测井绞车智能化的研究

2017-11-16 09:03崔萌
科技创新与应用 2017年33期
关键词:绞车电控测井

崔萌

摘 要:测井绞车,作为石油机械中最复杂的绞车种类,除了对绞车速度和力量的大小有绝对要求外,对其速度和力量的控制精度要求也十分关键。文章主要介绍了现用主流的测井绞车的发展背景,对现行的主要控制方式进行了介绍,并对其智能化的发展现状进行了分析,阐述了智能化控制的难点所在,对其智能化的发展方向进行了展望。

关检词:测井车;液压绞车;智能化

中图分类号:TE9 文献标志码:A 文章编号:2095-2945(2017)33-0164-02

1 概述

随着石油技术的发展,人们要开采的井况越来越复杂。对于测井行业来说,极度复杂的井况、需要长时间工作的超深井、各类测井事故等无疑是一个接一个的噩梦。一台高效、可靠、智能化的测井绞车成为各大测井公司的热切期盼。液压测井绞车以其特有的机械特性很好的适应了测井行业的各类工况,电信号控制和可编程控制器的引入为测井绞车智能化提供了无限的可能。

2 研究背景

2.1 随着石油开采技术的发展,人们已经可以在以前不可能的地方开采出宝贵的原油,随之而来的是对测井精度的更高要求和更加恶劣的井况。这对测井行业提出了更高的要求。井下遇阻、数天甚至数周的连续作业、作业精度低测井失败、仪器跌落井底等,不断成为测井行业的噩梦。一台高效、可靠、智能化的测井绞车成为各大测井公司的热切期盼,各大测井车生产厂商也都在为之而努力。

2.2 液压绞车,凭借其特有的物理特性,完美的适应了水平井这一特殊工况,这种工况对于老式的机械绞车来说,几乎是个不可能完成的任务。可靠性、测井精度相较机械绞车来说也更胜一筹。现在,除了一些要求测井极高速度且对精度要求不高的工况外,液压绞车绝对是各大测井公司的主力。液压绞车拥有这些特性,电控变量泵和电控变量马达的引入功不可沒。电控信号的引入,提高控制精度的同时,也为绞车智能化打开了大门。

3 发展现状

3.1 液压绞车的控制主要分为排量控制和系统压力控制,反映到绞车上即为速度控制和扭矩控制。

3.2 现在主流的液压绞车排量控制已经实现了电控,控制方式也比较简单,操作人员推动控制手柄到相应角度,手柄带动电位器或霍尔模块,输出模拟电压信号给放大版,放大版输出模拟电流信号至电控变量泵的电磁阀,从而控制泵的排量。这种控制方式已经由电控代替了机械连动控制,提升了控制的反应速度;电控手柄操作舒适,减轻了操作人员工作强度;配合速度微调多圈旋钮一起使用,达到了机械连动无法比拟的控制精度。但这种控制方式依然对操有很高要求,尤其是在恒速测井时,随着筒径的变化,滚筒恒速的转动并不能保证电缆有恒定的线速度,所以还是需要操作人员频繁的操作控制手柄,从而使电缆达到相对恒定的线速度。

3.3 而主流的液压绞车,系统压力的控制一般通过调节系统调压阀来完成,而系统调压阀为手动控制,操作人员根据现场实际情况和经验,直接转动调压把手来实现对绞车系统压力的控制。这种控制方式最为直接,但是对操作人员要求较高,需要有丰富的经验。

4 智能化的尝试

可编程控制器,简称PLC,内置可以编制程序的存储器,可以按照用户要求写入逻辑控制语言,通过数字或模拟输入、输出端口,来接收使用者操作信息,经过逻辑运算以后控制执行元件完成各种机械动作。它的引入,使得测井绞车控制智能化成为可能。

从绞车速度的控制方式上来说,操作人员控制绞车手柄,发出电压模拟信号,信号被绞车控制器采集到后,经过逻辑运算,决定控制油泵电磁阀的电流大小,并输出给控制油泵电磁阀,完成了最基本的任务。可以根据用户需要,增加速度微调旋钮信号,高低速档位开关信号,紧急制动信号等,这些模拟信号被绞车控制器采集之后,都会成为逻辑运算的先决条件,决定输出给油泵电磁阀的电流大小,需不需要启动超低速电磁阀等等。之前需要很多逻辑继电器才能实现的各种功能变得更加简单,如中位刹车等等。另一方面,将测量头上编码器信号引入绞车控制器,可以从中读取电缆速度信号和深度信号,用户通过对绞车控制器的设置,输入一个目标速度值,控制器转入自动控制,通过PID调节,动态的将绞车速度控制在目标值附近,完成恒速控制。通过用户实际使用反馈,这种控制方式比手动恒速控制精度高,并且大大降低了操作人员的工作强度。读取到深度信号以后,通过编入相应的逻辑控制,也可实现目标深度减速、停车等功能。

在绞车扭矩控制方面,首先需要引入电控比例调压阀,来代替原手动调压阀,以方便作为电控系统调压的执行元件。控制方式与绞车速度的控制方式相同,不同的是在控制反馈方面。我们调节扭矩大小,实际上是在调节绞车的最大扭矩,当滚筒正常旋转时,传感器检测到的实时张力信号和系统压力信号,不能直接反应绞车的最大扭矩,而反应的是绞车的负载所需要的张力和系统压力,只有在绞车由于提升不动,停下来的时候,传感器检测到的张力值和系统压力值才是调压控制调到的真实状态。而我们需要的最理想的状态是:调压阀的位置即绞车的最大能力,比实际负载需要的系统压力高一点,达到绞车能提升起仪器,但又没有过多扭矩储备的状态,这样当仪器遇卡,绞车没有过多的扭矩储备,提不动仪器自然会停车,达到保护仪器和电缆的目的。

我们依旧采取闭环调节方式,将张力信号引入控制器,配合编码器信号判断绞车运行状态,由控制器来计算出现在具体需要的系统压力信号。这种控制方式在理论上来说很理想,但实际应用过程中,受制于液压系统特性和电缆的弹性等因素影响,张力反馈信号往往波动很大,另一方面,井下工况往往很复杂,不确定因素的出现往往需要临时处置,这些因素都对控制器的智能化程度要求很高。目前这种控制方式已经在某些大型测井公司出现,虽然还不能适应所有复杂工况,但已经到达一个很高的智能控制水平。

5 智能化发展方向

5.1 绞车一体化将会成为一个主流的发展方向,这基于现有的绞车控制越来越智能化,对绞车工的依赖程度越来越低。通过地面仪器与绞车控制器之间的数据通讯,仪器操作员可通过向绞车控制器发送数据来达到控制绞车的目的,传统的绞车操作手柄和调节开关旋钮等作为备用,被安排在了旁边的位置,取而代之的是仪器操作员的鼠标和键盘。取消绞车工,在人工成本越来越高的今天,对于测井公司来说显然是个不错的选择。另一方面,通过对地面仪器的程序开发,可以事先将要测的井况输入进去,如到多深过套管,多深的井段需要慢速测井,哪一段需要快速通过等。启动测井以后,到对应测井深度,仪器向绞车控制器发出相应状态要求,控制器控制绞车实现对应状态,完成测井。

5.2 操作舱简洁智能化,这离不开各种高精度的传感器,将绞车各种状态信号、压力信号采集上来,集中在一体化的显示屏上显示。电气系统的显示和控制也更加简洁,由控制器根据室温传感器反馈的温度信号自动控制空调和暖气的启停;灯光传感器反馈给控制器信号以后决定操作舱内需不需要灯光照明;门吸传感器在检测到人员上车以后自动延时开启应急照明等等。各种人性化的智能设计将被引入。

5.3 智能远程监控,通过对移动或电信的成熟产品二次开发以后与绞车控制器通讯,将绞车的运行数据等实时发送回测井基地甚至是测井公司厂家。这样,测井车的运行状态,后方人员可以一目了然。一旦出现绞车故障,维修人员可以直接检测绞车控制器,对绞车故障点做出判断后携带相应配件去往现场排除故障,为恢复生产节约时间。

5.4 电驱动智能绞车,是将液压系统驱动的绞车改变为电机驱动。相比液压驱动,电机驱动有很多优点,如电机力度刚性强,速度范围广,反应快等,这些特性使得绞车控制的智能化程度更高。

6 结束语

在测井公司,对于一线工作人员来说,智能化的测井车减轻了他们的劳动强度,改善了他们的工作环境,面对复杂井况时更加从容,提升了他们测井工作的精准性和成功率。对于测井公司来说,更加智能化的绞车能提升小队的工作效率,减少了人员、维护的费用,为公司创造更多价值。和所有的石油机械一样,更加智能化的测井绞车必将层出不穷。

参考文献:

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