海洋鉆井平臺自動化裝置以及SCR系統的應用及管理

孫亮

中海油田服務股份有限公司 天津 300452

在海洋鉆井作業中，管子處理作業包括以下幾個方面的內容：放置、運輸和移動鉆具和管件、接卸立根、移送立根和排放等，海洋鉆井作業中需要用到各種型號的鉆具和管材，包括立根、鉆桿、套管和隔水導管等。為了降低鉆井成本、提高經濟效益、縮短作業周期，就要高效穩定且快速的進行管材的運輸、取用、放置和拆卸作業等。

1 海洋鉆井作業環境要求

與陸地鉆井不同，海上鉆井作業環境復雜多變，經常遇到大風大浪，作業人員面臨著嚴重的安全威脅。海洋鉆井作業需要用到各種類型的鉆具和管材，如隔水導管、套管和鉆桿等，一般鉆具和管材都是儲存在甲板上的，在作業時將這些鉆具和管材轉運到鉆井平臺上，進行排放和卸扣等作業。在海洋鉆井作業中，處理管子和起下鉆的時間約占總作業時間的三分之一，例如處理鉆桿，一般接一根鉆桿的時間占據鉆井作業時間的20%左右，而在處理管子和起下鉆作業過程中是最容易發生安全事故的，在海洋鉆井作業中，管子的運移和排放是一種重復性工作并且困難性很大，這也是安全事故頻發的主要原因。要降低安全事故發生的頻率，就應該減少作業人員的數量，減少人工操作盡量采用機械化設備，提高處理管子的速度，因而近年來自動化管理處理裝置開始在海洋鉆井作業中得到廣泛的應用。

2 自動化配電裝置在海洋鉆井作業中的應用

2.1 管子處理裝置的組成

海洋鉆井管子處理裝置主要由以下幾個部分組成：控制部分，這是管子處理裝置的核心裝置，相當于我們的神經系統和大腦，主要作用是控制管子處理裝置，處理和判斷系統、傳感器等反饋的信息，向機械臂發送指令確保管子處理裝置能夠順利完成作業；執行部分，將控制部分發送的電信號驅動機械運動；檢測部分，檢測部分是一種傳感裝置，用于檢測機械部分的動作和運動情況，實現測量、監控和反饋的作用；機械部分，是對鉆具、管柱進行操作的主要組成部分。

2.2 海洋鉆井裝置的作業要求

管子處理裝置需要滿足基本的剛度需求和強度需求，還要盡量保證管子處理效率以及作業人員的人身安全。管子處理裝置應能夠順利的完成鉆井作業，縮短作業周期，保證管子壽命，提高作業人員對處理裝置的滿意度，作業應該滿足連貫性的需求；為作業者營造穩定安全的工作環境[1]。

2.3 自動化管子處理裝置的處理流程

自動化管子處理裝置需要實現管子的位置轉變、狀態轉變和存放方式的轉變，下面將就不同的鉆具展開探討：（1）鉆桿，將甲板上的鉆桿運送至鉆井平臺上，管子位于儲存區，起重機將管子轉運至輸送機上，輸送機將管子運送至鉆臺的指定位置上；然后進行管子的卸扣作業，輸送機將管子運送到輔井的中心，背鉗將鉆桿放至鼠洞，此時鉆桿由卡瓦控制，頂驅下降并夾起第二根鉆桿，與第一根對齊后移動到鉆桿接頭處并上緊螺紋接口，然后將輔井口鉆桿移動至鼠洞將鉆桿對接，形成完成的立根；（2）套管，將套管輸送道鉆井平臺后，頂驅提起套管并將其放人轉盤，與緊扣對接后直接放下套管，這項作業在主鉆井或者輔井中心均能夠完成。

2.4 水平管子處理系統

水平管子處理系統主要由管子鋪放機、折臂起重機和管子輸送機組成，主要是將甲板上水平放置的管子運送至鉆臺上并放置到垂直的位置上。其中管子鋪放機用來抓取管子并放置到輸送機上，起重機則是將管子吊送至輸送機上，功能與鋪放機類似；輸送機是與管子水平到垂直處理系統配合使用的，主要作用是輸送套管、鉆桿和隔水管等管材。

2.5 隔水管處理系統

隔水管的作用是隔離海水并導出泥漿，系統由隔水管起重機、傾斜壁和指梁組成，其中起重機是用來吊起隔水管并放置到傾斜壁上，傾斜壁夾持隔水管并以一定角度放到鉆臺上，指梁則是將隔水管排放好并鎖緊。

3 鉆井平臺中SCR系統數字化升級改造技術分析

3.1 主電路技術特點及改造分析

海洋鉆井平臺中的SCR系統主電路采用三相橋式的全控整流電路。該電路的電壓脈動小，比較適用于負荷容量較大的主電路。并聯RC阻容，在一定情況下抑制可控硅關斷時產生的電壓，對電路進行保護[2]。另外，可控硅的監視燈可以為具體的工作操作提供指示，用來限制可控硅的導通可以利用橋臂的電抗器來完成。快速的熔斷器用來保護短路。在快熔熔斷時快速跳閘的自動開關，可以避免事故的發生。保護可控硅系統的完整性，從而保障整個控制系統的性能。SCR系統采用塑殼短路器來完成控制系統與電網的有效隔離問，防止短路或過載的保護。

3.2 SCR系統的繼電邏輯控制環節

可編程序控制器是SCR系統中的邏輯控制環節的核心，它能改變系統中大量的繁瑣的繼電器控制，通過有效的軟件程序完成這樣的控制。為了保證中央控制器的可靠性進而抗干擾性，該系統可以采用西門子功能強大的中央控制器，使用專業的電源板提供所使用的電源，消除與控制器的電源的聯系[3]。為保證控制系統的安全性，采用直入的方式控制數字量的輸入信號，隔離中間的繼電器。

4 結語

管子處理系統的自動化不僅可以避免鉆井作業人員直接接觸鉆具以及與鉆具接觸的重復性減少，進而使操作人員的工作條件更加優越，作業準確性提高，保障鉆井材料可以更加地順暢，連續的進行操作。伴隨著各種鉆井作業數據庫的建立以及開發，再加上結合了鉆井專家遠程控制系統，智能型的管子處理系統將在不久的未來變成現實，海洋上的油田鉆井也定將跳躍式發展。