摘要：随着近几年科学技术和社会经济的发展，我国石油钻机电气控制系统的自动化技术水平有了明显的提高，大大冲击了传统的人工电驱动石油钻机电气控制系统市场。基于此，本文首先阐述了传统石油钻机电气控制系统存在的人力、物力资源消耗以及技术落后等问题，其后对自动化电子控制汽油喷射技术、监控技术、电子司钻技术等新型的电气控制系统优化设计技术方案做出了分析研究。
关键词：石油钻机电气控制系统；自动化技术；电磁喷油装置
传统的石油钻机电气控制系统采用人工与电动相结合的方式，虽然在操作上具有较强的灵活性，但需要消耗大量的人力、物力资源成本，同时还缺乏一定的安全性和应急能力，使得钻井工作的顺利进行受到很大程度的限制。所以，有必要对自动化的石油钻机电气控制系统做出研究，提出可行的技术优化设计方案。
一、传统石油钻机电气控制系统使用中存在的问题
（一）工作强度高，工人精神压力大
传统的石油钻机电气控制系统的控制行为完全是由人力进行的，为了保证钻井工作的安全顺利进展，工作人员必须实时对设备的管道压力、游车位置、油量信息、钻机转速等各种参数进行监视，受到空间和人数的限制，此类工作往往由一个人或几个人完成，工作时间长达十个小时以上。这样以来，一方面大大增加了控制人员的工作责任和精神压力，另一方面也为工作人员视觉疲劳出现疏忽，导致设备损坏或工期停滞等问题埋下了隐患。
（二）控制环境设计不合理，工作效率低
首先，传统石油钻机电气控制系统的操作台布局设计中，大量的仪表位置分散且距离较远，其控制元件也常常安置在工作人员触不可及的位置，使得工作人员在控制钻机参数时需要经常移动，降低了人员的工作效率。同时，各个元件的操作按钮颜色相同，且缺乏一定的标志性，使得工作人员在控制时极易出现操作失误。
其次，控制软环境的设计缺乏合理性，传统钻机电气控制系统配备的刹车手柄为木质且经过打磨处理，长时间的操作后会因工作人员手心出汗打滑脱控，可用橡胶手柄代替。此外，操作室内部环境经常采用暖色调设计，易使工作人员产生困倦的感觉[1]。
（三）技术落后，缺乏节能性和安全性
由于我国工业发展的基础较弱，使得传统钻机电气控制系统所应用的技术较为落后，对钻井作业安全和设备寿命造成了很大危害。由于技术水平落后，钻机发动机得不到应有的监控，常常偏离低油耗区，耗能过多、油液泄漏等时间时有发生，据有关数据统计，传统钻机耗能的实际利用率仅为50％到70％；由于技术水平落后，钻机控制完全依靠人力操作，由于工作人员的技术水平各有不同，发动机经常处于超载运转状态，使得油泵、马达等核心部件损耗严重，缩短了设备的使用寿命，同时也为油泵损坏、马达内燃等重大设备故障埋下隐患。
二、新型的电气控制系统功能优化设计技术方案及其优点
（一）自动化电子控制汽油喷射技术
这一技术通常用于以机械驱动为主的轻型钻机自动化电气控制系统，在自动电子控制装置的作用下，电磁喷油装置会将燃油转化为气态的烟雾，将其喷射至发动机的汽缸或其他进气部位。在这之后，燃油烟气会与空气混合，由火花塞点燃后呈膨胀方式进行做功。
将电子控制汽油喷射技术技术应用到钻机自动化控制系统当中，用气态代替固态进行能源燃烧充能，大大减少了油液的浪费情况，使得过去能耗大、高污染的化油器燃油供能方式被淘汰。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆除此之外，由于电子控油喷射技术可对喷射的油量进行自动化控制，减少了使用过程中的漏油、油量过多等问题，显著提高了钻机工作的稳定性。
（二）自动故障诊断技术
自动故障诊断技术是钻机自动化电气监控系统的关键性技术，为延长钻机寿命、及时诊断和排查设备故障提供了保障。该技术系统通过对设备运行情况的数据采集，自动将设备实时信息通过无线通信的方式反馈到钻机制造商家及钻井企业处理部门，通过系统终端的自动化判断分析，为有故障风险或即将超出使用寿命的设备作出预警，同时相应的专家和技术人员对据此故障证照进行专项研究，及时做出设备修理或更换的处理预案。
（三）可视监控技术
我国的可视监控技术已经发展成熟，其产品可与任何钻机类型配合使用。该技术系统采用行业先进的监视器、摄像设备和控制台，并配备有温度监控装置、压力监测装置以及空气过滤器等辅助设备，很好地满足了钻井作业的恶劣环境和特殊需求。
随着钻井工作的不断进展，设备所处环境会发生变化，使操作者的视线受到光线、空间等条件的限制。此时应用可视监控技术系统，可以通过彩色监控仪器对游车、转盘、钻井泵等多个钻机工位的运行状况进行实时监控，使得工作条件、视野范围以及安全情况得到了巨大的改善。
（四）电子司钻技术
电子司钻由电磁阀、高精度调节阀、HMI设备以及计算机控制终端构成，可以实现高自动化、高工作效率、高灵活性的钻机控制效果。现阶段，电子司钻技术在国内外钻机使用上的发展已经趋于成熟，可广泛应用于所有类型的钻机控制系统中。钻井工作往往会受到地质结构、钻井深度等因素影响，电子司钻可根据实际的钻井条件进行系统调节，在保证钻压稳定的同时尽可能提高钻井速度，与传统的人工作业相比，这一技术措施可以将钻井时间缩短35％以上。
其次，除了钻井速度，钻压、扭矩、管道液压、油车速度、游车位置等钻井过程的主要参数都会受到电子司钻的监视和自动控制，从而避免了卡钻、油车上碰、溜钻、管道过载等事故的发生，大大增强了钻井工作参与人员和使用设备的的安全性，继而提高了生产工作的效率和质量[2]。
最后，对于油车超速、系统停运等突发状况，电子司钻系统也备有完整的故障处理和解决机制。当油车超速或偏离运行正轨时，电子司钻终端会自动检测出油车此时的速度和位置参数，并据此对油车进行减速或软停处理；当出现系统停运时，可动用电子司钻预留的控制旁路，将操作方式改为人工司钻，从而保证钻井工作不受影响；当电路短路或跳闸导致电源无法使用时，钻机控制终端会自动触发后备电源系统，以保证电子司钻装置的续航工作能力。
结论：总而言之，依据自动化理念对石油钻机电气控制系统进行功能优化设计，为减轻工作人员的工作压力、增强钻井工作安全性和持续性提供了重要帮助。由上文分析可知，通过对传统钻机控制系统在人力、技术等方面缺陷进行研究，在控制系统中应用可视监控、故障诊断、电子司钻等先进技术，加强了设备的续航能力和各参数控制能力，显著提高了钻井工作的效率和质量。最后，希望本文对日后钻机控制系统的设计有所帮助。
参考文献：
[1]于兴军,宋志刚,魏培静,张润松,曹振兴,李庆福,樊勇利. 国内石油钻机自动化技术现状与建议[J]. 石油机械,2014,42(11):25-29.
[2]陈健.改进型石油钻机电-气控制系统[J].化工自动化及仪表,2016,43(04):446-448.
个人简介
名：楚治勋（1987.09--）；性别：男，籍贯：河南省平顶山市，学历：本科，毕业于郑州航空工业管理学院；现有职称：无；研究方向：电气自动化；
论文作者:楚治勋,杜东帅,王力健
论文发表刊物:《电力设备》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/20
标签：钻机论文; 控制系统论文; 技术论文; 电气论文; 石油论文; 设备论文; 电子论文; 《电力设备》2017年第25期论文;