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摘要：鉆井設備的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)以液控、氣控為主。存在現(xiàn)場控制管線鋪設拆卸復雜，安裝維護不方便，安全可靠性差，反應時間較長等缺點。針對鉆井現(xiàn)場控制系統(tǒng)現(xiàn)狀，在保留原傳統(tǒng)氣液控制系統(tǒng)動力、執(zhí)行元件及動力傳動介質(zhì)基本不變的前提下，對原氣液控制系統(tǒng)的操作機構(gòu)、傳令機構(gòu)及控制部分的元件及工作方式進行電氣化改造，并可引入PLC作為核心，通過程序?qū)崿F(xiàn)對鉆井設備的集中系統(tǒng)控制。改造后的控制系統(tǒng)具有反應速度快，安裝方便快捷，容易操作和維護等特點，大大提高設備的可靠性和安全性，同時減少了人員工作量。

關(guān)鍵詞：鉆井；控制系統(tǒng)；電氣；自動化

一、引言

縱觀國內(nèi)外鉆井設備的發(fā)展趨勢，鉆井行業(yè)對鉆井設備的可靠性、功能性與技術(shù)智能化的要求越來越高，鉆井設備的自動化控制能提高鉆井的工作效率，同時提高了工作人員的人身安全和生產(chǎn)施工安全。隨著計算機通訊技術(shù)的廣泛應用，鉆井設備的自動化水平，能夠減少人工作業(yè)，提高鉆井生產(chǎn)的精確性，還能保證生產(chǎn)的安全系數(shù)。

二、鉆井控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

近年以來，我國石油鉆井行業(yè)正在逐步與國際接軌，國內(nèi)外對石油鉆井的要求也越來越高。我國的石油鉆井設備在標準化和制造水平及創(chuàng)新研發(fā)能力，產(chǎn)品質(zhì)量和品種等方面有較大的提高和發(fā)展，機、電、液，信息一體化的主流技術(shù)已廣泛應用于石油鉆井設備。就其控制系統(tǒng)組成來看包括了電氣傳動系統(tǒng)、氣壓傳動系統(tǒng)、液壓傳動系統(tǒng)、PLC智能控制系統(tǒng)[1]等各種控制系統(tǒng)，但石油鉆井設備龐大、結(jié)構(gòu)復雜，另外由于鉆井設備成本投入較高，造成產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度較慢，新的先進技術(shù)設備不能及時應用于鉆井生產(chǎn)現(xiàn)場。傳統(tǒng)的鉆井設備及氣液為主的控制系統(tǒng)仍然是短期內(nèi)國內(nèi)鉆井行業(yè)的主流配套組合。

三、傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的優(yōu)劣

（一）傳統(tǒng)液氣控制系統(tǒng)的優(yōu)點

1、氣動控制具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，對工作環(huán)境要求不高、適應性好，特別適用于易燃、易爆、潮濕、振動等惡劣環(huán)境場合。

2、氣控系統(tǒng)工作介質(zhì)是壓縮空氣，既降低成本又不會造成污染。因此氣壓傳動在石油鉆機傳動系統(tǒng)中，特別存在爆炸危險性的石油鉆井設備有著明顯的優(yōu)點。

3、液壓系統(tǒng)能夠滿足大功率能量傳遞的設備中。

4、液壓系統(tǒng)具有自潤滑性好，使用壽命長的特點。

（二）傳統(tǒng)液氣控制系統(tǒng)的缺點

1、管線現(xiàn)場鋪設拆卸復雜。例如，各氣液控制管線需要設置排管架，在管線拐角及司鉆房和設備進出處等需要大量的連接接頭。

2、占用空間較大。各閥體占用空間較大，從而造成設備及控制單元體積較大，給維護和使用都帶來不便，同時增加了設備制造成本。

3、安全可靠性差。氣控系統(tǒng)中司鉆控制房內(nèi)的手動換向氣閥容易造成誤操作而發(fā)生嚴重的生產(chǎn)事故；另外，液氣控制系統(tǒng)沒有連鎖互鎖等相應的保護機構(gòu)、安全性較差。

4、系統(tǒng)反應遲鈍。液氣控制系統(tǒng)的控制管線較長、液體和氣體在管線內(nèi)傳遞時間較長、執(zhí)行指令遲鈍、易造成事故。

5、維護修理復雜?？刂乒芫€及閥件易出現(xiàn)堵塞故障、需要定期維護保養(yǎng)。管線接接頭更換麻煩。

四、控制系統(tǒng)電氣化改造方案

傳統(tǒng)氣液控制系統(tǒng)存在安裝維護不便、生產(chǎn)效率低、安全可靠性差等缺點，但基于液壓系統(tǒng)及氣控系統(tǒng)的優(yōu)勢，改造方案保留原傳統(tǒng)氣液控制系統(tǒng)動力、執(zhí)行元件及工作介質(zhì)基本不變的前提下，對原氣液控制系統(tǒng)的發(fā)令機構(gòu)、傳令機構(gòu)及控制部分的元件及工作方式進行電氣化改造。

（一）基本電氣化改造方案

對于氣控系統(tǒng)，對原控制系統(tǒng)中的相應氣開關(guān)用電控氣閥代替，并將氣控閥組集成于一閥組箱內(nèi)，方便安裝維護?？刂齐娐芳捎谝粭l多芯電纜連接于司鉆房內(nèi)的集成控制面板，使用控制面板上的電控按鈕通過電信號控制氣閥的工作，且每個閥上設置手動按鈕，按動相應按鈕可實現(xiàn)沒有電源情況下仍然可以控制閥組工作。另外可以在離合器、氣閥等處安裝開關(guān)量元件，通過電信號檢測設備工作狀態(tài)，并設置相應的連鎖互鎖保護。例如，在立管閘門處安裝開關(guān)量元件，設置此開關(guān)量與鉆井泵的電控連鎖，當立管閘門處于關(guān)閉狀態(tài)時，開關(guān)量元件處于關(guān)閉狀態(tài)，此時與開關(guān)量連鎖的鉆，井泵電控按鈕按下時，相應鉆井泵電控氣閥無法動作，從而保證安全。

同樣對于液壓系統(tǒng)的換向閥、溢流閥和調(diào)壓閥等用電控按鈕、電控液壓比例閥等代替，并用電控方式通過控制面板集中控制并通過電控的互鎖連鎖設置相應的限制和保護。

（二）智能電氣化改造方案

要實現(xiàn)對鉆井設備的智能化自動控制，可引入PLC作為核心。采用PLC集成控制可實現(xiàn)對氣閥的開關(guān)量控制也能實現(xiàn)對液控比例閥、調(diào)壓閥等的模擬量控制，同時可實現(xiàn)邏輯運算、順序控制、延時控制、聯(lián)鎖互鎖保護等智能運算。并且PLC可配合各種傳感器、開關(guān)量和模擬量等多種采集信息元件，對采集信息通過軟件方便的實現(xiàn)和控制系統(tǒng)限制、互鎖、連鎖等保護。PLC系統(tǒng)的信號傳遞只需一個通信電纜，不但節(jié)省掉氣液管線并且能節(jié)省單純電器控制的電纜數(shù)量。配合觸摸屏顯示器使用，使整套PLC控制系統(tǒng)具有鉆機操作和鉆井參數(shù)實時顯示、設備運行監(jiān)控與顯示、故障指示、安全保護等功能。在引入PLC控制系統(tǒng)的同時可同時配備基本電氣化改造中的方案，以控制面板電控按鈕控制作為冗余設計，在PLC出現(xiàn)故障時可以關(guān)閉PLC控制系統(tǒng)，通過控制面板進行操作。

（三）電氣化改造的優(yōu)點

電氣化改造后的控制系統(tǒng)以電信號作為傳令信號，傳遞準確、迅速，有效地解決了氣壓傳遞不可靠、傳遞效率低和液壓信號功率損失較大、傳遞速度慢、受溫度影響大等問題，使鉆機控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、動作及時，執(zhí)行準確。并且電氣化改造后的控制系統(tǒng)實現(xiàn)了規(guī)范化、集成化，使人員操作和維護安裝更加方便。省時省力。通過控制面板或觸摸屏控制和顯示，司鉆臺能實時了解和控制設備的工作狀態(tài)，可杜絕一誤操大大減少事故的發(fā)生，提高了鉆機的可靠性和安全性。

五、結(jié)束語

對于引入PLC的控制系統(tǒng)智能化改造方案成本相對較高，因此針對現(xiàn)場實際情況，對于鉆機使用壽命權(quán)衡是否進行引入PLC的智能控制系統(tǒng)改造。對于鉆機較陳舊，可利用年限不多的設備進行簡單的基本電氣化控制系統(tǒng)改造不失為一種更為合理的選擇。在不需要花費較大成本的前提下，大大提高了設備的可靠性和安全性，維護和操作更加方便，減少鉆井生產(chǎn)事故的發(fā)生。

參考文獻：

[1]張萬忠，劉明芹.電器與PLC控制技術(shù).北京：化學工業(yè)出版社，2004：77—88.

[2]張建成.石油鉆機電氣傳動系統(tǒng)的最新發(fā)展[J].電氣傳動，2004（2）：10—11.