石油鉆機(jī)恒鉆壓自動送鉆系統(tǒng)研究.pdf

1、自動送鉆系統(tǒng)是根據(jù)石油鉆機(jī)鉆井工藝要求而開發(fā)的一種新型的控制系統(tǒng)。使用自動送鉆系統(tǒng)不僅能夠降低司鉆工人的勞動強(qiáng)度，而且還可以提高鉆井速度、降低鉆井成本。但是，不同的控制器和剎車執(zhí)行機(jī)構(gòu)對送鉆安全性的保障程度和對打井質(zhì)量的影響是不同的。因此，選用較好的控制方式和合適的剎車機(jī)構(gòu)是提高自動送鉆系統(tǒng)控制性能的有效途徑。 目前，自動送鉆系統(tǒng)有以下兩種：一種是基于盤式剎車的自動送鉆系統(tǒng)，即通過控制盤式剎車的剎車力，來維持鉆頭處的鉆壓基本恒定

2、，實(shí)現(xiàn)恒鉆壓鉆進(jìn)；另外一種是蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，即通過變頻器和變頻電機(jī)，來實(shí)現(xiàn)自動送鉆。前者由于盤式剎車多個剎車片的同步性和動作靈敏性，使剎車力難以控制，直接影響自動送鉆系統(tǒng)的性能，而后者需要增加新的設(shè)備，使用受到限制。 本文論述了一種伊頓剎車恒鉆壓自動送鉆系統(tǒng)，即以伊頓剎車作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，取代盤式剎車，在PLC中通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)，使鉆壓基本維持恒定，實(shí)現(xiàn)恒鉆壓鉆進(jìn)。其中，伊頓剎車是一種氣控水冷型的新型剎車系統(tǒng)，通過比例壓力

3、閥輸入電流的大小線性成比例地控制剎車機(jī)構(gòu)大小氣缸的壓力，即剎車力，以維持鉆進(jìn)過程中鉆壓的恒定。此外，該剎車機(jī)構(gòu)還具有壓力監(jiān)控和全壓力提供功能，這使自動送鉆不僅在鉆進(jìn)過程中能維持鉆壓恒定，而且在緊急情況下能夠迅速制支停車，保證安全生產(chǎn)。而PLC作為微機(jī)控制器，其主要任務(wù)是：在PLC中通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)，使鉆壓基本維持恒定，實(shí)現(xiàn)恒鉆壓鉆進(jìn)。 本文首先對原有盤式剎車自動送鉆控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析，指出其存在的問題和不足

4、，提出利用微機(jī)作為控制器的必要性；然后根據(jù)伊頓剎車的控制原理和PLC模擬量控制方式，設(shè)計(jì)出伊頓剎車恒鉆壓自動送鉆系統(tǒng)的原理框圖、硬件組成、控制電路和PLC程序，使鉆壓調(diào)節(jié)、安全監(jiān)控、無擾切換均由PLC來完成，并使系統(tǒng)在送鉆過程中能夠保持鉆壓恒定。另外，當(dāng)游車超過安全區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)自動控制游車減速和軟停，有效地防止溜鉆、卡鉆、游車上碰下砸事故的發(fā)生，保障安全生產(chǎn)，降低總的鉆井成本、提高鉆井速度。為了驗(yàn)證該控制方法的正確性和可行性，對伊頓剎車