Что представляет собой система управления буровой установкой?

The система управления буровой установкой Является основным блоком управления всего бурового оборудования. Он отвечает за интеграцию, передачу команд и регулирование согласованной работы различных компонентов. Без него невозможна бесперебойная работа силовых, трансмиссионных и исполнительных систем буровой установки, что делает его незаменимым компонентом. По способу управления он подразделяется на механическое, пневматическое, гидравлическое, электрическое и интегрированное. Среди них пневматическое управление получило наибольшее распространение благодаря своим преимуществам: высокой надежности и адаптации к суровым условиям эксплуатации. Его ядро ​​состоит из четырёх основных механизмов: «подача воздуха – выдача команд – передача команд – исполнение».

Ⅰ. Основные классификации систем управления

1. Механическое управление

Механическое управление — наиболее традиционный метод управления. Оно предполагает прямую передачу рабочих команд через механические компоненты, такие как рычаги, шестерни и тросы, что обеспечивает самую простую конструкцию и низкую стоимость.

Основной принцип: Операторы вручную управляют механическими рукоятками, чтобы напрямую приводить в действие компоненты трансмиссии, тем самым изменяя действия исполнительного механизма (например, лебедки торможение, поворотный стол старт/стоп).

Применимые сценарии: Простое управление малыми установки для капитального ремонта скважин и старый буровые установки, подходит только для операций с низкой нагрузкой и низкими требованиями к точности.

Ограничения: Низкая точность управления (например, большая погрешность регулировки давления бурения), трудоемкость эксплуатации, невозможность осуществления дистанционного или автоматизированного управления, постепенно вытесняется другими методами.

2. Пневматическое управление

Пневматическое управление использует сжатый воздух в качестве среды передачи энергии. Благодаря таким характеристикам, как «загрязнение, устойчивость к высоким и низким температурам, а также быстрое реагирование», оно стало основным методом управления для наземных и морских буровых установок, особенно подходящим для управления в суровых условиях, таких как устьевые скважины и т.д. буровой насосs.

Четыре основных механизма и их функции

Механизм подачи воздуха: Источник питания системы управления, включая воздушные компрессоры, воздушные резервуары и осушители, обеспечивающий подачу чистого воздуха и стабильное давление.

Механизм выдачи команд: Инициирующий командный узел системы управления, непосредственно управляемый операторами (например, рукоятки пневматического управления подъёмом/опусканием лебёдки, кнопки). При нажатии или переключении он выдаёт команды управления, изменяя состояние пневмосистемы (вкл./выкл.) или давление воздуха.

Механизм передачи команд: Канал передачи команд системы управления, включающий воздухопроводы, электромагнитные клапаны (управляющие включением/выключением или коммутацией воздушного контура для преобразования электрического сигнала) и редукционные клапаны (регулирующие давление воздуха в соответствии с потребностями различных исполнительных механизмов), обеспечивает точную передачу команд от механизма подачи команд к исполнительному механизму.

Механизм исполнения: Исполнительная часть системы управления, которая получает энергию сжатого воздуха и преобразует ее в механические действия (например, цилиндры, пневмодвигатели, пневматические регулирующие клапаны для регулировки производительности бурового насоса), в конечном итоге реализуя пуск/остановку, регулировку скорости или коммутацию оборудования.

Основные преимущества

Адаптируемость к суровым условиям окружающей среды: Сжатый воздух не проводит ток и не воспламеняется, невосприимчив к пыли и маслу/газу, менее подвержен замерзанию при низких температурах и имеет низкий уровень отказов.

Высокая скорость отклика: Задержка передачи сигналов давления воздуха составляет менее 0,3 секунды, что позволяет быстро реагировать в аварийных рабочих условиях (например, отключать буровой насос в случае гидроразрыва скважины) для обеспечения безопасности.

Простая конструкция и легкое обслуживание: Никаких сложных цепей или гидравлических маслопроводов; воздухопроводы и электромагнитные клапаны легко заменяются, что обеспечивает низкие затраты на техническое обслуживание на месте.

3. Гидравлическое управление

Гидравлическое управление использует гидравлическое масло в качестве передающей среды и приводит в действие исполнительный механизм посредством гидравлического давления, что делает его пригодным для сценариев управления с высокой нагрузкой и большим крутящим моментом.

Основные приложения: Управление тяжелонагруженными компонентами буровых установок, такими как противовыбросовый превентор (ПБ) переключение, верхний привод регулирование скорости, а также торможение и регулирование скорости больших лебедок.

Преимущества: Большая передача крутящего момента и высокая точность управления.

Недостатки: Гидравлическое масло склонно к загрязнению и требует регулярной фильтрации; его вязкость увеличивается при низких температурах, что влияет на скорость срабатывания; затраты на техническое обслуживание выше, чем у пневматического управления.

4. Электрическое управление

Электрическое управление использует электрические сигналы в качестве среды передачи данных и осуществляет управление посредством двигателей, преобразователей частоты и ПЛК (программируемого логического контроллера). Это основной метод управления интеллектуальными буровыми установками.

Основные приложения: Точный контроль параметров (например, постоянное давление бурения, постоянная скорость), удаленный мониторинг (например, дистанционное управление морскими буровыми установками на берегу) и автоматизированные процессы (например, автоматическое соединение труб).

Преимущества: Высокая точность управления, обеспечивающая управление данными и автоматизацию.

Недостатки: Зависит от стабильного электропитания; во влажной и пыльной среде необходимо принимать меры против коротких замыканий и помех; первоначальные инвестиции относительно высоки.

5. Интегрированный контроль

Интегрированное управление сочетает в себе преимущества двух или более отдельных методов управления и является основным выбором для современных средних и крупных буровых установок (например, комбинация «пневматическое + гидравлическое + электрическое управление»).

Типичное применение: Пневматическое управление используется для управления устьем скважины (для адаптации к условиям добычи нефти и газа), гидравлическое управление для компонентов высокой нагрузки (например, противовыбросовых превенторов для обеспечения большой тяги) и электрическое управление для общего регулирования параметров (для достижения точности и автоматизации). Все три системы связаны через ПЛК, что обеспечивает безопасность и надёжность, а также повышает точность и эффективность управления.

Ⅱ. Основная ценность системы контроля

Гарантия безопасности: Будь то аварийное отключение пневматического управления, быстрое отключение превенторов в гидравлическом управлении или защита от перегрузки электрического управления, система управления может быстро отсечь источники риска в случае внезапных отказов (например, прихват трубы, выброс в скважину), чтобы избежать повреждения оборудования или аварий.

Повышение эффективности: Благодаря точному управлению (например, регулированию постоянной скорости в электрическом управлении и управлению крутящим моментом верхнего привода в гидравлическом управлении) снижается количество ошибок ручного управления, а также предотвращается износ долота и расширение ствола скважины из-за колебаний параметров, что повышает скорость бурения. Автоматизированная связь между интегрированным управлением (например, координация работы пневматического устьевого оборудования и электрической лебедки) также позволяет сократить время спускоподъемных операций и наращивания труб.

Сильная приспособляемость: Различные методы управления могут быть адаптированы к различным сценариям — пневматическое управление для удаленных наземных месторождений нефти (простота обслуживания), интегрированное управление для морских буровых установок (баланс между безопасностью и точностью) и электрическое управление для интеллектуальных буровых установок (потребности автоматизации), обеспечивающее стабильную работу в различных условиях бурения.