測井絞車智能化的研究

崔萌

摘 要：測井絞車，作為石油機械中最復(fù)雜的絞車種類，除了對絞車速度和力量的大小有絕對要求外，對其速度和力量的控制精度要求也十分關(guān)鍵。文章主要介紹了現(xiàn)用主流的測井絞車的發(fā)展背景，對現(xiàn)行的主要控制方式進行了介紹，并對其智能化的發(fā)展現(xiàn)狀進行了分析，闡述了智能化控制的難點所在，對其智能化的發(fā)展方向進行了展望。

關(guān)檢詞：測井車；液壓絞車；智能化

中圖分類號：TE9 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）33-0164-02

1 概述

隨著石油技術(shù)的發(fā)展，人們要開采的井況越來越復(fù)雜。對于測井行業(yè)來說，極度復(fù)雜的井況、需要長時間工作的超深井、各類測井事故等無疑是一個接一個的噩夢。一臺高效、可靠、智能化的測井絞車成為各大測井公司的熱切期盼。液壓測井絞車以其特有的機械特性很好的適應(yīng)了測井行業(yè)的各類工況，電信號控制和可編程控制器的引入為測井絞車智能化提供了無限的可能。

2 研究背景

2.1 隨著石油開采技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)可以在以前不可能的地方開采出寶貴的原油，隨之而來的是對測井精度的更高要求和更加惡劣的井況。這對測井行業(yè)提出了更高的要求。井下遇阻、數(shù)天甚至數(shù)周的連續(xù)作業(yè)、作業(yè)精度低測井失敗、儀器跌落井底等，不斷成為測井行業(yè)的噩夢。一臺高效、可靠、智能化的測井絞車成為各大測井公司的熱切期盼，各大測井車生產(chǎn)廠商也都在為之而努力。

2.2 液壓絞車，憑借其特有的物理特性，完美的適應(yīng)了水平井這一特殊工況，這種工況對于老式的機械絞車來說，幾乎是個不可能完成的任務(wù)。可靠性、測井精度相較機械絞車來說也更勝一籌。現(xiàn)在，除了一些要求測井極高速度且對精度要求不高的工況外，液壓絞車絕對是各大測井公司的主力。液壓絞車擁有這些特性，電控變量泵和電控變量馬達的引入功不可沒。電控信號的引入，提高控制精度的同時，也為絞車智能化打開了大門。

3 發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 液壓絞車的控制主要分為排量控制和系統(tǒng)壓力控制，反映到絞車上即為速度控制和扭矩控制。

3.2 現(xiàn)在主流的液壓絞車排量控制已經(jīng)實現(xiàn)了電控，控制方式也比較簡單，操作人員推動控制手柄到相應(yīng)角度，手柄帶動電位器或霍爾模塊，輸出模擬電壓信號給放大版，放大版輸出模擬電流信號至電控變量泵的電磁閥，從而控制泵的排量。這種控制方式已經(jīng)由電控代替了機械連動控制，提升了控制的反應(yīng)速度；電控手柄操作舒適，減輕了操作人員工作強度；配合速度微調(diào)多圈旋鈕一起使用，達到了機械連動無法比擬的控制精度。但這種控制方式依然對操有很高要求，尤其是在恒速測井時，隨著筒徑的變化，滾筒恒速的轉(zhuǎn)動并不能保證電纜有恒定的線速度，所以還是需要操作人員頻繁的操作控制手柄，從而使電纜達到相對恒定的線速度。

3.3 而主流的液壓絞車，系統(tǒng)壓力的控制一般通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)壓閥來完成，而系統(tǒng)調(diào)壓閥為手動控制，操作人員根據(jù)現(xiàn)場實際情況和經(jīng)驗，直接轉(zhuǎn)動調(diào)壓把手來實現(xiàn)對絞車系統(tǒng)壓力的控制。這種控制方式最為直接，但是對操作人員要求較高，需要有豐富的經(jīng)驗。

4 智能化的嘗試

可編程控制器，簡稱PLC，內(nèi)置可以編制程序的存儲器，可以按照用戶要求寫入邏輯控制語言，通過數(shù)字或模擬輸入、輸出端口，來接收使用者操作信息，經(jīng)過邏輯運算以后控制執(zhí)行元件完成各種機械動作。它的引入，使得測井絞車控制智能化成為可能。

從絞車速度的控制方式上來說，操作人員控制絞車手柄，發(fā)出電壓模擬信號，信號被絞車控制器采集到后，經(jīng)過邏輯運算，決定控制油泵電磁閥的電流大小，并輸出給控制油泵電磁閥，完成了最基本的任務(wù)。可以根據(jù)用戶需要，增加速度微調(diào)旋鈕信號，高低速檔位開關(guān)信號，緊急制動信號等，這些模擬信號被絞車控制器采集之后，都會成為邏輯運算的先決條件，決定輸出給油泵電磁閥的電流大小，需不需要啟動超低速電磁閥等等。之前需要很多邏輯繼電器才能實現(xiàn)的各種功能變得更加簡單，如中位剎車等等。另一方面，將測量頭上編碼器信號引入絞車控制器，可以從中讀取電纜速度信號和深度信號，用戶通過對絞車控制器的設(shè)置，輸入一個目標速度值，控制器轉(zhuǎn)入自動控制，通過PID調(diào)節(jié)，動態(tài)的將絞車速度控制在目標值附近，完成恒速控制。通過用戶實際使用反饋，這種控制方式比手動恒速控制精度高，并且大大降低了操作人員的工作強度。讀取到深度信號以后，通過編入相應(yīng)的邏輯控制，也可實現(xiàn)目標深度減速、停車等功能。

在絞車扭矩控制方面，首先需要引入電控比例調(diào)壓閥，來代替原手動調(diào)壓閥，以方便作為電控系統(tǒng)調(diào)壓的執(zhí)行元件。控制方式與絞車速度的控制方式相同，不同的是在控制反饋方面。我們調(diào)節(jié)扭矩大小，實際上是在調(diào)節(jié)絞車的最大扭矩，當滾筒正常旋轉(zhuǎn)時，傳感器檢測到的實時張力信號和系統(tǒng)壓力信號，不能直接反應(yīng)絞車的最大扭矩，而反應(yīng)的是絞車的負載所需要的張力和系統(tǒng)壓力，只有在絞車由于提升不動，停下來的時候，傳感器檢測到的張力值和系統(tǒng)壓力值才是調(diào)壓控制調(diào)到的真實狀態(tài)。而我們需要的最理想的狀態(tài)是：調(diào)壓閥的位置即絞車的最大能力，比實際負載需要的系統(tǒng)壓力高一點，達到絞車能提升起儀器，但又沒有過多扭矩儲備的狀態(tài)，這樣當儀器遇卡，絞車沒有過多的扭矩儲備，提不動儀器自然會停車，達到保護儀器和電纜的目的。

我們依舊采取閉環(huán)調(diào)節(jié)方式，將張力信號引入控制器，配合編碼器信號判斷絞車運行狀態(tài)，由控制器來計算出現(xiàn)在具體需要的系統(tǒng)壓力信號。這種控制方式在理論上來說很理想，但實際應(yīng)用過程中，受制于液壓系統(tǒng)特性和電纜的彈性等因素影響，張力反饋信號往往波動很大，另一方面，井下工況往往很復(fù)雜，不確定因素的出現(xiàn)往往需要臨時處置，這些因素都對控制器的智能化程度要求很高。目前這種控制方式已經(jīng)在某些大型測井公司出現(xiàn)，雖然還不能適應(yīng)所有復(fù)雜工況，但已經(jīng)到達一個很高的智能控制水平。

5 智能化發(fā)展方向

5.1 絞車一體化將會成為一個主流的發(fā)展方向，這基于現(xiàn)有的絞車控制越來越智能化，對絞車工的依賴程度越來越低。通過地面儀器與絞車控制器之間的數(shù)據(jù)通訊，儀器操作員可通過向絞車控制器發(fā)送數(shù)據(jù)來達到控制絞車的目的，傳統(tǒng)的絞車操作手柄和調(diào)節(jié)開關(guān)旋鈕等作為備用，被安排在了旁邊的位置，取而代之的是儀器操作員的鼠標和鍵盤。取消絞車工，在人工成本越來越高的今天，對于測井公司來說顯然是個不錯的選擇。另一方面，通過對地面儀器的程序開發(fā)，可以事先將要測的井況輸入進去，如到多深過套管，多深的井段需要慢速測井，哪一段需要快速通過等。啟動測井以后，到對應(yīng)測井深度，儀器向絞車控制器發(fā)出相應(yīng)狀態(tài)要求，控制器控制絞車實現(xiàn)對應(yīng)狀態(tài)，完成測井。

5.2 操作艙簡潔智能化，這離不開各種高精度的傳感器，將絞車各種狀態(tài)信號、壓力信號采集上來，集中在一體化的顯示屏上顯示。電氣系統(tǒng)的顯示和控制也更加簡潔，由控制器根據(jù)室溫傳感器反饋的溫度信號自動控制空調(diào)和暖氣的啟停；燈光傳感器反饋給控制器信號以后決定操作艙內(nèi)需不需要燈光照明；門吸傳感器在檢測到人員上車以后自動延時開啟應(yīng)急照明等等。各種人性化的智能設(shè)計將被引入。

5.3 智能遠程監(jiān)控，通過對移動或電信的成熟產(chǎn)品二次開發(fā)以后與絞車控制器通訊，將絞車的運行數(shù)據(jù)等實時發(fā)送回測井基地甚至是測井公司廠家。這樣，測井車的運行狀態(tài)，后方人員可以一目了然。一旦出現(xiàn)絞車故障，維修人員可以直接檢測絞車控制器，對絞車故障點做出判斷后攜帶相應(yīng)配件去往現(xiàn)場排除故障，為恢復(fù)生產(chǎn)節(jié)約時間。

5.4 電驅(qū)動智能絞車，是將液壓系統(tǒng)驅(qū)動的絞車改變?yōu)殡姍C驅(qū)動。相比液壓驅(qū)動，電機驅(qū)動有很多優(yōu)點，如電機力度剛性強，速度范圍廣，反應(yīng)快等，這些特性使得絞車控制的智能化程度更高。

6 結(jié)束語

在測井公司，對于一線工作人員來說，智能化的測井車減輕了他們的勞動強度，改善了他們的工作環(huán)境，面對復(fù)雜井況時更加從容，提升了他們測井工作的精準性和成功率。對于測井公司來說，更加智能化的絞車能提升小隊的工作效率，減少了人員、維護的費用，為公司創(chuàng)造更多價值。和所有的石油機械一樣，更加智能化的測井絞車必將層出不窮。

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