石油开采噪声控制研究与应用

文章详细介绍了钻机噪声源特征、工作场景特征要求、降噪设计关键难点、降噪方案及其成果,可为石油开采、钻探领域噪声控制工程提供借鉴。项目涉及的国际工程中标准的适用问题与解决方案,也可为同类国际项目提供借鉴。

煤矿井下自动钻机集控系统设计

针对煤矿井下多台自动钻机工作状态,实现一控多模式,提出了一种自动钻机集控系统。通过从硬件搭建、控制方法、网络连接三方面对煤矿井下自动钻机集中控制系统进行设计研究,最终采用井下控制站对多自动钻机进行集中控制。现场试验表明,该方案可达到减人提效的安全生产目标。

煤矿井下三段式自动封孔器结构设计

针对传统封孔器自动化程度低和现有自动封孔器安全性低、封孔器下放与注料不连续等问题,分析了自动封孔器的功能需求与安全需求,提出三段式自动封孔器方案。设计了封孔器同轴接扣机构、钻孔封堵机构、自动注料流道和动密封机构等关键机构。制作样机并开展了室内封孔实验。实验显示,钻孔封堵机构可自动封堵模拟钻孔,封孔料可自动注入模拟钻孔中完成封孔,三段式自动封孔器方案合理,具有可行性。

基于随机森林的钻机泵控推进系统故障诊断方法

针对煤矿井下水平定向钻机恒压泵控推进系统故障复杂多变、监测变量繁多而导致的诊断效率低和诊断精度不高的问题,提出基于随机森林的钻机恒压泵控液压推进系统故障诊断方法。首先,采用AMESim软件建立钻机推进系统模型,结合系统常见故障模式和故障机理,在不同工况下通过改变液压元件关键参数完成了常见故障模拟;然后,用预处理后的仿真样本验证故障诊断模型的有效性。结果表明:随机森林(RF)故障诊断模型,可以实现钻机泵控推进系统故障的有效分类,与决策树(CART)、支持向量机(SVM)、十折交叉验证SVM(10-CV-SVM)相比有着更高的准确率,为定向钻机智能运维发展奠定了基础。

木材深孔钻床的开发与机电设计

为了解决传统数控系统和机床结构无法直接用于木材深孔加工的问题,研究深孔加工的原理,分析重难点问题,从特殊的工装夹具系统和机床主体结构设计、机床的柔性辅助装夹系统设计、整个机床的电气控制系统和PLC内部的进给插补逻辑算法等进行研究和阐述。使用木材深孔钻床预加工16 mm的孔,测得精度为15.99 mm,完全符合加工要求。木材深孔钻床的设计与研究解决了木材在自动化深孔加工的问题,为该行业提供了解决方案。

基于IPC、PLC、PROFIBUS的电动钻机智能控制系统

论述了基于IPC、PLC、PROFIBUS的智能控制系统在国产 70 0 0m交流变频电动钻机中的应用 ,介绍了智能控制网络系统软件、硬件的构成 ,涉及钻机动力监控、绞车自动化控制、转盘软扭控制、软泵控制、自动送钻、电子防碰、一体化仪表、电液气联控、电视监控、智能司钻控制等多个方面。将钻井作业的各种监测控制、预警提示等高度集成于网络中 ,实现了对系统各装置的远程数据传输和状态监控。改变了传统的钻井作业监控模式 ,优化控制和监测整个钻井过程 ,为钻井工艺创建了一个数字化、信息化、网络化。

风力发电石油电动旋挖钻机功率模糊控制

风力发电通过风转动风轮产生的动力驱动电机产生电能。由于风能具有不稳定性,因此风力发电石油电动旋挖钻机在工作过程中的运行功率不稳定。对此,提出一种风力发电石油电动旋挖钻机功率自动模糊控制方法。根据基本组合风概念计算实时风速;对风力发电石油电动旋挖钻机功率进行稳态分析,确定钻机功率不变时的钻机临界风速;当风速超过临界风速时,利用T-S模糊加权算法对风轮转速偏差展开控制,从而保证旋挖钻机功率在额定值内,实现稳定运行。实验结果表明:该方法预测的风速和实际值基本一致,最高转速仅为4.82 rad/s,控制精度始终高于0.95,说明该方法的功率控制效果好,有利于石油电动旋挖钻机的稳定运行。

自动定向钻机双摩擦力胶体卡瓦仿真研究

煤矿井下钻孔封孔技术自动化程度不足,采用自动定向钻机协助封孔可提高封孔自动化程度。设计了一种自动定向钻机用双摩擦力胶体卡瓦,以解决自动定向钻机夹持器夹坏封孔器的问题;提出了2种胶体结构,实现了主动钻杆接扣与退扣2个过程摩擦力差异化,确保钻机顺利加接封孔器。采用非线性有限元法,选用Mooney-Rivlin应变能函数表征胶体力学性能,开展了胶体夹持封孔器仿真,得到了不同材料胶体的工作摩擦力,验证了2种结构胶体的合理性,研究了胶体表面胶条压缩量对封孔器应力的影响,探究了胶体表面胶条数量对胶体轴向摩擦力的影响。结果表明:天然橡胶与聚氨酯橡胶作为胶体材料是合理的,胶条压缩量宜为0.9 mm、胶条数量宜为3条。

ZDY6500LQK钻机电液控制系统故障分析

ZDY6500LQK是在煤矿井下大量推广应用的一款电控钻机,其远距离遥控操作减轻了工人劳动强度,提高了安全性。但随着设备的长期使用,钻机电液控制系统难免出现故障。为了快速、准确地定位故障原因和迅速处理故障,建立了以遥控发射器调节给进压力时压力显示异常为顶部事件的故障树模型。结合实际生产,定量分析了基础事件发生的概率。结合大概率基础事件的定性分析,从维护保养和设计优化两方面提出了解决方案,为钻机电液控制系统的改进和优化提供参考。

电动旋挖钻机液压平衡阀流量异常故障智能检测

电动旋挖钻机液压系统朝着高压、大流量和大功率的方向发展,平衡回路的最大流量已经超过1000 L/min,最大压力已经超过50 MPa。过高的阀口流速和复杂的紊流流场,更容易导致平衡阀流量异常引起气穴现象,同步产生严重的阀芯振动和噪声,给单纯考虑单一阈值特征的故障检测方法带来困难。设计一种针对电动旋挖钻机的液压平衡阀流量特性异常故障检测方法。建立电动旋挖钻机液压平衡阀流量动力学模型,建立平衡阀的流量-压差异常的关联特征,避免多个单一特征缺陷;结合压力与振动传感器采集的关联特征数据,结合智能算法提取液压平衡阀流量信号的特征,通过将提取到的特征输入到贝叶斯分类器中,可以根据异常特征对液压平衡阀进行流量异常故障智能检测。实验结果表明:所提方法的电动旋挖钻机液压平衡阀预测流量故障检测准确度更好、时间更短、实际应用效果更佳。

基于SPC煤矿用全液压钻机动力头装配过程质量控制

动力头作为全液压钻机的核心部件,其装配质量直接影响钻机的整体性能。探讨了如何应用统计过程控制(SPC)方法来提高煤矿用全液压钻机动力头的装配质量,通过分析动力头装配过程中的关键质量控制点并结合SPC控制图,建立一套系统的质量控制流程。结果表明,运用SPC可以有效监控和控制装配过程,减少质量波动,确保产品满足设计要求。

波动载荷下旋挖钻机动力头液压系统控制技术

在施工过程中,旋挖钻机的主要作用是成孔,传统旋挖钻机动力头液压系统,在波动载荷下控制的稳定性和控制效果较差,为了提高旋挖钻机动力头在波动载荷下的工作性能,设计一种针对波动载荷环境的旋挖钻机动力头液压系统控制方法。通过对旋挖钻机动力头液压系统的结构展开分析,根据分析结果建立数学模型,研究系统刚体在波动载荷下的受力情况;基于受力情况分析结果建立控制模型,分别控制系统的发电机、液压泵和负载,实现旋挖钻机动力头液压系统的发动机-液压泵-负载联合控制。实验结果表明:设计的方法控制稳定性高,且控制性能好。

基于模糊PID控制的石油钻井电机控制系统

为保证石油钻井电机按照指定转速完成钻井作业,设计了基于模糊PID控制的石油钻井电机转速控制系统。系统上位机通过RS-232驱动芯片将控制指令与参数传输至DSP控制模块,DSP控制模块通过中央处理器启动增量式光电编码器跟踪电机实际转速,并结合实际转速调整控制指令后,转换成电机转速控制执行指令下达至电机速度调节器,基于模糊PID控制的电机转速控制方案控制石油钻井电机转速。实验结果表明:采用所设计系统进行控制,不论是空载工况还是负载工况,石油钻井电机都可按照指定转速运行,且转速多次切换均不存在超调问题,切换时间与转速值都与控制指令要求一致。

海底钻机机架的同步升降控制方案设计

为了满足新型海底连续管钻机对可变高度机架的功能需求,开展了机架升降控制方案设计。首先根据海底钻井工艺和深海服役环境,设计了一套基于超长行程柱塞缸和电液比例节流调速的双层机架升降方案及作业流程,具有结构紧凑、稳定性好、油缸及高压管线安装方便、开发成本低的优点。为了减轻大跨距偏载和水下洋流扰动等因素对同步运动控制过程的影响,采用四缸主从同步闭环控制结构,并根据系统理论模型设计了一种内模鲁棒性控制算法,通过调节滤波器时间常数来改善控制器动态特性,仿真结果表明该系统具有良好的抗干扰能力,为深海环境下的准确和稳定控制提供了依据。

煤矿用自动化钻机远程控制系统的研制

针对钻机在复杂施工环境下所面临的劳动强度大以及安全风险高等问题,采用电子电路技术、测量传感技术、远程控制技术、视频监测技术以及大数据技术,研制出一套适用于煤矿自动化钻机的远程监控系统。该系统以ZDY4500LFK型煤矿用钻机为主体,实现了视距内控制、井下集控以及地面远程监控3种控制模式,并构建了云端自动化钻机管控平台。具体而言,视距内监控模式通过遥控器、控制器及配套传感器,实现了对井下视觉范围内钻机的精确操作;井下集控模式则集成了集控舱、隔爆兼本安型计算机、本安显示器、隔爆兼本安型交换机、本安摄像头以及本安操控箱等设备,实现了对井下危险钻场的钻机远距离安全监控;地面监控模式则通过地面操控台、地面服务器、显示器、交换机以及AI智能分析盒子等设备,为自动化钻机的地面远程监控提供了有力支持。此外,云端自动化钻机管控平台则主要用于自动化钻机群运行状态和施工状态的数据统计与分析。研制的远程控制系统应用于ZDY4500LFK、ZDY6500LDK型钻机,并实现了视距内遥控、井下集控以及地面远距离控制等多种控制方式的稳定运行。现场试验和测试研究结果表明:(1)钻机视距内遥控系统遥控器按键丰富、控制器具有CAN、RS485等丰富的接口,手机升级便捷方便,可广泛应用于钻机电控化升级和改造。(2)远程集中控制系统可以实现10km距离的远程控制,控制响应时间小于200ms。视频、参数采集数据响应及时无卡滞,可以满足井下钻机远程监控的需求。(3)地面远程监控系统可以实现地面钻机远程监控并具有AI识别功能,可实现人员闯入预警和停机功能。(4)自动化钻机管控平台经过功能、压力、并行、访问测试,功能正常,响应及时,系统无崩溃,可用于自动化钻机数据和工况的统计分析。该控制系统的应用在保证钻孔施工安全的同时也为煤矿钻机实现少人化、智能化、信息化提供了借鉴。

中国石化智能钻井技术进展与展望

智能钻井具有自感知、自学习、自决策、自执行和自适应等功能,有望大幅度提高钻井效率,降低钻井成本。为加速推动智能钻井技术发展,中国石化针对实时感知、智能决策及集成控制等方面存在的关键技术难点,开展了自动化钻机及关键装备、随钻工程地质参数感知、智能钻井分析决策和智能钻井系统集成等的攻关研究,进行了现场集成与示范应用,实现了钻井参数智能优化、井筒风险智能预警、井眼轨迹智能导航等应用场景的多目标协同优化,达到了咨询模式下智能辅助−人工决策的闭环控制水平,支撑了重点油气领域勘探开发的降本增效。为更好地发展智能钻井技术,在分析所存在问题的基础上,梳理、总结了中国石化近些年在智能钻井关键技术研究取得的进展,提出应进一步加强全自动钻机装备、高性能测传控系统和数字孪生决策系统等关键技术研究,加大技术迭代升级,推动智能钻井由咨询模式向半自主、自主控制模式转变。

遥控钻机远程启停控制功能开发

钻机作为煤矿井下采煤的重要设备之一,经常在钻进过程中出现瓦斯突出或一氧化碳超限等意外发生后未能及时快速停机导致安全事故,因此针对此类问题,启停控制一直是一个重要的研究方向。为了提高钻机的安全性和效率,研制了一种基于远程遥控技术的钻机启停控制系统,实现了对钻机的远程遥控启停和监测。实验结果表明,该系统能够实现快速可靠的遥控启停,为钻机的安全和高效运行提供了有力保障。

15000 m顶部驱动钻井装置的研制

为满足超深层油气勘探开发对钻井装备的需求,结合北京石油机械有限公司系列顶驱的研发经验,研制了15000 m顶驱。依据15000 m钻机的技术参数确定了主要技术参数;根据钻井工艺要求,设计了总体结构方案;应用模块化设计、理论计算和有限元分析等方法,对关键模块进行了结构优化,分析了实时监测与维护技术、一键式协同控制技术和自动润滑技术。台架性能试验结果表明:该装置的各项性能指标均符合设计要求,启停、运行平稳,控制精准,装配合格,自动化和智能化水平高,能很好地满足15000 m钻井工况要求,有效提升了钻井作业效率和安全性。研制结果可为超深层钻井技术与装备的进一步研究和应用提供技术借鉴。

DT20型铁钻工电液控制系统的研制

DT20型铁钻工是一种安全、高效、全电液控制的自动化拧卸工具,其控制系统是在地质拧卸装备和电气自动化控制的基础上,开发的适合于地质行业专有工艺的铁钻工电液控制系统。本文主要介绍了DT20型铁钻工的电气控制系统、液压系统和上卸扣的工艺与控制流程,为地质钻探自动化装备的相关研发人员提供一定的参考和借鉴。

钻机起升液压缸同步比例液控系统的分析

介绍了钻机液压起升系统的组成和原理,从比例多路阀、恒功率负载敏感泵、平衡阀、位移传感器、压力开关、控制面板等方面对钻机起升液压缸同步比例液控系统进行了分析。通过分析,确认钻机起升液压缸同步比例液控系统可以提高变量泵的响应速度,减小系统溢流发热量。