淺談石油鉆機上現場總線技術的應用

張德森

[摘要]以石油鉆機上的現場總線技術為研究對象，對相關問題進行分析闡述。主要介紹石油鉆機的發展趨勢：探討與石油鉆機現場總線技術相關的問題。希望研究能夠給相關領域的研究帶來指導和幫助。

[關鍵詞]石油鉆機現場總線技術

中圖分類號：TE9文獻標識碼：A文章編號：1671—7597(2009)0620122－01

一、電驅動鉆機是鉆機發展的總體趨勢

當前石油鉆機驅動系統主要有機械驅動、液壓驅動和電驅動三種形式。其中電驅動鉆機是以柴油發電機組發出交流電，通過調速裝置處理后，分別拖動絞車、泥漿泵、轉盤或頂部驅動裝置的驅動電機進行作業。

電驅動鉆機與機械鉆機相比具有以下優越性：

1傳動環節少，傳動效率高：

2平均機械鉆速高；

3使鉆井設備的布置和排列具有極大的靈活性；

4電機傳動平穩，轉速和扭矩可以進行精確控制，對處理鉆井事故有利；

5操作簡單，運行可靠，維護量少，鉆井時效高，機修停工率低。

電驅動鉆機用直接對電機調速代替機械鉆機的換檔機構，減少了傳動環節，提高了效率。這樣電驅動鉆機采用兩檔或是一檔絞車就可以完成機械鉆機至少四檔絞車完成的作業，所以鉆機的結構更加緊湊、合理，可以十分方便的進行布置和安裝，而維護費用卻大大減少。最重要的是電傳動不但可以十分方便的控制轉速和扭矩，還可以輸出短時過載扭矩來滿足處理事故的需要。而這些功能通過手感舒適的按鈕、轉換開關、電位器手輪等元器件就可實現，若與計算機與網絡技術結合起來就可以實現鉆井的自動化控制。

由于電驅動鉆機具有機械驅動鉆機無法比擬的優越性，使它成為鉆機發展的總體和必然的趨勢。從用戶及市場的需求出發，發展電驅動鉆機勢在必行。電驅動發展上，電驅動鉆機的機械部分立足于國內生產制造，而電氣控制系統的主要核心器件由于國內電子、電器產品的發展相對滯后，所以在短期內還會以進口的方式解決。但隨著國內電子產品質量的提高，國產產品取代進口產品的日子并不遙遠了。

二、鉆機上全數字交流調速系統使通訊采用總線技術成必然

石油鉆機是勘探開發石油資源的重要設備，最初我國的石油鉆機電傳動系統主要依賴進口，近幾年來，隨著技術水平的進步，國產電傳動系統逐漸開始占領市場，但主要還是SCR，朋(晶閘管直流電動機)的直流調速系統為主，效率低，操作復雜，一些操作控制功能靠繼電器來實現。現場調試工作量大，正常使用時的維護工作量相應也很大。

伴隨著電力半導體器件以及交流電動機速度控制的不斷完善，在最近的二十年時間內，以各種電力半導體器件構成的變頻器已經發展了好幾代，使當今高性能的交流調速系統在技術水平上已經趕超了直流調速系統。動態性能好、功率因數高、效率高、諧波小、維護簡單等特點使變頻器驅動的交流電機調速系統正在逐步取代著包括直流電動機調速系統在內的各種調速系統。顯示出交流調速系統本身的優越性和巨大的社會效益。

因此以可靠性作為前提，盡量采用先進的技術，進行合理的技術設計和結構設計的交流全數字電傳動系統就成為鉆機電控系統的首選。現場總線和數字化司鉆臺的應用，使系統內各設備間的連線，尤其是控制房與司鉆臺間的連線大大減少，減少了故障點，而且增強了系統的抗干擾性。在系統設計上，傳動部分采用變頻柜切換的方式，即當絞車／轉盤變頻柜出現故障后，可以通過接觸器切換，用泵變頻柜來驅動絞車／轉盤。系統操作采用正常和應急兩種操作方式，正常情況下采用觸摸操作屏，由PLC通過總線通訊的方式完成邏輯操作控制；當PLC或總線網絡出現故障，由應急司鉆臺，通過繼電器來完成邏輯操作控制。所以當出現故障后，可通過迅速切換減少停機時間，大大提高系統的可靠性。

三、在石油鉆機上的應用理場總線PROFIBUS技術

現場總線技術(Filed bus Control SystemFCS)是將自動化最底層的現場控制器和現場智能儀表設備互連的實時控制通訊網絡，遵循ISO的OSI開放系統互連參考模型的全部或部分通訊協議。FCS則是用開放的現場總線控制通訊網絡，將自動化最底層的現場控制器和現場智能儀表設備互連的實時網絡控制系統。FCS各控制器節點下放分散到現場，構成一種徹底的分布式控制體系結構，網絡拓撲結構任意，可為總線形、星形、環形等·通訊介質不受限制，可用雙絞線、電力線、無線、紅外線等各種形式。FCS形成的Intrenet控制網很容易與Intranet企業內部網和Internet全球信息網互連，構成一個完整的企業網絡三級體系結構。

眾所周知，鉆井工程技術是由鉆井工藝技術和鉆井裝備技術兩個缺一不可的部分組成：工藝和裝備相互依賴與相互促進的辯證統一關系，是鉆井工程整體技術不斷進步的基礎。為實現安全、高效、低成本鉆井，現代石油鉆機在上世紀晚期推廣應用頂部驅動、盤式剎車和自動送鉆等新技術以來，正朝數字化、信息化、自動化、智能化、大型化以及機電液數字通訊一體化方向發展，DBS系列數控變頻電動鉆機正是在這種形式下應運而生的·DBS鉆機集成應用現代先進成熟的交流變頻、矢量控制、總線通訊、數字可編程序控制和計算機技術，建立起數字化、信息化、智能化平臺，使鉆機主要功能實現全數字控制，并為以后建立鉆井工程數據庫和遠程鉆井支持系統，實現智能優化鉆井創造了條件。

DBS鉆機現有的網絡系統如果和局域網和利用衛星或Internet網的遠傳系統結合起來構成三層的系統，再與遠程控制中心的辦公自動化系統結合起來，通過安裝相應的應用軟件，就能夠構成遠程鉆井系統。控制中心的人員既可從該系統中獲取各種資料，包括井的資料、鉆機的資料及其它鉆井工程所需的完整、系統資料，并可生成各種分析數據、圖表和完井的最終報告。以上資料經過一定積累，就形成一套完整的鉆井工程數據庫。該庫對于新井設計、最優化鉆井、處理鉆井復雜問題、成本估算以及減耗增效等，都具有十分重要的作用。對于分布在全球各地的鉆井設備維護目前面臨的諸多問題，通過鉆井設備維護管理系統實現遠程監控設備運行狀態，遠程維護設備運行參數，運行狀態信息收集與管理，維護及維護調度工作的信息化和網絡化，從而達到降低企業設備維護成本，增強鉆機現場與總部的互動，產生系統科學的統計數據，提供專家級技術評估的目的，并最終大幅度提高企業的管理質量，降低售后服務的成本，并轉化為市場優勢，實現企業市場規模的高效率和低成本的擴張。