idriller石油钻机集成控制系统研制概要

引言概述：自动化智能化石油钻井系统是现代石油钻探的一项重要技术发展。

随着科技的不断进步和石油需求的增加，石油钻井行业正面临着越来越大的压力和挑战。

传统的钻井方法存在着人力成本高、效率低下、安全风险大等问题。

因此，引入自动化智能化石油钻井系统成为一种必然趋势，将为石油钻井行业带来巨大的改变。

正文内容：大点1：自动化钻井设备1.1钻井工具自动化控制系统：通过安装传感器和执行器，对钻井工具进行自动控制，实现自动起下钻、测井等操作。

这样可以提高钻探效率，减少人力成本。

1.2井下遥测系统：通过无线传输技术将井下传感器数据传输到地面，实时监测井下状态，提高钻井安全性。

同时，地面人员可以通过数据库系统对井下数据进行实时分析，优化钻井过程。

大点2：智能化钻井控制系统2.1自动化地层控制系统：通过智能算法对地层属性进行分析和预测，自动调整钻井参数，提高钻井效率和质量。

例如，根据地质信息，自动调整转速、钻压等参数，避免钻头卡钻等问题。

2.2自动化井眼质量控制系统：利用传感器监测井眼质量，自动调整钻井工具的位置和角度，确保钻井过程中的钻孔垂直度和形状的准确性。

这有助于提高井下油气采集效率。

大点3：智能化数据分析和优化系统3.1数据采集和存储系统：通过安装传感器和数据采集设备，实时采集井下各项参数数据，并将其存储在数据库中。

这为后续的数据分析和优化提供了基础。

3.2数据分析和决策支持系统：利用大数据和技术，对井下数据进行分析和建模，预测井下状况，提供决策支持。

例如，根据历史数据和预测模型，预测出最佳的钻井工艺和参数设置。

大点4：智能化设备监控和维护系统4.1机器学习技术在设备监控中的应用：利用机器学习技术，对各个设备的运行状态进行监控，并进行故障预测和维护调度。

这能够提高设备的可靠性和寿命，减少维修成本和停工时间。

4.2远程监控和维护系统：通过无线通信技术，实现远程对井下设备的监控和维护。

地面的专业维护人员可以通过遥控设备进行操作和故障处理，减少人员在井下的作业时间，降低作业风险。

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。

专利名称：石油钻机集成控制虚拟仿真操作系统专利类型：发明专利
发明人：张鹏飞,栾苏,于兴军,梁春平,林康
申请号：CN201410003519.5
申请日：20140103
公开号：CN103760776A
公开日：
20140430
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种石油钻机集成控制虚拟仿真操作系统，包括显示屏通过显示屏通讯网络与图像处理器连接，图像处理器一路与外部扩展监控通讯网络连接，图像处理器另一路通过系统图形工作站与外部扩展监控通讯网络连接；系统图形工作站与主交换机连接，主交换机分别与外部扩展监控通讯网络、主副司钻操控通讯网络、PLC控制站通讯网络同时连接；主副司钻操控通讯网络上连接有主、副司钻图形工作站及工业监视图形工作站；PLC控制站通讯网络上连接有主、副司钻监控PLC 站和冗余PLC智能控制站，主、副司钻监控PLC站分别与主、副司钻操控座椅连接。

本发明的装置，实现高度集成的一体化司钻控制。

申请人：宝鸡石油机械有限责任公司
地址：721002 陕西省宝鸡市东风路2号
国籍：CN
代理机构：西安弘理专利事务所
代理人：罗笛
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石油钻机自动送钻控制系统研究作者：陈勇刚席志鹏李昊王虹来源：《科技视界》2016年第12期【摘要】石油钻机在自动送钻过程中，被控量（钻压）难以测量，有的对象参数未知或参数变化缓慢，有的对象带有延迟或随机干扰。

传统的PID调节器不能有效的克服受控象不确定性、非线性、复杂性的控制系统。

建立恒钻压自动送钻数学模型，采用参数自整定PID方法，对PID参数进行时实整定，结合Matlab可视化仿真软件，在Matlab/Simulink中进行仿真。

该控制策略及算法与传统PID相比更为优越，且各方面动态性能指标都达到理想要求。

【关键词】自动送钻控制系统；自整定PID；研究1 现有自动送钻装置控制系统存在的不足建立合理的数学模型是控制系统分析与设计的基础。

目前自动送钻装置所采用的控制方法都是线性闭环控制。

众所周知，岩石性能、泥浆性质、井壁阻力和刹车机构性能等因素均会对钻压的大小产生影响。

井下诸多己知的或未知的因素给建立合理的数学模型带来困难。

石油钻机自身在工作时也存在大量的不确定性。

也就是说，在线性闭环控制数学模型中被认为恒定的参数是时变的、非线性的，即使闭环控制具有一定的准确性、稳定性、快速性，但这种控制方法己制约着控制效果的进一步提高。

2 石油钻机自动送钻控制系统2.1 石油自动送钻设备组成一部完整的陆地钻机由八大系统及其相应设备组成[1]：转盘；水龙头；钻杆柱；钻头；钻挺与井底动力钻具；钻井泵；地面管汇；液池；钻井液槽；振动筛；绞车；猫头；滚筒与辅助刹车；天车；游车；大钩；游车系统钢丝绳；井架；动力机；钻台底座；井口装置防喷器。

2.2 石油钻机自动送钻控制系统工作原理在钻井过程中，钻压应相对保持恒定。

在某一地层，某一深度，合适的钻压值对钻井是十分有利的，且利用恒钻压钻井，可以提高钻井效率，减小钻头的磨损。

相反，过高的钻压可能造成事故，如折断钻杆、钻头，钻头损坏等；过低的钻压又使钻井效率十分低。

从经济效益上说是不合理的。

浅谈PLC在石油钻机中的应用研究一、PLC在石油钻机中的基本原理石油钻机是石油勘探中重要的设备之一，其主要作用是通过旋转钻头，将钻头送入地下层进行钻探，获取地下油气资源。

而PLC作为控制这些钻机设备的核心部件之一，其基本原理是通过程序控制一系列的输入和输出设备，对设备进行自动化的控制。

在石油钻机中，PLC主要通过接收和处理传感器、阀门、马达等设备的信号，实现对钻机运行状态的监控和控制。

1. 钻机控制系统PLC在石油钻机中最主要的应用就是控制钻机的各个部件，如主轴的调速、钻头的进给、钻井液的泵送等。

通过PLC可以精确控制这些设备的运行状态和速度，提高了钻机的稳定性和精确度。

2. 安全监测系统石油钻机的工作环境十分复杂和危险，需要对设备的各种参数进行实时监测和报警。

PLC可以通过连接各种传感器和监测设备，实时监测钻机的运行状态，当出现异常情况时及时报警，保障了工作人员的安全。

3. 故障诊断和维护PLC还可以通过自带的故障诊断功能，快速定位并判断设备故障的原因，为维护人员提供有效的故障诊断信息，帮助维护人员快速排除故障，减少了维护时间和成本。

1. 灵活性高PLC的程序可以根据实际需求对钻机进行灵活的控制，同时还可以方便地进行程序的修改和更新，适应了不断变化的工作环境和需求。

2. 精确度高通过PLC的精确控制，可以实现对钻机各个部件的精确控制，提高了钻机的工作效率和精确度。

3. 可靠性强1. 对于PLC程序的优化研究目前，钻机使用的PLC程序往往是通用的，不能充分满足不同钻机工作环境和需求的个性化要求。

对于PLC程序的优化研究，能够针对不同的工作环境和需求，对程序进行定制化，提高了钻机的工作效率和灵活性。

钻机工作环境十分复杂，可能会出现各种振动和温度变化，这对PLC系统的稳定性提出了要求。

对于PLC系统的稳定性研究，可以提高PLC系统在恶劣环境下的可靠性和稳定性。

3. 对于PLC与传感器、执行器等设备的集成研究PLC作为控制中枢，需要与各种传感器、执行器等设备进行有效的集成，对于PLC与这些设备的集成研究，能够提高设备之间的通讯效率和稳定性，提高了整个钻机系统的工作效率和可靠性。

2016年第45卷第11期第88页石油矿场机械OIL FIELD EQUIPMENT2016,45(11)：88-93文章编号：1001-3482(2016)11-0088-06idriller石油钻机集成控制系统研制概要魏培静w，于兴军w，刘向军\杨双业u，梁卫斌u，林康u，王飞y(1.宝鸡石油机械有限责任公司，陕西宝鸡721002;2.国家油气钻井装备工程技术研究中心，陕西宝鸡721002)摘要：随着石油钻机自动化控制技术的发展，司钻需要操作和监视的设备越来越多。

现有常规钻机 中将各个设备操作按钮、手柄以及控制箱在司钻房内进行“堆积木式”拼装的模式，存在着安全性差，布局混乱等缺点，已经无法满足未来钻机的操作要求，成为制约国产钻机整体技术水平提升的 瓶颈。

国外为解决此类问题已开发出多种石油钻机集成控制系统，并进行商业化应用。

国内目前 尚处于起步阶段。

该文从系统网络架构、多级急停机制、司钻操作终端理念、防碰撞机制与轨迹规 划、人机界面程序以及历史记录功能开发等方面介绍了国内研制的首套钻机集成控制系统—“idriller”。

该系统已经实现了在多套钻机中的工业化应用，提升了国产钻机自动化、智能化、信息 化水平。

关键词：钻机；集成控制；司钻；网络；操作中图分类号：T E928 文献标识码：A doi：10. 3969/j.issn. 1001-3482. 2016. 11. 019Development Summary of idriller Integration Control System of Oil Drilling RigWEI Peijing1'2,YU Xingjun1'2,LIU Xiangjun1,YA N G Shuangye1'2,LIANG Weibing1'2,LIN Kang1'2,WANG Fei1'2(1. Baoji O ilfield M achinery Co. ^Ltd. ^Baoji 721002 ■,China-,2. N ational Oil and Gas D rilling Equipment Research Center , Baoji 721002 , China)Abstract：With the development of automatic control technology of oil drilling rig,more and more equipments controlled by driller.However,the existing model called building block which all but­tons,Handles and the control boxes of equipments are fixed in the driller control room directly exists some disadvantages,such as the poor safety and the disordered distribution.The existing model hasn't satisfied requirement for operation of drilling rig in the future.It has restricted the development of technical level of domestic drilling rig.In order to resolve the problem,the foreign competitors have developed many drilling rig integration control systems.The competitors?sys­tems have already produced commercially.This production is still in its starting stage in china.The paper discussed the first set of domestic drilling rig integration control system called “idrill-er”include the network architecture,the multistage mechanism of E-stop,the new idea of operat­ing for driller,the mechanisms of anti-collision&path planning,HMI software history register.At present,the “idriller”rig integration control system have already used in many rigs.The system收稿日期=2016-06-01基金项目：国家高技术研究发展（863)计划“深水钻机与钻柱自动化处理关键技术研究”课题项目资助（2012AA09A203);中国石油集团公司项目“钻机管柱自动化处理系统的研究与应用”(2011B-4301)作者简介:魏培静（1980-)，女，陕西宝鸡人，工程师，现从事石油机械研究与标准化工作，E-maU: weipjl23456@。

石油钻机中电气液控制系统的智能化应用研究
李成奇;赵斌
【期刊名称】《石油石化物资采购》
【年(卷),期】2024()7
【摘要】随着全球能源需求的不断增长,石油钻机的运行环境日益复杂,对其控制系统提出了更高的要求,这也使电气液控制系统的优化改进面临着诸多挑战,而智能化技术的引入为石油钻机电气液控制系统的升级提供了新的解决方案。

通过结合先进的传感器技术、数据分析与处理、自动化控制等手段,基于目前已成熟的变频驱动技术、PLC控制技术以及工业通信技术等,可以实现对系统状态的实时监测、智能化的决策制定和高效的自动化操作,从而提高钻井生产效率、降低人为误操作风险,并使其更好地适应复杂多变的钻井环境。

通过对石油钻机中电气液控制系统的组成及作用进行分析来了解其优化需求,在此基础上探索电气液控制系统的智能化应用,为石油钻机的高效运行提供技术支持。

【总页数】3页(P34-36)
【作者】李成奇;赵斌
【作者单位】四川宏华电气有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】F42
【相关文献】
1.石油钻机中电气液控制系统的智能化应用研究分析
2.智能电气液控制系统在石油钻机上的应用研究分析
3.石油钻机中电气液控制系统的智能化应用研究
4.石油钻机中电气液控制系统的智能化应用研究
5.石油钻井工程中钻机的智能电气液控制系统
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石油钻井工程中钻机的智能电气液控制系统石油钻井工程中钻机的智能电气液控制系统摘要：智能的电气液控制系统具有适应性、可靠性和安全性、先进行的特点，反应的速度身十分快捷，有着安装快捷方便、维护和操作十分容易的特点，能够满足石油钻机在野外作业的需求。

本文阐述了智能的电气液控制系统的基础原理和基础结构，并且分析了其在石油钻机上的可靠性应用和先进性应用，同时对适用性做出了分析比较，最终进行推广使用。

关键词：智能的电气液控制系统石油钻井工程钻机随着钻机市场的不断发展，石油钻机开发和研制的市场有广大的前景，随着HSE管理的规范化和系统化，具有自动化性能高的石油钻机被广泛的使用。

传统的石油钻机的控制系统存在着铺设的管线拆卸繁琐、维护安装复杂、危险性大、生产效率低的问题，气动阀件联系着各个逻辑控件，生产的效率很差，已经不能满足现代石油钻机的规范化布局、集中化控制、安全高效和快捷操作的需求。

1、智能的电气液控制系统的设计和结构原理智能的电气液控制系统在进行设计的过程之中，要保持执行元件、工作介质和动力结构的特征的平稳性，主要对发令结构、控制元件、控制元件的工作方式和传令结构做出了更改。

转而将通气开关、换向阀、溢流阀、继气器、调压阀，使用电控旋钮和电控换向阀等装置取代。

在控制方式上采用PLC系统，对开关量、模拟量进行控制，同时实现定时、计算、逻辑运算、控制顺序、联锁保护、过程控制、计数、联网和算术运算的功能。

智能的电气液控制系统的硬件主要由触摸屏、DDL、PCL和司钻房控制系统组成。

智能的电气液控制系统中的CPU 硬件可以完成对数据的处理，对逻辑运算进行控制，实现与触摸屏和DDL的无线通讯功能。

其中，触摸屏可以对钻进的参数和钻进的操作参数进行显示，智能控制系统中得控制元件都存在于阀导箱p 智能的电气液控制系统主要由对系统进行控制的硬件组成。

钻机的智能的电气液控制系统是由控制元件、电源、核心的控制系统和辅助设备元件等构成。

(10)授权公告号 CN 202148896 U(45)授权公告日 2012.02.22C N 202148896 U*CN202148896U*(21)申请号 201120265474.0(22)申请日 2011.07.26E21B 44/00(2006.01)(73)专利权人四川中曼电气工程技术有限公司地址610000 四川省成都市新都工业东区白云路39号(72)发明人张瑾 练国春 易伟 刘永国赵军民(54)实用新型名称石油钻机的PLC 控制系统(57)摘要本实用新型公开了一种石油钻机的PLC 控制系统，其特征在于，包括连接有电源的CPU 主站、分别连接在该CPU 主站上的钻台从站与变频器从站，所述钻台从站与变频器从站还分别与电源相连接。

本实用新型不仅结构简单、成本低廉，而且控制精度高、响应速度快、稳定性好，从而使石油钻机更安全、可靠，因此适合推广运用。

(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页1.石油钻机的PLC控制系统，其特征在于：包括连接有电源的CPU主站、分别连接在该CPU主站上的钻台从站与变频器从站，所述钻台从站与变频器从站还分别与电源相连接。

2.根据权利要求1所述的石油钻机的PLC控制系统，其特征在于：所述CPU主站包括分别与钻台从站以及变频器从站相连接的CPU模块，以及分别连接在该CPU模块上的CPU主站输入模块与CPU主站输出模块。

3.根据权利要求2所述的石油钻机的PLC控制系统，其特征在于：所述钻台从站包括与CPU模块相连接的ET200，以及分别连接在该ET200上的钻台从站输入模块与钻台从站输出模块。

4.根据权利要求3所述的石油钻机的PLC控制系统，其特征在于：所述钻台从站输入模块与CPU主站输入模块均包括数字量输入模块以及模拟量输入模块。

5.根据权利要求4所述的石油钻机的PLC控制系统，其特征在于：所述钻台从站输出模块与CPU主站输出模块均包括数字量输出模块以及模拟量输出模块。

石油钻机自动送钻控制系统的设计史亚贝;王景【摘要】为降低司钻工人的劳动强度,提高钻井速度、降低钻井成本,介绍了自动送钻的发展状况以及石油钻机工艺,并阐述了以西门子S7-300PLC为中心的自动送钻控制系统的设计.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷),期】2017(000)008【总页数】3页(P62-63,73)【关键词】钻机;自动送钻;控制系统【作者】史亚贝;王景【作者单位】河南工业职业技术学院,河南南阳473000;河南工业职业技术学院,河南南阳473000【正文语种】中文【中图分类】TE922石油和天然气是宝贵的能源和化工原料，为了寻找油气藏和开采石油天然气，需要钻井。

传统的人工控制给进钻井存在以下的缺点：（1）司钻长时间注意力高度集中，其精神、体力劳动强度大，极易疲劳，容易发生溜钻或顿钻事故。

（2）司钻手持刹把控制给进，容易发生井斜和卡钻等事故，送钻质量人为因素较大。

（3）司钻全凭经验进行操作，导致钻头负荷变化较大，加快钻头的磨损。

对于石油开采工作来说，自动送钻系统的应用能够降低司钻工人的劳动强度，更重要的是能提高钻井质量、降低钻井成本、提升钻井效率。

本文设计了以西门子S7-300PLC为中心的自动送钻控制系统，介绍了自动送钻监控系统的人机界面设计，通过自动送钻控制系统的设计，实现自动送钻，降低钻井成本，提高工作效率。

1.1 石油钻机的组成钻机主要是由旋转机构、钻井液循环机构、起升机构、动力驱动设备、传动系统、控制系统、钻机底座等部分组成[1]。

钻机组成如图1所示。

钻机各主要部分的功用如下：（1）旋转机构带动井下的钻具或钻头通过旋转、破碎岩石，并连接起升机构和钻井液循环机构。

（2）钻井液循环系统通过钻井泵将钻井液送至钻头后冲洗井底，携带岩屑从井眼与钻具间空隙带出地面，以利正常钻井。

（3）起升机构主要是起升和放下钻具、控制钻压送钻方式、更换钻头、下套管等。

动力通过传动装置来传递。

（4）传动系统工作部件与动力源之间的各种传动设施。

自动钻井控制装置
申守庆
【期刊名称】《石油知识》
【年(卷),期】1999()3
【摘要】H&P国际钻井公司在其IRI 1500系列钻机中综合应用了三种最先进的钻杆运动及钻井控制技术——刹车系统、滑车控制系统(BCS)以及自动钻井控制装置(AD),这使得能够在钻井、起下钻、下套管、地质定向和其它钻柱运动过程中更为安全和更为有效的控制滑车。

现场使用证明,使用BCS-AD系统能够在很大程度上延长钻头寿命并提高机械钻速。

每口井的平均机械钻井时间缩短了37%。

自1998年1月份首次采用这种新系统以来。

【总页数】1页(P12-12)
【关键词】钻井;控制装置;自动化
【作者】申守庆
【作者单位】江汉油田
【正文语种】中文
【中图分类】TE928
【相关文献】
1.最快捷的钻井方法：自动直井钻井装置——钻井原理,设计思想和现场试验 [J], 张镇
2.浅谈基于防喷器控制装置的钻井绞车防过提装置 [J], 涂明
3.负压钻井节流阀自动控制装置的研制 [J], 赵芳豹;李鹰峰;薛高峰
4.自动钻井控制装置和圆筒形泥浆罐 [J], 申守庆
5.钻井吹灰装置自动控制系统 [J], 刘智广
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