海洋钻井平台自动化装置以及SCR系统的应用及管理

孙亮

中海油田服务股份有限公司 天津 300452

在海洋钻井作业中，管子处理作业包括以下几个方面的内容：放置、运输和移动钻具和管件、接卸立根、移送立根和排放等，海洋钻井作业中需要用到各种型号的钻具和管材，包括立根、钻杆、套管和隔水导管等。为了降低钻井成本、提高经济效益、缩短作业周期，就要高效稳定且快速的进行管材的运输、取用、放置和拆卸作业等。

1 海洋钻井作业环境要求

与陆地钻井不同，海上钻井作业环境复杂多变，经常遇到大风大浪，作业人员面临着严重的安全威胁。海洋钻井作业需要用到各种类型的钻具和管材，如隔水导管、套管和钻杆等，一般钻具和管材都是储存在甲板上的，在作业时将这些钻具和管材转运到钻井平台上，进行排放和卸扣等作业。在海洋钻井作业中，处理管子和起下钻的时间约占总作业时间的三分之一，例如处理钻杆，一般接一根钻杆的时间占据钻井作业时间的20%左右，而在处理管子和起下钻作业过程中是最容易发生安全事故的，在海洋钻井作业中，管子的运移和排放是一种重复性工作并且困难性很大，这也是安全事故频发的主要原因。要降低安全事故发生的频率，就应该减少作业人员的数量，减少人工操作尽量采用机械化设备，提高处理管子的速度，因而近年来自动化管理处理装置开始在海洋钻井作业中得到广泛的应用。

2 自动化配电装置在海洋钻井作业中的应用

2.1 管子处理装置的组成

海洋钻井管子处理装置主要由以下几个部分组成：控制部分，这是管子处理装置的核心装置，相当于我们的神经系统和大脑，主要作用是控制管子处理装置，处理和判断系统、传感器等反馈的信息，向机械臂发送指令确保管子处理装置能够顺利完成作业；执行部分，将控制部分发送的电信号驱动机械运动；检测部分，检测部分是一种传感装置，用于检测机械部分的动作和运动情况，实现测量、监控和反馈的作用；机械部分，是对钻具、管柱进行操作的主要组成部分。

2.2 海洋钻井装置的作业要求

管子处理装置需要满足基本的刚度需求和强度需求，还要尽量保证管子处理效率以及作业人员的人身安全。管子处理装置应能够顺利的完成钻井作业，缩短作业周期，保证管子寿命，提高作业人员对处理装置的满意度，作业应该满足连贯性的需求；为作业者营造稳定安全的工作环境[1]。

2.3 自动化管子处理装置的处理流程

自动化管子处理装置需要实现管子的位置转变、状态转变和存放方式的转变，下面将就不同的钻具展开探讨：（1）钻杆，将甲板上的钻杆运送至钻井平台上，管子位于储存区，起重机将管子转运至输送机上，输送机将管子运送至钻台的指定位置上；然后进行管子的卸扣作业，输送机将管子运送到辅井的中心，背钳将钻杆放至鼠洞，此时钻杆由卡瓦控制，顶驱下降并夹起第二根钻杆，与第一根对齐后移动到钻杆接头处并上紧螺纹接口，然后将辅井口钻杆移动至鼠洞将钻杆对接，形成完成的立根；（2）套管，将套管输送道钻井平台后，顶驱提起套管并将其放人转盘，与紧扣对接后直接放下套管，这项作业在主钻井或者辅井中心均能够完成。

2.4 水平管子处理系统

水平管子处理系统主要由管子铺放机、折臂起重机和管子输送机组成，主要是将甲板上水平放置的管子运送至钻台上并放置到垂直的位置上。其中管子铺放机用来抓取管子并放置到输送机上，起重机则是将管子吊送至输送机上，功能与铺放机类似；输送机是与管子水平到垂直处理系统配合使用的，主要作用是输送套管、钻杆和隔水管等管材。

2.5 隔水管处理系统

隔水管的作用是隔离海水并导出泥浆，系统由隔水管起重机、倾斜壁和指梁组成，其中起重机是用来吊起隔水管并放置到倾斜壁上，倾斜壁夹持隔水管并以一定角度放到钻台上，指梁则是将隔水管排放好并锁紧。

3 钻井平台中SCR系统数字化升级改造技术分析

3.1 主电路技术特点及改造分析

海洋钻井平台中的SCR系统主电路采用三相桥式的全控整流电路。该电路的电压脉动小，比较适用于负荷容量较大的主电路。并联RC阻容，在一定情况下抑制可控硅关断时产生的电压，对电路进行保护[2]。另外，可控硅的监视灯可以为具体的工作操作提供指示，用来限制可控硅的导通可以利用桥臂的电抗器来完成。快速的熔断器用来保护短路。在快熔熔断时快速跳闸的自动开关，可以避免事故的发生。保护可控硅系统的完整性，从而保障整个控制系统的性能。SCR系统采用塑壳短路器来完成控制系统与电网的有效隔离问，防止短路或过载的保护。

3.2 SCR系统的继电逻辑控制环节

可编程序控制器是SCR系统中的逻辑控制环节的核心，它能改变系统中大量的繁琐的继电器控制，通过有效的软件程序完成这样的控制。为了保证中央控制器的可靠性进而抗干扰性，该系统可以采用西门子功能强大的中央控制器，使用专业的电源板提供所使用的电源，消除与控制器的电源的联系[3]。为保证控制系统的安全性，采用直入的方式控制数字量的输入信号，隔离中间的继电器。

4 结语

管子处理系统的自动化不仅可以避免钻井作业人员直接接触钻具以及与钻具接触的重复性减少，进而使操作人员的工作条件更加优越，作业准确性提高，保障钻井材料可以更加地顺畅，连续的进行操作。伴随着各种钻井作业数据库的建立以及开发，再加上结合了钻井专家远程控制系统，智能型的管子处理系统将在不久的未来变成现实，海洋上的油田钻井也定将跳跃式发展。