新型海洋模块化钻机钻井电控系统的技术分析

颜菁菁（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300451）

新型海洋模块化钻机钻井电控系统的技术分析

颜菁菁（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300451）

近年来社会经济和各个领域的工程技术都在不断地进步，而随着世界对能源需求的加强和对海洋的进一步开发，海洋模块有不少新的技术发展，目前钻机钻井电控系统已经成为了新型海洋模块化的一项重要热门新技术，同时钻井支持平台辅助海上石油钻井作用也成为了当前的新配置方式。本文将分析新型海洋模块化背景下钻井电控系统技术的研究现状与发展趋势等问题。

钻井电控系统；钻井支持平台；海洋石油；技术分析

对当前社会发展情况来说，一个国家的资源开发情况影响的不仅仅是这个国家本身的硬实力、国际地位、国际影响力和全球能源类产业发展贡献率等，还影响了人民物质生活水平、环境污染情况、可持续社会发展问题、能源消耗类经济发展与扩展情况等，而目前在海洋石油开发上的钻井支持平台可以有效提高资源开发率，还能在实际操作中能视线技术人员远程操控功能，以及减少建造及运作的成本，对于海洋产业的发展、能源的开发、经济的推动等都有极其重要的作用。

1 从钻井电控系统技术概要和发展背景看其研究的必要性

目前在海洋石油开采平台实施的钻井电控系统的核心技术为交流变频驱动技术，其要点就是操作人员通过对变频器的控制来实现对钻机钻井电控系统下设备的控制，也就是对钻井控制系统输入相关的一些指令来调节电动机的电压、频率等数值来驱动功能实现，从而达到石油开采作业所要求的目标。近些年在钻井电控系统的控制功能、通讯功能、保护功能等方面都有一定的改善和更新，但总的而言钻井电控技术仍旧存在不足，所以仍需要相关研究人员继续努力。

就社会发展背景而言，在海洋平台的钻井电控技术也有其研究发展的迫切需求：随着可持续发展理念国际范围内的普及、普通石油气逐渐短缺的现状和环境友好需求与环境污染矛盾的日益加剧等问题的出现，所有国家都迫切地需要新的能源，且需求量不小，所以在当前的国际共同大环境发展开采海洋石油的相关技术显得尤其重要。发展相关技术提高海洋石油开采量既能够迎合各国的经济、社会发展需求，也能够为能源节约、减少环境污染等提供一定的帮助，因此当前有其研究发展的必要性。

2 钻井电控系统发展现状--主要设备情况简析

钻井电控系统有几个主要设备对海洋石油开采作用有重要的推动支持作用，其功能各有相似和优秀之处，只要根据不同系统不同特点进行合理、科学化的配置，就能有效地辅助海洋模块化的发展，促进海洋平台石油开采量的提升。

2.1 绞车电控系统

绞车电控系统在海洋石油开采钻井支持平台上部分的应用是：钻井绞车及其PLC主控制器一般在钻井模块中发挥作用，而绞车的变频器单元会安装在钻井支持平台的机舱中与其他装置共同发挥作用，此外还有一些通讯、控制上的运用。

绞车电控系统在它整个发展进程中有过好几种系统形式，经历了不少改进才有目前的系统情况：最初的绞车电控系统没有良好的控制功能，存在有安全隐患、占用空间较大、传动效率低、维护成本高、过载能力差等一系列问题。而在研究人员不懈的努力下，现有的绞车电控系统的确实现了调速精度高范围广、双线制有效控制与保护、操作简便又有良好节能效果等优点。除此外还有很多优良的功能：一是钻井控制PLC可以通过光纤、网线连接司钻房触摸屏实现对绞车电动机的远程控制；二是钻井绞车一般会配置2台主电动机，而两者之间使用的是主从控制模式，也就是变频器结合电动机编码器等根据采集解码后得到的信息对主电动机做闭环矢量控制；三是当绞车运作中使用双电动机驱动模式时，钻井PLC会对两个电动机的变频器进行综合控制来平衡两者的数据水平，使得双电动机最终能够稳定地运行。诸如此类的技术改进无疑提高了工作效率。

2.2 泥浆泵电控系统

泥浆泵电控系统主要运用在钻井支持平台的机舱上，它的情况大致是：用大约3台泥浆泵为钻井模块提供钻井液、通过一台钻井PLC实现对它的独立逻辑控制，还可以通过钻井PLC接受司泵台操作信号实现泥浆泵的本地控制，同时它也可以通过司钻房的触摸屏对其进行远程控制。此外，泥浆泵上一般还安装了各种传感器和压力开关，帮助其控制系统顺利运行泥浆泵主电动机及其附属的风机、润滑油泵电动机、灌注泵电动机等。

2.3 顶驱电控系统

顶驱电控系统设备配备了独立的PLC控制机柜以及变频器控制单元，也是多使用与钻井支持平台机舱中，总的来看其控制功能和通讯功能都与绞车电控系统比较相似，就是与泥浆泵电控系统也有部分相似之处，但顶驱电控系统也有自己的特点。顶驱电控系统使用的不是传统的PLC控制而是软PLC技术，这项技术跨越了传统的限制，实现了将相关工作数据上传网络，方便工作人员通过网络上的信息实时了解工作情况，并能及时对工作采取相关行动如排除现场故障事件、在合适的时间提供保养维护等。

2.4 钻井液态控系统设备电控系统

钻井液态控系统设备电控系统的一大特点是它能在使用中与其他钻井设备相互合作，有效推进钻井开采作业的运作，尤其是当钻井模块中固控区域配置了本地的启动器有利于远程控制的实现和良好运作时。该系统的远程控制模式比前几个系统的应用要更复杂和多样一些：侧中控系统PLC输入信号控制该系统的本地启动器，而中央控制系统与位于固控区域的阀门控制箱进行连接来实现远程控制；或者是钻井PLC或者中央控制柜PLC可以通过司钻房触摸屏，跟绞车电控系统、泥浆泵电控系统类似地进行远程控制。

3 钻井电控系统的未来发展趋势

3.1 智能化发展

近些年来智能化的发展越来越受到社会的瞩目，也有了不少强大的产品被创造出来甚至上市，由此可知智能化相关技术在国内国外都有一定的发展，也越来越广地运用在各式各样的行业中，像是手机APP、汽车驾驶领域都有智能化技术的大范围应用。在钻井电控系统中添加智能化技术，核心问题就是结合智能化技术和现代控制技术，实现后的优点是智能化的钻井电控设备可以根据石油开采作业实时情况自动完成任务（任务可以是阶段性的，便于智能检测作业完成水平），如果加入智能自我诊断功能，那就能有效地在加快工作速率的同时减少了人工失误如操作不当等问题。总之，智能化钻井电控技术的一大要点是尽可能跳过中间的人工操作环节，加快设备的工作速率的同时一方面能精准地获取作业过程中所获得的数据，一方面控制端能快而准确地根据运作数据发出准确的执行信号来整体控制工作进程。也就是通过智能化技术的添加减少工作错误并提高精确度，从而扩大同一时间量内的开采量，满足世界的能源需求。

3.2 网络化发展

生活在信息时代，网络无处不在，因此网络在各行各业的运用也越来越多，尤其是实践证明网络化有利于简化工作流程提高工作效率、缩减工作成本增加产品价值和节约工作时间和资源等，对产业或者技术的发展都有十分重要的推动作用。目前要网络化发展钻井电控技术，主要有两种方式，一种是通过网络连接起钻井电控系统中实现控制功能的各项部件，节省中间的信息传输环节，甚至还可以通过各部件的连接来分析并调配出能最高效工作的相配合组合，起到提高效率节约资源消耗等作用；另一种是共享钻井过程的资源，方便操作人员随时观测开采过程的数据，确保工作顺利进行，并适时地施加一定的调控等。总之，网络化发展钻井电控系统有利于高效的远程控制和无人化操作发展，这种发展既符合了时代潮流的发展趋势，又有助于上述智能化的技术发展，也即实现多项技术在钻井电控系统中的结合，最终推动产业的发展。需要注意的是保证所运作网络的安全，网络的安全关系到开采数据的安全和整个开采过程的作业精确情况。

3.3 开放化发展

钻井电控技术的开放化发展指得是提高电控系统的操作性、移植性、拓展性和互换性等，也就是使得钻井电控系统能够更好地适应不止一个操作平台，在对控制系统部件进行连接的基础上。即使在不同的平台、系统中都可以相互运行并操作。这一发展的要点仍旧是提高钻井电控系统的工作效率，同时提高它的可操作性，降低操作难度来提高工作质量，以及方便工作人员对该系统的生产管理和运作，让其更好地满足生产者的需求。

4 结语

技术的发展永无止境，尤其的那些对社会、经济等发展有重要贡献、作用的技术，由本文的阐述可知，海洋模块化开发发展背景下，钻井电控系统的研究有其重要性和必要性，而由于近些年研究人员的不断努力，钻井电控系统在控制技术、控制装置上都有了不错的成绩和具体成品，但在海洋石油开采中技术的具体运用上可知当前的钻井电控技术仍旧存在一些不足之处，因此，本文提出了一些钻井电控系统的发展趋势，以智能化、网络化、开放化发展为方向，期望研究者可以在将来研制出更能符合社会需求的相关技术。

［1］罗佩豪，李云鹏，王波，高智超，魏峰.新型海洋模块化钻机钻井电控系统的技术分析［J］.机械工程师，2016，（04）.

［2］栗慧燕，熊宁香.试论钻井平台电控系统的发展趋势［J］.中国新技术新产品，2014，（17）.