海洋鉆井平臺(tái)自動(dòng)化裝置以及SCR系統(tǒng)的應(yīng)用及管理

孫亮

中海油田服務(wù)股份有限公司 天津 300452

在海洋鉆井作業(yè)中，管子處理作業(yè)包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：放置、運(yùn)輸和移動(dòng)鉆具和管件、接卸立根、移送立根和排放等，海洋鉆井作業(yè)中需要用到各種型號(hào)的鉆具和管材，包括立根、鉆桿、套管和隔水導(dǎo)管等。為了降低鉆井成本、提高經(jīng)濟(jì)效益、縮短作業(yè)周期，就要高效穩(wěn)定且快速的進(jìn)行管材的運(yùn)輸、取用、放置和拆卸作業(yè)等。

1 海洋鉆井作業(yè)環(huán)境要求

與陸地鉆井不同，海上鉆井作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變，經(jīng)常遇到大風(fēng)大浪，作業(yè)人員面臨著嚴(yán)重的安全威脅。海洋鉆井作業(yè)需要用到各種類型的鉆具和管材，如隔水導(dǎo)管、套管和鉆桿等，一般鉆具和管材都是儲(chǔ)存在甲板上的，在作業(yè)時(shí)將這些鉆具和管材轉(zhuǎn)運(yùn)到鉆井平臺(tái)上，進(jìn)行排放和卸扣等作業(yè)。在海洋鉆井作業(yè)中，處理管子和起下鉆的時(shí)間約占總作業(yè)時(shí)間的三分之一，例如處理鉆桿，一般接一根鉆桿的時(shí)間占據(jù)鉆井作業(yè)時(shí)間的20%左右，而在處理管子和起下鉆作業(yè)過程中是最容易發(fā)生安全事故的，在海洋鉆井作業(yè)中，管子的運(yùn)移和排放是一種重復(fù)性工作并且困難性很大，這也是安全事故頻發(fā)的主要原因。要降低安全事故發(fā)生的頻率，就應(yīng)該減少作業(yè)人員的數(shù)量，減少人工操作盡量采用機(jī)械化設(shè)備，提高處理管子的速度，因而近年來自動(dòng)化管理處理裝置開始在海洋鉆井作業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。

2 自動(dòng)化配電裝置在海洋鉆井作業(yè)中的應(yīng)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(gè)部分組成：控制部分，這是管子處理裝置的核心裝置，相當(dāng)于我們的神經(jīng)系統(tǒng)和大腦，主要作用是控制管子處理裝置，處理和判斷系統(tǒng)、傳感器等反饋的信息，向機(jī)械臂發(fā)送指令確保管子處理裝置能夠順利完成作業(yè)；執(zhí)行部分，將控制部分發(fā)送的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)；檢測(cè)部分，檢測(cè)部分是一種傳感裝置，用于檢測(cè)機(jī)械部分的動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)情況，實(shí)現(xiàn)測(cè)量、監(jiān)控和反饋的作用；機(jī)械部分，是對(duì)鉆具、管柱進(jìn)行操作的主要組成部分。

2.2 海洋鉆井裝置的作業(yè)要求

管子處理裝置需要滿足基本的剛度需求和強(qiáng)度需求，還要盡量保證管子處理效率以及作業(yè)人員的人身安全。管子處理裝置應(yīng)能夠順利的完成鉆井作業(yè)，縮短作業(yè)周期，保證管子壽命，提高作業(yè)人員對(duì)處理裝置的滿意度，作業(yè)應(yīng)該滿足連貫性的需求；為作業(yè)者營(yíng)造穩(wěn)定安全的工作環(huán)境[1]。

2.3 自動(dòng)化管子處理裝置的處理流程

自動(dòng)化管子處理裝置需要實(shí)現(xiàn)管子的位置轉(zhuǎn)變、狀態(tài)轉(zhuǎn)變和存放方式的轉(zhuǎn)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(yùn)送至鉆井平臺(tái)上，管子位于儲(chǔ)存區(qū)，起重機(jī)將管子轉(zhuǎn)運(yùn)至輸送機(jī)上，輸送機(jī)將管子運(yùn)送至鉆臺(tái)的指定位置上；然后進(jìn)行管子的卸扣作業(yè)，輸送機(jī)將管子運(yùn)送到輔井的中心，背鉗將鉆桿放至鼠洞，此時(shí)鉆桿由卡瓦控制，頂驅(qū)下降并夾起第二根鉆桿，與第一根對(duì)齊后移動(dòng)到鉆桿接頭處并上緊螺紋接口，然后將輔井口鉆桿移動(dòng)至鼠洞將鉆桿對(duì)接，形成完成的立根；（2）套管，將套管輸送道鉆井平臺(tái)后，頂驅(qū)提起套管并將其放人轉(zhuǎn)盤，與緊扣對(duì)接后直接放下套管，這項(xiàng)作業(yè)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(tǒng)

水平管子處理系統(tǒng)主要由管子鋪放機(jī)、折臂起重機(jī)和管子輸送機(jī)組成，主要是將甲板上水平放置的管子運(yùn)送至鉆臺(tái)上并放置到垂直的位置上。其中管子鋪放機(jī)用來抓取管子并放置到輸送機(jī)上，起重機(jī)則是將管子吊送至輸送機(jī)上，功能與鋪放機(jī)類似；輸送機(jī)是與管子水平到垂直處理系統(tǒng)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(tǒng)

隔水管的作用是隔離海水并導(dǎo)出泥漿，系統(tǒng)由隔水管起重機(jī)、傾斜壁和指梁組成，其中起重機(jī)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(tái)上，指梁則是將隔水管排放好并鎖緊。

3 鉆井平臺(tái)中SCR系統(tǒng)數(shù)字化升級(jí)改造技術(shù)分析

3.1 主電路技術(shù)特點(diǎn)及改造分析

海洋鉆井平臺(tái)中的SCR系統(tǒng)主電路采用三相橋式的全控整流電路。該電路的電壓脈動(dòng)小，比較適用于負(fù)荷容量較大的主電路。并聯(lián)RC阻容，在一定情況下抑制可控硅關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的電壓，對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)[2]。另外，可控硅的監(jiān)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(dǎo)通可以利用橋臂的電抗器來完成。快速的熔斷器用來保護(hù)短路。在快熔熔斷時(shí)快速跳閘的自動(dòng)開關(guān)，可以避免事故的發(fā)生。保護(hù)可控硅系統(tǒng)的完整性，從而保障整個(gè)控制系統(tǒng)的性能。SCR系統(tǒng)采用塑殼短路器來完成控制系統(tǒng)與電網(wǎng)的有效隔離問，防止短路或過載的保護(hù)。

3.2 SCR系統(tǒng)的繼電邏輯控制環(huán)節(jié)

可編程序控制器是SCR系統(tǒng)中的邏輯控制環(huán)節(jié)的核心，它能改變系統(tǒng)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(jìn)而抗干擾性，該系統(tǒng)可以采用西門子功能強(qiáng)大的中央控制器，使用專業(yè)的電源板提供所使用的電源，消除與控制器的電源的聯(lián)系[3]。為保證控制系統(tǒng)的安全性，采用直入的方式控制數(shù)字量的輸入信號(hào)，隔離中間的繼電器。

4 結(jié)語

管子處理系統(tǒng)的自動(dòng)化不僅可以避免鉆井作業(yè)人員直接接觸鉆具以及與鉆具接觸的重復(fù)性減少，進(jìn)而使操作人員的工作條件更加優(yōu)越，作業(yè)準(zhǔn)確性提高，保障鉆井材料可以更加地順暢，連續(xù)的進(jìn)行操作。伴隨著各種鉆井作業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立以及開發(fā)，再加上結(jié)合了鉆井專家遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，智能型的管子處理系統(tǒng)將在不久的未來變成現(xiàn)實(shí)，海洋上的油田鉆井也定將跳躍式發(fā)展。