程中，要求充分坚持可靠、安全、高效的原则，结合西门子PLC无线控制技术中的相关要求，设置应急控制、无线遥控、司钻集成控制等三种控制管理方式[3]。PLC控制器运行过程中一旦出现一些故障，在系统瘫痪的情况下，操作者可以利用本地应急操作台检查系统的实际运行情况，以此确保电气元件更换过程中能够正常运行。远程无线遥控模式的建立能够使系统在40m范围内实现无线遥控与管理。在该系统运行
钻机智能化技术发展探究 随着现代化的工程建设和城市化进程的加速发展，对石油开采、隧道掘进、地铁建设等地下工程建设的需求也越来越大。在地下建设中，钻机是一种重要的施工设备，其能够高效地进行地下钻探、隧道掘进等工程。然而，传统的钻机操作技术依赖操作人员的经验和掌握程度，存在操作难度大、效率低下以及安全隐患等问题。因此，智能化技术的引入在钻机的施工过程中具有重要的应用价值。 智能化钻机技术主要包括钻机控制系统和钻机传感器系统两个方面。 钻机控制系统主要是针对钻机的机械结构和动力系统进行智能化技术改造。智能钻机控制系统能够实时监控钻机的运行情况，包括转速、转向、进给速度等参数，并能自动调整设备的参数以满足施工需求。钻机控制系统采用电子控制技术，能够实现自动化作业、控制精度高、能耗低、环保等优势。 钻机传感器系统是通过安装各种传感器来实现对钻机在施工过程中的监测和控制。这些传感器可以实时监测钻头的位置、状态、土层硬度和水含量等参数，以及加热、冷却和润滑系统的状态。通过分析和处理传感器数据，可以实现钻机自适应控制，确保施工过程的安全性和准确性。 智能化钻机技术的应用还包括以下几个方面： 一是应用机器人技术，实现钻机的自主运动和施工，能够实现无人化作业，并减少人力成本和安全事故风险。 二是利用互联网技术，实现远程监控和控制，可以对钻机的运行情况进行实时远程监控，提高施工效率和工作质量。 三是应用虚拟现实技术，实现虚拟化训练和模拟，可以降低钻机的学习和操作难度，提高操作准确度和效率。 总之，智能化钻机技术的应用可以加快施工的进度，提高施工质量和安全性，同时还能够实现自动化、高效化、清洁化和绿色环保施工，具有重大的应用前景。
智能钻井技术的研究与应用 智能钻井技术是指在钻井作业中，通过使用各种先进的仪器设 备和数据分析技术，实现对作业全程的数据采集、分析和优化调 控的一种新型钻井技术。由于其能够实时监测并控制钻井作业过 程中的各种关键参数，能够大幅度提高钻井速度和安全性，因此 在当今石油开发领域中已经成为越来越重要的方向。下面我们就 来了解一下智能钻井技术的研究进展和实际应用情况。 一、智能钻井技术的研究进展 智能钻井技术的研究起步比较早，具有一定的发展历史。随着 先进的仪器设备和数据分析技术的不断进步，智能钻井技术也不 断得到了新的突破。如今，智能钻井技术可分为三个层次进行研 究和应用： 1.智能钻井控制层次。该层次主要依靠各类自动控制仪器和系统，实现钻井过程中的实时控制和调整。例如，通过对钻进参数、液压系统、井下电机等各种关键环节进行监测和优化调整，可以 大幅度提高钻井的效率和安全性。 2.智能钻井数据采集和处理层次。该层次主要依靠各类高精度 传感器和数据采集设备，实现对钻井过程中的各种关键数据进行 实时监测和采集，并通过先进的数据处理技术，实现对数据进行 分类、分析和优化处理。例如，可以通过对井下温度、压力、流
量等数据进行分析，并通过预测模型和智能控制系统实现实时调 整和控制。 3.智能钻井优化与决策支持层次。该层次主要依靠各类智能优 化和决策支持技术，实现对钻井过程中的各种环节进行优化和调控。例如，可以通过对地层结构和物性的分析，并结合钻井过程 中采集的各种数据，实现对钻进方向、进度等进行优化和控制， 从而达到提高钻井效率的目的。 二、智能钻井技术的应用情况 智能钻井技术在石油开发领域的应用已经越来越广泛，其效果 也越来越显著。下面我们就来看一下智能钻井技术在实际应用中 的情况。 1. 提高石油钻井生产效率。智能钻井技术能够实现对每个钻井过程中的关键参数进行实时监测和控制，在保证安全性的前提下，大幅度提高钻井效率。例如，可以对每个井的地质条件进行分析 和优化，提出更合理的钻井方案，从而提高钻井成功率和生产效率。 2. 降低钻井成本。智能钻井技术的应用可以有效降低钻井过程中的各种成本。例如，在实时监测和调整钻井过程中，可以减少 人工干预的成本，同时通过优化决策支持系统，也可以减少钻井 过程中出现的异常情况，从而减少钻井成本。
（19）中华人民共和国国家知识产权局 （12）发明专利申请 （10）申请公布号 CN103523689A （43）申请公布日 2014.01.22（21）申请号CN201310510072.6 （22）申请日2013.10.25 （71）申请人程波 地址710077 陕西省西安市高新区锦业一路66号 （72）发明人程波;谭刚强;郑明建;张洪;田树贵;李勇;李飞;刘东方 （74）专利代理机构西安新思维专利商标事务所有限公司 代理人李罡 （51）Int.CI 权利要求说明书说明书幅图 （54）发明名称 一种高效智能安全石油钻井绞车系统及其控制方法 （57）摘要 本发明具体涉及一种高效智能安全石油钻 井绞车系统及其控制方法。其从绞车结构、变频 交流控制模式、电磁涡流刹车结构及控制方式的 三位一体系统解决长期困扰用户的变频钻机钻井 效率低、下放安全性差、系统故障率较高的问 题。本发明采用的技术方案为包括绞车结构部分 及绞车控制部分，所述的绞车结构包括电磁涡轮 刹车、盘式刹车、滚筒轴总成、双档变速箱，所 述的双档变速箱通过离合器与交流变频电机连
接，双档变速箱通过离合器与滚筒轴总成连接， 滚筒轴总成通过花键与电磁漩涡刹车连接，滚筒 轴总成与电磁漩涡刹车之间通过花键连接有盘式 刹车。 法律状态 法律状态公告日法律状态信息法律状态 2014-01-22公开公开 2014-02-26实质审查的生效实质审查的生效 2015-08-26专利申请权、专利权的转移专利申请权、专利权的转移2015-12-09授权授权
权利要求说明书 一种高效智能安全石油钻井绞车系统及其控制方法的权利要求说明书内容是....请下载后查看
液压马达自动送钻装置的研制 吴卫周;张虎山;杨刚;刘志林;李凯 【摘要】A hydraulic motor auto-driller device is one of the important equipments of hoisting system of drilling rig.The auto-driller device of drawworks can perform emergency operation and improve the maximum drill string weight when the main system fails.Two modes of constant WOB and constant speed bit feeding can be selected according to the requirement of drilling operation to complete the setting of auto-driller.By setting the constant torque and drawing the drum inversely,we can make the system realize the automatic adjustment of feeding speed and safety protection in the drilling process to keep pressure and speed constant during drilling operation.The device uses the combination of computer and hydraulic control technologies to achieve hydraulic motor accuracy control and realize high accuracy automatic drilling.The control system completes information integrated processing and bit feeding control during drilling operation through receiving signals of continuous external WOB measuring and hydraulic motor speed detection unit by the PLC programming technology.The device is worth popularizing and applying after the application of 17 sets of drilling rigs and more than 30 oil wells in oilfield.%液压马达自动送钻装置是石油钻机提升系统中重要的设备之一,当绞车主动力系统发生故障时,可代替绞车主动力系统的功能进行应急操作,提升最大钻柱重量;可以根据钻进作业过程的需要,在恒钻压送钻和恒钻速送钻两种模式下进行选择,完成自动送钻设定.通过设定输出扭矩,反向拖动绞车滚筒,实现自动调整送钻速度和
国内石油钻机自动化技术现状与建议 随着石油行业的快速发展，石油钻机的自动化技术也在不断提升。国内石油钻机的自 动化水平还存在一定差距，需要进一步加强技术研发和应用。本文将从现状和建议两个方面，探讨国内石油钻机自动化技术的发展。 一、现状分析 目前，国内石油钻机的自动化水平相对较低，仍然存在以下问题： 1.自动化水平不高。大部分钻机仍以手动操作为主，存在人工劳动强度大、生产效率低、安全风险高等问题。 2.智能化程度低。缺乏智能化技术的应用，不能根据井口条件的变化自动调整钻机的 工作参数。 3.数据化程度低。缺乏完善的数据采集和分析系统，不能进行钻井过程的数据监控与 分析，难以实现数据驱动的优化生产。 4.设备集成不完善。各类设备的互联互通程度低，无法实现设备的集成控制。 二、建议 为了提高国内石油钻机的自动化水平，以下是几点建议： 1.加强技术研发。国内企业应加大自动化技术的研发力度，引进和消化吸收国外先进 技术，提升自主创新能力。 2.推进智能化转型。引入先进的智能化技术，实现石油钻机的智能化控制与优化生产。利用人工智能技术，开发智能钻控系统，能够自动调整钻机参数，提高钻井效率和安全 性。 3.完善数据采集与分析系统。建立完善的钻井工程数据采集与分析系统，实时监控钻 井过程的数据，通过数据分析来优化钻井操作。推广云计算和大数据技术，实现数据共享 和处理，提高钻井生产效率。 4.推进设备集成与信息共享。加强各类设备的互联互通，建立统一的设备接口和通信 协议，实现设备的集成控制和信息共享。建立设备监控中心，实现对钻井设备的远程控制 和故障诊断，提高设备的运行稳定性。 5.加强培训与人才引进。加强对石油钻机自动化技术的培训与推广，提升从业人员的 技术水平。引进相关领域的人才，提供技术支持和创新思路。
基于神经网络的智能钻井优化控制研究 随着科技的不断发展，人们的生产生活已经离不开科技的应用，特别是人工智 能这一领域的飞速发展，为我们的生产、生活、科学研究等方面带来了新的变化和机遇。在石油工业中，采油技术也不断更新，同时也在开发基于神经网络的智能钻井优化控制系统，从而提高油田的生产效率，减少生产成本，促进石油业的可持续发展。 一、神经网络概述 神经网络（Artificial Neural Network，ANN）是一种由神经元构成的复杂网络，类似于人类大脑神经系统的结构，具有自适应，学习和泛化等特点。其学习过程与人类的学习方式有相似之处，通过不断地调整网络间的连接权重，使其能够从输入中提取特征和规律，从而产生相应的输出。因此，神经网络广泛应用于预测、分类、优化和控制等多个领域。 二、钻井过程优化 钻井的过程是指在石油工业中，利用钻孔机器钻孔，以获取地质信息、寻找油 气资源、提高油井生产等。钻井过程具有复杂性和不确定性，包括地质状况、钻井机械、钻头、地层水平等因素的影响，因此，如何优化钻井过程，减少钻井成本，提高效率是所有石油公司共同面临的挑战。 三、智能钻井优化控制研究 在钻井过程中，采集的数据包括实时钻具状态、岩层的物性参数、循环泥浆的 参数，如流速、压力、泥浆密度等。而神经网络能够从这些数据中学习，预测孔隙压力、套管深度、下钻速度、刀具的均磨损量和偏移量、压裂效果等因素，从而实现钻井过程的智能化控制，提高钻井效率和质量。以下是基于神经网络的智能钻井优化控制的几个关键技术：
1. 数据预处理 钻井数据具有大量的噪声和异常值，需要对数据进行清理和归一化处理，从而 提高数据的可用性和准确性。 2. 神经网络的选择和设计 钻井过程优化需要选用适当的神经网络结构，包括前馈神经网络、循环神经网络、卷积神经网络等，还需要根据任务目标确定网络的输入和输出层的数量和类型，以及隐藏层的神经元数量和结构。 3. 神经网络的训练和优化 钻井数据样本量大且隐藏的特征复杂，因此训练和优化神经网络是一个耗时且 繁琐的过程。而采用适当的训练和优化算法，如BP、RPROP等，能够提高网络的 收敛速度和泛化能力。 4. 智能控制策略 根据钻井过程中所面临的各种不确定性和突发情况，需要采用智能控制策略， 如遗传算法、模糊逻辑、强化学习等，以确保钻井过程的稳定性和可控性。 四、智能钻井优化控制的应用 目前，基于神经网络的智能钻井优化控制已经应用于国内多个油田。例如，在 塔里木油田，采用多层感知机神经网络，精确预测地下水位，优化钻井过程，并优化了井的水利系统的运行效率，降低了生产成本。在青海油田，采用BP神经网络，精确预测钻头磨损和钻进位置，优化钻井过程，大幅提高了钻孔进度和效率。 五、结论 基于神经网络的智能钻井优化控制系统，能够准确判断井下地层结构，实现井 下自适应控制，从而提高生产效率，降低生产成本，促进石油业的可持续发展。随
交流变频电动机及其控制系统在石油钻井中的应用 【摘要】交流变频电动机是国外20世纪90年代新发展起来的一种先进的电动钻机。90年代后期，我国的科技人员和有关单位将交流变频调速技术应用于石油钻采设备，尤其是电驱动钻机，成为当今最受青昧的钻机。交流变频电动机与机械钻机和直流钻机相比，它采用了交流变频调速技术，能够适应钻井工艺的要求，简化了钻机的机械结构，减轻了维护保养工作，提高了安全型、可靠性和移运性。交流变频绞车体积小、质量轻、故障少、维护方便；调速范围宽，可实现无级调速，对提高钻井实效、优化钻井工艺等十分有利。 【关键词】交流变频电动机控制系统研究 1 交流变频电动钻机的介绍 1.1 转盘独立电驱动钻机 转盘独立电驱动钻机就是转盘采用交流变频电动机单独驱动，绞车和钻井泵采用机械统一驱动的钻机。该型钻机采用多台柴油机通过液力变矩器或液力耦合器输出动力，然后经过链条并车，分别驱动绞车和钻井泵；转盘由1台交流变频电机通过齿轮或链条减速传动；绞车配辅助驱动装置，可实现自动送钻功能。其特点是转盘转速能够根据钻井工艺的需要来调节，不受钻井泵冲次的制约，同时，具备数控恒钻压自动送钻功能，实现以接近机械钻机的价格，获得交流变频电动钻机的优越性能。 1.2 机电复合驱动钻机 机电复合驱动钻机是转盘在采用电机独立驱动的基础上，绞车采用交流变频电机驱动，而钻井泵仍然采用机械驱动。该方案主要应用在钻深5000m以下的钻机上。2～3台柴油机通过皮带并车驱动钻井泵，同时，还可驱动1台节能发电机。该型钻机能够实现交流变频电动机的主要功能，而价格只有全交流变频电动钻机的60%～70%，同时，具有良好的运行经济性。 1.3 全交流变频电动钻机 全交流变频电动钻机的绞车、转盘、钻井泵均采用交流变频电机驱动。其转盘传动主要有电机直接驱动和电机加减速箱驱动2种方式。绞车通常采用2台电机通过二级齿轮减速箱驱动，并配辅助驱动装置，也有采用一级齿轮减速箱方案的。除转盘独立电驱动钻机采用机械的多轴绞车外，交流变频电动钻机通常都采用单轴绞车结构，其传动形式是交流变频电机通过齿轮减速箱直接驱动滚筒轴，主刹车采用盘式刹车，取消了电磁涡流刹车，而采用能耗制动实现辅助刹车功能。 交流变频电动钻机常用的调速技术有矢量控制和直接转矩控制2种。矢量控制主要采用Siemens公司的变频器，直接转矩控制主要采用ABB公司的变频器。
石油钻井自动化智能化新技术研究 摘要：随着社会经济的发展，石油需求量逐渐增长继而成为支撑我国社会经济 发展的重要产业。现阶段，石油钻井逐渐趋于智能化导向。对此，笔者根据资料 研究与经验总结，就智能化石油钻井技术发展前景进行简要分析。 关键词：智能化；石油钻井技术；发展前景；研究分析 引言 众所周知，石油钻井具有难度大、技术水平要求高等特点，其智能化石油钻 井也使石油钻井更为专业化，能够提升钻井质量、提升开采率，降低安全事故发 生频率和人力投入，节省生产成本。现阶段智能化石油钻井技术有待进一步研究。 1、智能化石油钻井技术特点分析 第一，智能化石油钻井技术的应用，无需投入较多人力支持，由智能设备取 缔传统人工操作模式。此外，不仅在人力与经济投入上效果显著，其安全性也得 到了最大保障。第二，智能化石油钻井技术提升安全指标，利用智能化平台进行 数据信息搜集、分析更具精确性，降低事故发生率，确保了人员的生命安全。第三，该种技术形式也可以结合具体环境特点，制定有效的技术方法与标准设定。 例如：在地形复杂区域中，传统人工石油钻井具有一定困难性；而智能化技术的 出现能够有效帮助应对困难，这也是传统人工操作形式所不可比拟的。第四，钻 井周期与开采周期缩短。通过计算机系统进行数据收集、整合、分析处理，对钻 井过程进行动态监控，使施工质量得到保障，节省开采时间并提高工作效率。第五，智能化石油技术可以加快钻井速度，通过监控设备与传感器实时掌握井段压 力状况，确保钻头与轨道精度准确。第六，这种技术形式对相关行业也具有一定 促进作用，进而加快了石油钻井技术的提升。 2、自动化石油钻井关键技术的应用现状 从我国石油行业发展现状来看，先进的自动化技术被逐步运用到石油钻井工 作中，使石油钻井技术逐步朝着自动化、智能化、现代化的方向发展，因此，自 动化石油钻井关键技术具有信息化、自动化与智能化的特点，能够够使随钻地震 工作、随钻测井工作、随钻测量工作、随钻的层评价工作能够有序开展，使多个 随钻工作环境能够协调一致，优化钻井程序以及各项钻井数据信息，使石油钻井 数据信息的传输工作、测试工作、分析工作、反馈工作能够朝着数字化、自动化 的方向发展。将自动化石油钻井技术运用到石油钻井工作中实现石油钻井工作的 职能化与集成化，同时促进石油钻井自动化关键技术的发展，极大程度上满足市 场发展需求，提高钻井工作质量与效率。但在实际应用中石油钻井工作尚且存在 一定的问题，需要石油企业从实际情况入手，制定出相应的解决策略。例如随钻 测控传贮技术、智能钻柱技术等均是现代化石油企业钻井工作中的实际应用案例，有效促进石油钻井工作的创新与进步，实现钻井工作的自动化与一体化。 3、石油钻井技术智能化优势 3.1智能化技术可提高钻井质量 采用智能化技术提高钻井质量主要体现在两点，一是采用导向钻井和实时数 据反馈技术，可有效提高井身轨道的准确性和精确度，准确性和精确度的提高可 以有效穿越油藏并提高油井质量；二是采用智能化技术，可通过放在全井长度范 围的传感器来及时掌握全进各段压力情况，进而有效防止井眼失稳，有效提高了 钻井的质量。 3.2可有效减轻钻井工人的劳动强度
石油钻井中的智能控制技术研究 石油资源是我们生活中不可或缺的一部分，对于一个国家的经济发展至关重要。然而，随着石油储量的不断减少和石油探测的难度增加，石油钻探技术创新的重要性越来越凸显。在各种创新技术中，智能控制技术是最值得关注的。 石油钻探是石油工业中的重要环节，其主要目的是将岩石和地层分离，取出所 需的石油资源。在传统的石油钻探中，钻井就是一个相对单一的任务——由工人通过轴承和链条手动控制钻头的位置和速度。这种方法的不足之处在于，由于人为因素的干扰，操作精度不高，需花费大量的时间和人力，同时也存在安全隐患。在面对如此庞大的工作量和危险作业场景下，采用智能控制技术来管理石油钻探工作就显得尤为重要。 智能控制钻探技术可以通过控制系统自动或减少人的干预，从而更加准确和高 效地完成作业。智能钻探系统基于计算机和传感器，利用智能算法，可以自动控制各个钻探参数，减少了工作人员的手工操作，大大提高了工作效率和工作安全。其利用现代化的技术手段和数据分析，对风险识别和处理进行自动化处理，实现了钻井作业的完全自主和智能化控制。 智能控制技术具有多种应用，是改进石油钻探过程的关键。其中包括： 1.自动控制技术 智能控制技术允许操作员通过远程控制系统对钻井操作进行自动化管理。自动 化控制可以通过传感器和控制单位，以更准确的方式来监控和控制钻探参数， such as; 钻头的转速和摆动幅度，以及冲洗压力、流量和化学浓度。该技术大大缩 短了采取行动的时间和纠正错误的周期，提高了安全性和减少了故障率。 2.数据分析技术
基于数据分析技术，建立石油钻井的工作流程的数学模型，并提供钻探工作效 率的指标，帮助采矿公司分析和优化钻井成本和效率。这项技术可以迅速确定所需的数据和用于采矿的最佳钻井条件，以保持生产率的最佳状态。该技术利用测量数据、可视化和基于大数据的分析来检测和解释可能的错误、故障和其他问题。 3.智能算法技术 智能算法技术采用人工智能和机器学习来解决石油钻探领域的各种问题。这种 技术可以快速提供钻井作业的报告和优化方案，例如减轻驱动技术或远程监视工程的工期和成本。该技术还可以提供对石油钻井过程的更好预测，帮助采矿公司预测未来的市场需求和变化。 4.远程监控技术 石油钻探是一项危险而复杂的作业，远程监视技术可以提供更高的安全性和工 作效率。通过远程监视技术，钻探操作员可以在不必亲临现场的情况下进行钻探操作。此项技术还可以监控下行干深度、温度和压力，有助于检测异常和危险因素，及时采取避免事故的措施。 总的来说，智能控制技术在石油钻探领域的应用和发展是一大趋势，它不仅提 高了工作安全性和效率，同时也使钻井操作更加准确和高效。随着技术的发展，智能控制技术不断普及和完善，相信将为石油钻探的持续发展和创新做出更大的贡献。
智能钻机技术的研究与应用 一、引言 智能钻机技术是钻机制造领域的热点和难点之一，其研究和应用具有重要的科学价值和经济价值。随着钻机市场的不断扩大和升级，智能钻机技术的需求和应用也不断增加。本文将从智能钻机技术的研究和应用角度出发，系统地阐述智能钻机技术相关的领域和进展。 二、智能钻机技术的分类 智能钻机技术分为自动化控制技术、无人驾驶技术和远程监控技术三类。其中，自动化控制技术主要包括钻孔参数采集、数据分析、判断和决策等内容；无人驾驶技术则是钻机自主导航、路径规划和智能操作等方面；而远程监控技术则是通过互联网实时监测和信息反馈，提高钻机作业的安全和效率。 三、智能钻机技术的发展与应用 智能钻机技术的发展与应用涉及到许多领域，包括石油钻探、地质勘探、水利工程建设、隧道工程、矿山采掘等。这些领域普遍存在的问题是钻孔效率低、钻孔精度差、缺乏实时监测等。智
能钻机技术能够很好地解决这些问题，提高钻机生产效率和碳排放效率，减少环境污染和安全事故的发生。 四、智能钻机技术研究的趋势 随着技术的不断进步和应用的广泛推广，智能钻机技术研究的趋势也在不断发生变化。未来的发展方向主要是对钻孔参数的更加精细化控制和监测，提高智能钻机的操作能力和精度，并且实现自动化生产，提高钻机生产效率和降低能耗。此外，智能钻机的环保和节能特点也是未来研究的重要方向之一。 五、智能钻机技术的应用前景 智能钻机技术的应用前景非常广阔，随着各行业对于环保和高效生产的追求不断提高，智能钻机技术的应用将会变得越来越广泛。尤其是在国际市场上，智能钻机技术将成为国际竞争的重要利器，将带动钻机制造业和相关相关产业的发展和创新。 六、结论 智能钻机技术是未来钻机制造业的重要发展方向之一，其在提高钻机生产效率和碳排放效率、减少环境污染和安全事故的发生等方面具有重要作用。我们有理由相信，随着技术的不断进步和