随着目前我国大量油田的开采，要求积极优化钻机的使用方式。石油钻机猫道自动化控制体系在目前很多油井开采过程中均得到了大量使用，本文对此进行了优化设计与案例分析。
1石油钻机自动化猫道优化设计
1.1优化送钻柱装置构成
送钻柱装置的结构主要包括主动链轮总成、安全销总成、小滑车、调节顶丝、液压驱动马达、被动链轮总成、传送本体、链条、踢出机构等部分。管柱前进、后退工作主要是通过送钻柱装置实现的，在系统运行过程中，送钻柱装置中部V形槽中放置管柱，将安全销放置在送钻柱装置传送本体两侧位置处，以此使得管柱不会从V形槽中滚落。通过小滑车前后运动来实现管柱的移动工作。在拉杆的作用之下，连接链条与小滑车，在链轮转动之下促进链条活动，以此来实现小滑车的运动[1]。
1.2设置技术参数
石油钻机猫道自动化控制过程中设置13.5m运输管柱最大长度，具有12～12.2m适应钻台面高度，具有508mm(20″)运输管柱最大直径、55kW最大输出功率、32880kg自重、-20～+50℃环境温度，45kN最大工作负荷、120s单根运行周期、≤90%(+20℃)相对湿度要求[2]。
1.3工作原理
动力猫道具有6个部件，分别为支架、送钻柱装置、液压系统、坡道、猫道底座、绳双动绞车等。工作时，固定于坡道背面的绳双动绞车能够带动钢丝绳在坡道顶部位置滑动，从而促进送钻柱装置在坡道方向上运动，一直到送钻柱装置能够运行至送钻柱装置，此时停止绳双动绞车运行。利用送钻柱装置中的小滑车促进管柱前进，利用风动绞车或者顶驱等提取钻柱，此时即完成管柱提升作业。液压站能够为小滑车与绳双动绞车提供动力，通过液压站控制系统、遥控系统即可完成整体动作过程。系统中，坡道的构成部分为滑轮总成、坡道本体、顶滚轮总成等。以钢丝绳导绳轮作为坡道上部的双滑轮，顶滚轮总成结构处于坡道本体上方位置，能够促进送钻柱装置向上运动以及向下运动。猫道底座组成部分为排管架总成、托链槽、底座本体、倾斜机构、梯子等部件。C16型动力猫道如图1所示。系统一共有前节、中节、后节等共六节管排架，能够使用倾斜机构或者放置钻具的方式使钻具滚入猫道之中。送钻柱装置的构成部分为主动链轮总成、踢出机构、惰轮、传送本体、链条、液压驱动马达、安全销总成、被动链轮总成、小滑车、调节顶丝等部件。送钻柱装置能够促进管柱前进与后退工作，可以在送钻柱装置中部V形槽之中放置管柱，并在两侧位置放置安全销。避免V形槽中管柱滚出，利用小滑车前后运动完成管柱前进动作与后退动作。利用拉杆的作用连接链条与小滑车，运用链轮转动来带动链条，以此使得小滑车能够正常前后运动。
1.4电气控制系统
系统运行过程中要求设置相应的参数，设置75kW、380V/50Hz的2路动力电源，15A、220V/50Hz的控制电源。在控制系统管理过程中，要求充分坚持可靠、安全、高效的原则，结合西门子PLC无线控制技术中的相关要求，设置应急控制、无线遥控、司钻集成控制等三种控制管理方式[3]。PLC控制器运行过程中一旦出现一些故障，在系统瘫痪的情况下，操作者可以利用本地应急操作台检查系统的实际运行情况，以此确保电气元件更换过程中能够正常运行。远程无线遥控模式的建立能够使系统在40m范围内实现无线遥控与管理。在该系统运行过程中，建立了“一键式”自动化操作方式，具有较为连贯的动作，能够实现精度较高的定位。司钻集成控制模式运行过程中采用了以太网通信方式，建立了司钻集成操控工作方式[4]。
1.5动力猫道操作步骤
动力猫道操作首先需要接钻具。结合工作过程中的实际情况，在排管架左侧放置钻杆，施工现场工人有效控制管排架，一般放置在伸出位置处。在倾斜机构中滚入钻杆;在伸出位置中放置操作安全销以及操作外倾斜机构，要求钻柱抬高应当比安全销要高，猫道中部送钻柱装置中置入钻柱。结合实际情况操作外倾斜机构，要求能够符合工程开展的实际情况。操作绳双动绞车，把拉动装置送入钻柱装置之中。之后操作小滑车，有效连接链轮与小滑车，由此为小滑轮的运动提供动力，使得钻柱能够推送到钻台面上[5]。倾斜机构如图2所示。工作人员使用钻具，根据司钻结合系统运行情况操作顶驱，同时将钻杆向下放置，在V形槽中放置钻杆。要求全部的钻杆均进入V形槽之中，并与挡板较为靠近，完成之后将吊卡打开。同时，操作小滑车，要求钻杆能够完全而充分地进入V形槽之中。之后按照系统相关要求操作双动绞车，并结合使用需求，按照一定的程度下放送钻柱装置，一直到和猫道处于同样一道水平线之上。之后有效操作安全销，使用完成之后将其收回。按照使用需求操作踢出机构，并结合使用需求，在V形槽中将钻杆充分推出。之后管理并操作内倾斜机构，要求钻杆一直能够推到管排架位置之上，再将内倾斜结构有效复位。踢出机构如图3所示。
2案例分析
本文选择以某油井作为研究案例。该油井开采过程中采用了石油钻机猫道自动化设计方式，油井井身结构相关情况如表1所示。该油井开采过程中，具有0.07～0.15g/cm3气井钻井液密度附加值，在具体的实钻过程中可以结合实际情况进行调整。钻进过程中运用了油基钻井液体系，钻进过程中尽量使用密度的下限值，由此提升井下施工的安全性。各井段密度设计如表2所示。本次钻井过程中运用的是ZJ90DB-S钻机，井下平均深度7000m，完钻井深为7515m。要求将5-1/2″钻杆调整至5″钻杆之后再进行5开钻作业，同时还需要新接入5″钻杆5117.26m，作业进行过程中的常见数值见表3。
3结语
目前我国钻井勘探技术逐渐得到发展，钻井的机械化自动化操作水平显著提升。在油井开展过程中，为了提升钻井的工作安全性与工作效率，可以将动力猫道和钻具自动排放装置、铁钻工、钻杆自动化处理装置、气动卡瓦等共同使用，在优化过程中应当优化送钻柱装置构成、设置技术参数、电气控制系统、动力猫道操作步骤，提升我国石油钻机的自动化操作水平。
参考文献
[1]张浩璐.煤矿电气自动化控制系统优化设计[J].能源与节能，2019(5)：170-171.
[2]田晓康，朱斌.发电机组一次调频问题的优化设计及在线分析研究[J].自动化与仪器仪表，2019(4)：38-40.
[3]吴莹.智能变电站低压电网小电流接地故障自动选线系统优化设计[J].电子制作，2019(6)：40-41.
[4]朱丹，李磊.基于集群环境的多目标实时数据处理软件结构优化设计研究[J].自动化技术与应用，2019(5)：58-61.
[5]王丽君.电气控制系统研究价值及数控机床电气控制系统优化设计[J].微型电脑应用，2019(6)：102-104.
《石油钻机猫道自动化控制探讨》来源：《自动化应用》，作者：丁亮 郝山波 刘心钢
