石油钻机送钻控制系统可靠性研究开题报告.docx
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石油钻机送钻控制系统可靠性研究开题报告
本科毕业设计(论文)开题报告
题目:
石油钻机送钻系统
可靠性研究
学生姓名:
院(系):
电子工程学院
专业班级:
安全0702
指导教师:
张乃禄
完成时间:
2011年月日
1.课题的意义
石油工业是一个高风险产业,油田安全生产具有十分重要的意义。
加之进入新世纪,安全成为时代工业的主题,是当今乃至未来重点关注的重要问题之一。
是指石油天然气钻井过程中所需各种机械设备的总称。
钻机主要部件必须相互配合才能完成钻机起升、循环和旋转的3项主要工作。
石油钻机是完成石油钻井任务的主要工具,从其出现之日起,就与钻井工艺密不可分。
相互促进,共同发展。
随着油田生产规模的扩大、原油产量的提高,使油田的集输处理量不断增加,原有工艺和系统出现了很多问题。
因此对于石油钻机送钻控制系统的可靠性研究刻不容缓。
石油钻机自动送钻系统是钻机自动控制技术的主要发展方向之一,自动送钻就是指钻机在正常钻进过程中,不依靠司钻人员调节,而是按照钻井工艺要求,通过控制系统自动调节钻压、转速、送进钻具。
自动送钻技术经历了用于带式刹车和盘式刹车两个阶段,我国的自动送钻技术起步较晚,目前,我国大部分钻机使用的刹车系统是带式刹车,但带式刹车自动送钻,由于涉及一系列的气动和机械传动装置,不容易和电控制信号接口,整个自动送钻控制系统复杂,可靠性、精确性和平稳性很难保证。
盘式刹车自动送钻因为采用液压力直接控制盘式刹车的刹紧力,无需任何中间过渡环节,容易与电控制信号接口,所以盘式刹车的自动送钻容易实现遥控和自动化操作。
因此,研究石油钻机送钻控制系统的可靠性,能克服人工送钻过程的不均匀性,不稳定性,能够实现钻头的连续自动给进,延长钻头的使用寿命,实现钻井过程优化,太该钻井速度,改进井身质量,降低钻井成本,一直受到石油工程界的广泛关注。
对于检查控制系统或设备在正常工作过程中的工作状态,确定潜在的危险,并对危险因素进行辨识和分析。
预测这些危险对人员伤害或对设备损坏的可能性大小,为经营管理者的决策工作提供及时、全面、准确的信息资源。
同时可以确保石油钻机送钻控制系统正常工作,保证原油安全生产,有效控制生产技术指标,减轻工人劳动强度,提高效率和安全系数使钻机钻井的自动化水平得到较大提高,达到良好的经济效益和社会意义。
2.石油钻机的国内外研究现状
(1)石油钻机的国外研究现状
交流变频调速电驱动石油钻机(AC—GTO—AC石油钻机)是国外新发展起来的一种先进的电动石油钻机。
这种钻机在满足石油钻井工艺要求方面具有现用机械驱动钻机和直流电驱动钻机无可比拟的优越性能。
这种钻机的核心技术就是采用了交流变频调速技术。
交流变频调速技术是一种涉及电动机理论、自动控制理论、电路拓朴理论、电力电子技术、微电子及计算机技术的综合性交叉技术。
专家认为交流变频电驱动钻机是现代高新技术与石油钻井机械的有机结合,具有强大的生命力,是当代石油钻机的发展趋势。
近年来,由于上述技术和可自关断全控技术、脉宽调制技术(PWM)、电机控制技术、矢量控制技术及直接力矩控制技术的飞速发展和应用,促进了交流变频调速技术的迅猛发展,交流变频调遣陛能,已完全达到石油钻井工艺对钻机驱动传动系统调速性能的要求。
为了使油田电网供电的固定工频(50I--Iz)输出后成为可变频率,通常采用整流技术,把工频经过整流变为直流,再通过逆变技术,把直流变成可调的交流。
原来采用不可自关断的半控器件,需要强迫换流来实现逆变,而强迫换流则需要辅助直流电源。
用于换流的电源器件、电感及电容,造成逆变电路体积庞大、投资增大、换流损耗大、逆变效率低、可靠性差和由于半控器件开关频率低很难采用脉宽调制技术等问题。
应用可关断全控技术以后,由于可关断器件不需要辅助换流电路、全控器件开关频率高、可靠性高、电压控制、驱动功率小、驱动电路容易实现等优越性能,克服了采用不可白关断半控器件造成逆变电路的一系列问题。
PWM技术的应用,使电机力矩脉动减小,谐波分量减小,满足了交流电机的供电要求。
另外,PWM技术在调节频率的同时,通过控制输出电压脉冲的宽度,调节输出交流电压的幅值,实现在逆变桥同时调节输出频率及电压。
矢量控制技术通过对三相电机的3/2变换把三相的量,解耦成类似直流电机的励磁分量及转矩分量,并对其量独立控制,再经过2/3变换成交流供电的三相量来控制电机,保证了力矩控制的线性关系,从而达到了直流电机的控制特性。
随着微电子技术及计算机技术的发展,法国AL—STON等公司已推出成熟的矢量控制型交流变频器,并成功地应用于石油钻机系统。
ALSTON公司生产的交流变频石油钻机代表了当今世界交流变频钻机的一流水平。
该钻机控制系统为分布式,其主控系统可以实时处理各种操作指令,监控各子系统的运行,及时处理故障,通过网络同各子系统进行数据交换,通过互联网完成同外界的信息交换。
该钻机有以下各子系统:
扭矩控制系统(顶驱或转盘控制系统)、刹车控制系统、平衡控制系统、游车控制系统、灌注控制系统、钻井泵及能量回馈控制系统等。
各子系统同主控系统共同实现高级控制策略。
各子系统采用闭环系统控制,每个子系统具有智能化和自适应功能。
各子系统通过各算法程序保证钻机在各种复杂工况下实现最佳工作,如扭矩控制系统的结构是:
交流电机、交流变频器、可编程控制器(ALSPAl800k光电编码器。
当系统闭环后,该控制能保证钻具平稳,减少钻具振动(软扭矩控制),并能保证钻具在零转速下实现满转矩输出,同时实时与主控制系统进行数据/指令/状态的传输,实现现场控制。
该钻机的分布式控制系统具有易操作。
高精度、高可靠性、人工智能化、自动化和可控制等性能。
当钻机的控制系统运行时,司钻能通过TV显示器(视频,图形化界面)了解各种参数的变化,.并实时自检各系统的工作状态。
当发生故障时,能及时报警,在报警的同时,能检测出发生故障的子系统及模块代码,并对故障同时进行智能分级处理。
出现严重故障时,能自动启动辅助系统,保证钻机工作正常运行,同时,根据故障代码使系统快速恢复。
(2)国内石油钻机技术现状
近年来,全球经济的快速发展对能源需求的不断增加,促进了油气资源的勘探开发快速发展,使石油装备制造业进入了黄金发展期。
石油钻机的技术水平已由过去的仿制、引进、消化、吸收发展到了以自主开发为主的阶段。
近年来,以宝鸡石油机械有限责任公司(以下简称宝石机械)为代表的我国石油装备制造企业先后开发了适用于陆地、沙漠和海洋环境使用的石油钻机,钻机的钻深能力也由1000-7000m发展到9000m、12000m,传动技术已发展到机械传动、直流电传动、交流变频电传动及机、电复合驱动等多种形式。
,我国石油钻机基本满足了国内油气勘探开发的需要。
同时,国产钻机的出口量也在逐年增加,并进入国际高端市场或主油区作业。
目前,我国主流钻机制造商已形成年产常规钻机400余台的能力。
我国已成为全球最大的钻机制造国。
自1998年以来,石油钻机制造业发展迅速,国产钻机的整体技术水平己得到了普遍的提高,尤其是一些单元技术己接近或赶上国际先进水平,这些钻机基本上满足了我国不同区域、各种钻井工艺对钻机的要求。
目前我国三大油气公司拥有的钻机总量约1700套,机型包括机械驱动、直流电驱动、交流变频电驱动、机电复合驱动钻机。
1.机械驱动钻机
这类钻机已形成钻深从1000-7000m的多种规格的系列产品,3000m井深以下基本上是绞车和转盘联合驱动,钻井泵组独立驱动;3000m井深以上基本为多机组并车,并车方式有皮带和链条两种,目前己基本系列化。
以底座结构形式分有车载式、半拖挂式、块装式、自升式、箱叠式;井架形式大多采用K型(含伸缩式)、A型、桅杆式;绞车有内变速也有外变速;这类钻机油田在用量较大。
2.直流电驱动钻机
目前已形成了2000-7000m多种规格的产品。
该类钻机采用AC-SCR-DC直流电传动,性能先进,控制方便可靠,可充分满足现代钻井工艺的需要。
钻机的底座有块装式、自升式;井架形式有K型、A型;这类钻机绞车和泥浆泵全部为独立驱动,转盘与绞车有联合驱动也有独立驱动。
电传动控制系统已基本国产化,是钻机出口和出国技术服务的主力机型。
我国直流电驱动钻机的传动及控制技术达到了世界先进水平。
3.交流变频电驱动钻机
自97年宝石机械首次将交流变频技术应用于石油钻机以来,近年交流变频电驱动钻机在国内得到了迅速发展,这类钻机己形成了1000-12000m系列产品,并已批量出口。
该系列钻机采用大功率AC-VFD-AC交流变频电传动,电传动系统对控制对象采用闭环控制,并对控制进行实时监控,实现定量控制,对于钻井工况,可以实现提升系统悬停以及转盘堵转;利用交流电机在零转速下能够承载全部负载的优势,实现再生制动,并可为绞车提供全动态制动;同时应用模糊控制理论,实现主电机或独立自动送钻电机自动送钻;目前的绞车均为单滚筒轴结构。
交流变频控制技术因其控制精度高、系统功率因数高、兼容性好、易于实现自动化、智能化及网络化控制,同时自动送钻技术的广泛应用使得钻井效率及井深质量得到极大提升,目前已成为深井、超深井钻井的首选机型。
9000m和12000m钻机由宝石机械分别于2005年和2007年研制成功,当时在国内外引起石油行业的强烈反响。
9000m钻机被国内专家称为石油行业的“神六”,并被评为中石油2007年十大科技进展之一,去年底已通过专家会议鉴定,认为其关键技术达到世界领先水平。
该产品已批量生产并开始出口。
12000m钻机被两院547各院士评为2007年中国十大科技新闻第二名,也是中石油2007年十大科技进展之一。
该钻机是中国钻井深度最深的钻机,是全数字控制的交流变频电驱动钻机。
该钻机采用全数字控制的大功率交流变频系统,实现9台交流变频电机的宽频控制,采用国产电传动控制系统、大功率单轴齿轮传动绞车、工作压力52Mpa的2200HP钻井泵、承载9000kN的游吊系统及自升式井架、底座,满足12000m特深井的钻井作业,目前正承担中石化在四川德阳的“川科一井”的钻探任务,并经受了汶川大地震的考验。
4.机电复合驱动钻机
这类钻机根据绞车、转盘、钻井泵的工作特点和性能要求,灵活选用相适应的动力驱动方式,有效地组合在一台钻机上,能以最经济的动力配置获得最佳的工作性能,目前在国内油田已作为替代大庆130型、ZJ45型钻机的首选方案。
5.特种钻机
这种钻机主要是针对不同环境或地域及特种钻井工艺而开发的,如适应沙漠环境的沙漠钻机、适应低温环境的极地钻机、适应于快速搬家要求的高移运拖挂钻机、适应于沼泽地、丛林的沼泽钻机和直升机吊装钻机等等。
沙漠钻机自1987年国内首台6000m直流沙漠钻机研制应用以来,目前国内技术已基本成熟,并已有批量出口到中东高温沙漠地区应用。
适应于快速搬家要求的高移运拖挂钻机,目前国内已具有生1000-7000m钻机的能力,已生产的该类钻机中以3000m、4000m井深居多,在新疆和中东沙漠地区均有使用。
对于适应于低温丛式井作业的列车轨道式极地钻机和适应于浅稠
油开采的斜井钻机,目前国内也拥有其技术
3.毕业设计(论文)的主要内容
本课题以宝鸡石油机械厂BSSZ-1型石油钻机盘刹自动送钻系统为研究对象,针对其自动送钻控制系统的功能作出分析,研究其可靠性,并提出相应的改进措施。
建立钻机自动送钻控制系统故障树模型,进行可靠性定性定量研究,确定控制系统发生故障的概率。
对其控制系统可靠性研究主要有了解石油钻机组成及工艺流程,国内外研究现状和趋势,了解影响控制系统可靠性的因素。
具体内容包括以下几个方面:
1)了解石油钻机组成及工艺流程。
BSSZ-1型自动送钻系统是宝鸡石油机械有限公司研制的一种新型刹车盘自动送钻控制系统。
由于盘式刹车已普通配置不同类型钻机,且技术和产品比较成熟,采用盘式刹车自动送钻系统可以适应不同类型钻机和各种地层钻进的恒钻压控制,国外有较多的成功产品,已得到广泛应用。
本系统是在已有的国内外技术和产品基础上,结合宝鸡石油机械有限责任公司研制的系列盘式刹车装置,研制具有特点和自主知识产权的更可靠,刚稳定和更安全的石油钻机自动送钻控制系统。
系统工作可靠、技术性能优良和系统稳定性好,确保系统送钻均匀,钻压波动小,具备提高机械钻速,增加钻头进尺,安全监控,降低四钻劳动强度,以适应钻井现场的苛刻要求。
其系统结构如下图1所示。
图1自动送钻系统结构图
系统控制原理如下图2所示。
智能控制(策略)
图2系统控制原理图
2)危险危害因素的辨识
由工艺流程和控制系统的构成来看拟有以下几种主要的危险危害因素:
(1)PLC控制器故障
(2)触摸屏故障
(3)UPS电源故障
(4)声光报警系统故障
(5)控制软件驱动故障
(6)控制程序故障
(7)液压系统故障
(8)传感器故障
(9)通讯故障
(10)离合器故障
(11)安全钳,工作钳故障
4.所采用的步骤和方法
石油钻机送钻控制系统可靠性研究可以分为以下几个阶段:
1)准备阶段
明确研究对象,对宝鸡石油机械厂BSSZ-1型石油钻机盘刹自动送钻系统进行调查,并搜集关于石油钻机送钻系统的国内外相关资料。
2)研究石油钻机送钻控制系统可靠性
根据石油钻机送钻控制系统说明书、原理图、接线图、生产工艺流程及场所的特点,识别和分析其潜在的危险危害因素。
并对其送钻系统的可靠性作出研究。
3)技术路线
拟采用故障树分析法对石油钻机送钻控制系统的可靠性进行研究。
4)提出措施及建议
根据定性,定量的分析结果,提出消除或减弱危险危害因素的技术和管理对策措施及建议。
5.阶段进度计划
第1-2周:
查找并消化资料,了解石油钻机送钻控制系统工艺及其重点要害部位,根据油田各重点要害部位、关键装置安全控制情况的需要及油田工艺参数、设备参数设定控制部位及控制设备的安装状况。
第3-4周:
根据课题的内容,撰写开题报告。
第5-6周:
查找与课题相关的外文资料,并选择合适的外文资料进行翻译。
第7-8周:
对石油钻机送钻控制系统进行功能分析。
第9-10周:
选择合适的可靠性分析方法,对石油钻机送钻控制系统进行定性定量分析。
第11-12周:
根据分析结果提出相应的措施。
第13-14周:
完成可靠性研究的结论和技术稳当的编写。
第15-16周:
完成修改,进行论文答辩。
6.参考文献
[1]张乃禄,刘灿安全评价技术[M]西安电子科技大学出版社,2007.
[2]尹永晶.自动送钻系统的现状与展望[J].石油机械,2002,30(8)
[3]牟翠芝.徐兰,张斌,ADE-1型自动送钻装置.石油矿场机械[J],1999.28(5):
9~11
[4]林立.王德国.盘式刹车恒钻压自动送钻技术研究.石油机械[J],2000.28
[5]史玉升,自动送钻过程安全监控系统设计与计算机仿真.石油机械[J]1999.27(3)
[6]史玉升,基于人工智能的自动送钻监控技术.石油机械,[J]2000,28
(1):
28-31
[7]国外自动送钻装置的现状与发展.国外石油机械[J]1996.01
[8]曾广锡.国外钻机自动送钻装置的现状及其在我国的发展前景[D]XX文库
[9]李西峰.许益民.李树勋.国内外钻机自动送钻技术发展现状[D]中国知网
[10]崔丽琼.石油钻机恒钻压自动送钻系统研究[D]XX文库
[11]贾秉彦,马广蛇,侯文辉,白永宏,毛玉琢,石油钻机发展中有关问题的探讨。
石油机械[J]2000.24
[12]王进全,我国石油钻机的技术现状及发展趋势[J]石油机械2002.22
[13]沈泽俊,石油钻机[J]石油机械2000.14
[14]刹车盘送钻系统研究[D]XX文库
[15]SafeOperatingProceduresforSeismicDrilling[J]IS004-PetorleumIndustry
RevisedApril2004
[16]Anoverviewofhorizontaldirectionaldrillinginrock[M]Goodman,RichardE.
(1989).IntroductiontoRockMechanics.JohnWiley&Sons,NewYork,NY.
[17]Investigationsofpipeinstallationusingdirectionaldrilling[D]GeoEngineering
CentreatQueen’s–RMC,Queen’sUniversity,Kingston,Canada
TrenchlessTechnologyCenter,LouisianaTech,LA,USA
[18]InternationalAssociationofDrillingContractors[P]Dr.LeeHunt
指导教师意见:
指导教师签名:
年月日
系(教研室)意见:
主任签字:
年月日
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