idriller石油钻机集成控制系统研制概要
自动化智能化石油钻井系统
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。
石油钻机集成控制虚拟仿真操作系统[发明专利]
![石油钻机集成控制虚拟仿真操作系统[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/187b8b6ebceb19e8b9f6ba93.png)
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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中国石油7000 m自动化钻机电控系统研制
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机械工程师
MECHANICAL ENGINEER
风险。以井口中心为坐标点，结合相关传感器信号，经过
软 件 编 程 ，实 时 计 算 各 设 备 的 关 键 轮 廓 点 ，通 过 比 较 关
键点的距离判断是否存在碰撞风险，然后通过提示或紧
急制动实现即将碰
撞设备的停车，以确
保设备自身的安全。
图7所示为防碰空间
直驱电动机驱动
员园园园 k宰
员园园园 k宰 主轴旋转。
较之常规驱
图2 直驱绞车传动原理
动方式直驱系统 的主要技术优势
如下：
远园园 k宰
远园园 k宰
1）传 动 效 率
高，结构简单，便
于维护保养，降低
系统故障率；
2）降 低 生 产
成本，仅绞车减速
箱减重约17吨，且
无需送钻电动机
及其变频器；
图3 直驱钻井泵传动原理
划分及存在碰撞风
险的设备状态提示。
图7 防碰显示
2.2.2 设备互锁管理 互锁控制程序
主要存在与管柱持有
权限交接的过程中。
确保交接管柱的两设
备之间至少有一个设
备持有管柱，避免管
图8 互锁显示
柱脱落的事故出现。 如图8所示，为互锁功
能设置与状态提示人机界面。
3 钻机集成控制网络
n
图9 集成控制网络
该钻机集成控制系统由上位级、中间级和现场级3个
3）控 制 更 为 精确，无减速机的
齿轮间隙、减速比换算误差等问题；
4）外形体积小，绞车宽度不超过2.5 m，泥浆泵宽度
不超过3.2 m，实现一体化运输，降低运输成本和拆装工
作量。
2 伺服驱动及安全管控系统
石油钻机自动送钻控制系统研究
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。
8000 m四单根立柱自动化钻机研制
3） 立根排放系统。钻台机械手、四单根二层 台排管装置、三单根二层台排管装置配合作业，实现 立根在二层台、井口之间的移送和排放。四单根二 层台排管装置机械手为复合式机械手，对钻杆采用 悬持移运方案，对钻铤采用推扶移运方案。四单根 二层台设悬挂台，对小钻具四单根立柱采用悬挂方 案进行排放。
1国内外现状
前苏联曾在塔式井架上尝试过四单根立柱 施工，未见后续推广应用。中国石油集团于2012 年启动陆地“四单根立柱超深井钻机研制与现场 试验”项目，研制了四单根立柱钻机原理样机，试 验证明可以缩短起下钻时间，减少复杂事故，四 单根立柱施工可成为深井超深井钻井提速、提效 的一种新途径［45］ o该钻机对于0127 mm（5英 寸）钻杆和大于0114 mm（4江英寸）的钻铤搬移、 靠放稳定［6'8］,但对于小钻具不能实现四单根立 柱施工，降低了整体提速效果；管柱自动化系统 的铁钻工和钻台机械手等主要设备还都是手动 控制或者手持遥控盒在司钻房外操作，尚未完全 集成至司钻房［9］,系统集成控制程度不高；钻机 部件有待优化结构、减轻质量、提高性能。
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石油矿场机械
2021 年7 月
1 —排管架；一动力猫道；3 —液压站；4—司钻房；5 —悬挂台；6—四单根二层台排管装置； 7 —三单根二层台排管装置；8 —缓冲机械手；9 —钻台机械手；10 —铁钻工；11 —泥浆盒。 图3管柱自动化系统
1） 管柱输送系统。采用液压排管架、动力猫 道、缓冲机械手配合作业，完成钻井管柱从地面到 井口中心的自动化输送，实现地面排管区的无人 值守。
最大钩载
5850kN
最大钻柱载荷 绞车输入功率
浅谈PLC在石油钻机中的应用研究
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。
idriller石油钻机集成控制系统研制概要
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@。
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idriller石油钻机集成控制系统研制概要
魏培静;于兴军;刘向军;杨双业;梁卫斌;林康;王飞
【期刊名称】《石油矿场机械》
【年(卷),期】2016(042)011
【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。
【总页数】6页(P88-92,93)
【作者】魏培静;于兴军;刘向军;杨双业;梁卫斌;林康;王飞
【作者单位】宝鸡石油机械有限责任公司，陕西宝鸡 721002; 国家油气钻井装备工程技术研究中心，陕西宝鸡 721002;宝鸡石油机械有限责任公司，陕西宝鸡721002; 国家油气钻井装备工程技术研究中心，陕西宝鸡 721002;宝鸡石油机械
有限责任公司，陕西宝鸡 721002;宝鸡石油机械有限责任公司，陕西宝鸡721002; 国家油气钻井装备工程技术研究中心，陕西宝鸡 721002;宝鸡石油机械
有限责任公司，陕西宝鸡 721002; 国家油气钻井装备工程技术研究中心，陕西宝
鸡 721002;宝鸡石油机械有限责任公司，陕西宝鸡 721002; 国家油气钻井装备工程技术研究中心，陕西宝鸡 721002;宝鸡石油机械有限责任公司，陕西宝鸡721002; 国家油气钻井装备工程技术研究中心，陕西宝鸡 721002
【正文语种】中文
【中图分类】TE928
【相关文献】
1.石油钻机专用有源滤波器的研制 [J], 李剑波;杜朋
2.液压勘察船钻机电液复合集成控制系统研制与应用 [J], 张鹏飞;杨双业;罗磊;夏辉;王永鹏;李博洋;周海磊
3.3000 m超长单根自动化石油钻机的研制 [J], 刘静;郭小艳;程晓丽;张虎山;刘志桐;杜永军
4.中国石油超深井自动化钻机研制再获突破 [J], 赵艺涵
5.中国石油7000 m自动化钻机电控系统研制 [J], 张革民;袁通华;李炎伟;解新因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。