石油钻机井口机械化装置的运动控制模拟研究
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摘要
自动化钻机的关键部分就是其井口的机械化装置,而石油钻机井口的机械化的程度则取决于管具处理系统。我国从上世纪60年代开始便从事这方面的研究工作,并取得了一定的成绩,但总体上与国外相比仍有较大差距。鉴于直接对实物研究耗资太大的原因,采用了设计效率高、工作量相对较小、实用性较强的相似理论设计方法,参考国外同类型自动化钻机,利用三维造型软件UG NX4.0按比例设计了石油模型钻机的井口管具处理系统中的各模型装置,并对此模型的运动控制系统进行了设计研究。
此模型钻机采用全液压驱动形式,模型钻机的普通执行部件主要包括三个部分:顶驱系统部分执行元件、管具处理系统(包括用来移运立根的设备排管机械手及附属装置旋转立根盒和用于上卸管扣的设备铁钻工)和卡瓦装置。在工作过程中各执行单元均为单独执行,无两个执行单元同时执行的情况,故其动力由单泵驱动,即采用同一液压动力源,功率利用率高。
课题选用的控制器是欧姆龙的模块式可编程序控制器,以手动、单步、单周期和连续四种工作方式对此模型钻机的管具处理系统的运动控制部分进行了程序设计,提高了钻机井口机械化装置作业的自动化程度和可靠性,降低了司钻的劳动强度。在钻台上只需要1-2人就可以控制整台钻机的运行。
使用组态软件设计了监控钻机作业的人机界面,将钻机的工作状况和重要的检测开关和限位开关的状态以指示灯或图形的形式显示在司钻的面前,人机界面友好,有利于降低司钻的疲劳程度。
The key parts of Automated Petroleum Rigs are the wellhead mechanized devices.And the key of realizing the wellhead mechanization is the automatic degree of pipe processing system.From the 1960s,China has started the research in this area and has made certain achievements,but still has a big gap between the domestic and international.Because researching objects is too expensive,the thesis used this kind of design method of the similarity theory.The method is better in the efficiency and practicality aspect than researching objects.The workload is relatively small.Referencing domestic and international rigs, the wellhead device model of petroleum rig model was designed in scale by using 3D modeling software-UG NX4.0,and the thesis did systemically design and research on the control system of this model.
The model is driven by hydraulic pressure, the ordinary parts of the model petroleum rig include four major components.The four major components are the part of top-driven systerm,pipe processing systerm(including the robotic hand and iron roughnack) and slips.During work,the various parts are working alone,without the two parts working together.So they are driven by a single pump.It is high power utilization to use the same hydraulic power.
The controller is modularized PLC of OMRON company in this thesis. There are four working ways(manual,single-step,single-cycle and cycle)to be designed for pipe processing system of the model rig.In this way,the automatic degree and the reliability degree of the work of wellhead mechanized devices is improved and workloads of the driller are reduced.Only 1-2 workers on the drilling platform rigs can control the whole operation.Designed the interface of the rig by using Configuration Software,the interface can display the rig’s status to driller with indicator lights or figures,and the driller’s tiredness can be reduced.
此模型钻机采用全液压驱动形式,模型钻机的普通执行部件主要包括三个部分:顶驱系统部分执行元件、管具处理系统(包括用来移运立根的设备排管机械手及附属装置旋转立根盒和用于上卸管扣的设备铁钻工)和卡瓦装置。在工作过程中各执行单元均为单独执行,无两个执行单元同时执行的情况,故其动力由单泵驱动,即采用同一液压动力源,功率利用率高。
课题选用的控制器是欧姆龙的模块式可编程序控制器,以手动、单步、单周期和连续四种工作方式对此模型钻机的管具处理系统的运动控制部分进行了程序设计,提高了钻机井口机械化装置作业的自动化程度和可靠性,降低了司钻的劳动强度。在钻台上只需要1-2人就可以控制整台钻机的运行。
使用组态软件设计了监控钻机作业的人机界面,将钻机的工作状况和重要的检测开关和限位开关的状态以指示灯或图形的形式显示在司钻的面前,人机界面友好,有利于降低司钻的疲劳程度。
The key parts of Automated Petroleum Rigs are the wellhead mechanized devices.And the key of realizing the wellhead mechanization is the automatic degree of pipe processing system.From the 1960s,China has started the research in this area and has made certain achievements,but still has a big gap between the domestic and international.Because researching objects is too expensive,the thesis used this kind of design method of the similarity theory.The method is better in the efficiency and practicality aspect than researching objects.The workload is relatively small.Referencing domestic and international rigs, the wellhead device model of petroleum rig model was designed in scale by using 3D modeling software-UG NX4.0,and the thesis did systemically design and research on the control system of this model.
The model is driven by hydraulic pressure, the ordinary parts of the model petroleum rig include four major components.The four major components are the part of top-driven systerm,pipe processing systerm(including the robotic hand and iron roughnack) and slips.During work,the various parts are working alone,without the two parts working together.So they are driven by a single pump.It is high power utilization to use the same hydraulic power.
The controller is modularized PLC of OMRON company in this thesis. There are four working ways(manual,single-step,single-cycle and cycle)to be designed for pipe processing system of the model rig.In this way,the automatic degree and the reliability degree of the work of wellhead mechanized devices is improved and workloads of the driller are reduced.Only 1-2 workers on the drilling platform rigs can control the whole operation.Designed the interface of the rig by using Configuration Software,the interface can display the rig’s status to driller with indicator lights or figures,and the driller’s tiredness can be reduced.
引文
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[2] 张绍槐,张洁.2l世纪中国钻井技术发展与创新.石油学报,2001;22(6):63-69
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[5] 周斌,池胜高.轻型钻机及修井机自动控制系统研究.江汉石油科技, 2004;14(4):42-43
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[12] 杨汉立,郭谊民,石宪峰.顶部驱动装置在轻型钻机上的应用研究.石油机械,2003;31(5):54-56
[13] 赵志丽,张天福,王正武.海洋钻修机采用顶驱装置的可行性研究.石油机械,2002;30(9):34-36
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