重庆科技学院本科生毕业设计 英文摘要
ABSTRACT
Electric control system is the power source and control center of electric drilling rig. It is the most critical devices of oil drilling. It not only offers a full range of high quality power and energy for the oil-drilling rig, but also the center of the whole drilling rig’s operation.
This paper analyzes the development status of drilling rig and development trend of electric rig drilling. Proposed the electrical control theory of driller's control system, expounds the electric drilling in the control system, winch control system solutions, particularly winch electronic anti-collision system design; Rotarytable ontrol system solutions, particularly reactive torque release in rotarytable control system. By analyzing the system's process, choose optimization PLC, frequency converter for PLC control system, using Profibus DP bus and multi-touch screen, realized the winch and the turntable's touch screen operating system.
Key word：electric drilling rig；winch control system；rotarytable control system； electric control system
II
重庆科技学院本科生毕业设计 目录
目 录
摘 要 ............................................................... I ABSTRACT ......................................................... II 目 录 .............................................................. III 1 绪 论 .............................................................. 1
1.1石油钻机的概述 ................................................ 1
1.1.1 钻井工艺对钻机的要求 .................................... 1 1.1.2 钻机的组成 .............................................. 1 1.1.3 钻机的工作原理 .......................................... 3 1.2 石油钻机的发展现状和展望 ..................................... 4
1.2.1 石油钻机的发展现状 ...................................... 4 1.2.2石油钻机的发展趋势 ...................................... 6 1.3司钻房的功能和要求 ............................................ 6
1.3.1 司钻房的功能 ............................................ 6 1.3.2 司钻房的要求 ............................................ 7 1.4课题研究的意义和目的 .......................................... 7 1.5本文主要研究的内容和主要工作 .................................. 7
1.5.1本课题的任务 ............................................ 7 1.5.2本课题的重点内容 ........................................ 7 1.5.3本课题的实现途径 ........................................ 8 1.6本章小结 ...................................................... 8 2 石油钻机控制系统简介 ............................................... 9
2.1发电控制系统概述 .............................................. 9 2.2主传动控制调速系统概述 ....................................... 11
2.2.1 钻机的电气传动特性 ..................................... 11 2.2.2 钻机的主传动调速系统方案 ............................... 12 2.3配电系统概述 ................................................. 14 2.4本章小结 ..................................................... 15 3 司钻房控制系统设计 ................................................ 16
3.1司钻房的概述 ................................................. 16
3.1.1 司钻控制房的房体系统概述 ............................... 17 3.1.2 司钻控制房的控制系统概述 ............................... 17 3.1.3 司钻控制房的显示系统概述 ............................... 18 3.2 司钻房气控系统概述 .......................................... 19
3.2.1 司钻房气控系统的功用 ................................... 19 3.2.2 司钻房气控系统的工艺要求 ............................... 19 3.2.3 司钻房气控系统的组成 ................................... 19 3.2.4 钻房气控系统的功能元件——阀岛 ......................... 19 3.3 司钻房气控系统方案 .......................................... 20
3.3.1 司钻房阀岛功能分配 ..................................... 20 3.3.2 司钻房气控系统设计 ..................................... 22
III
重庆科技学院本科生毕业设计 目录
3.4 本章小结 .................................................... 26 4 绞车控制系统设计 .................................................. 27
4.1 绞车的概述 .................................................. 27
4.1.1 绞车的功用 ............................................. 27 4.1.2 绞车的工艺要求 ......................................... 27 4.1.3 绞车电机的主要技术参数 ................................. 28 4.2 绞车控制系统方案 ............................................ 28
4.2.1 绞车驱动系统 ........................................... 28 4.2.2 绞车电子防碰系统设计 ................................... 31 4.2.3 绞车的程序流程图设计 ................................... 35 4.3 绞车操作人机界面设计 ........................................ 36 4.4本章小结 ..................................................... 37 5 转盘控制系统设计 .................................................. 38
5.1转盘的概述 ................................................... 38
5.1.1 转盘的功用 ............................................. 38 5.1.2 转盘的工艺要求 ......................................... 38 5.1.3 转盘电机的主要技术参数 ................................. 38 5.2转盘控制系统方案 ............................................. 39
5.2.1 转盘驱动系统 ........................................... 39 5.2.2 转盘的反扭矩释放设计 ................................... 41 5.2.3 转盘的程序流程图设计 ................................... 44 5.3 顶部驱动钻井的简介 .......................................... 45
5.3.1 顶部驱动钻井结构 ....................................... 46 5.3.2 顶部驱动钻井的特点 ..................................... 46 5.4 转盘人机界面设计 ............................................ 49 5.5 本章小结 .................................................... 50 6总结 .............................................................. 51 参考文献 ............................................................ 52 致谢 ................................................................ 53 附 录1 变量编址表 附 录2 PLC硬件图 附 录3 PLC流程图
IV
重庆科技学院本科生毕业设计 1绪论
1 绪 论
1.1石油钻机的概述
现代石油钻机是一套庞大的联合机组，包括内容广，涉及的种类多，它随着钻井方法、钻井技术的发展而不断的发生变化和完善。本章首先介绍石油钻机的要求及钻机的组成和原理，然后介绍石油钻机的发展现状和发展趋势。
1.1.1 钻井工艺对钻机的要求
钻井工艺对机械设备的基本要求有以下几个方面：
①要有足够起升功率：即有足够的起重能力，保证起得动，起得快。 ②要有旋转钻进的能力：要求能为钻具提供一定的钻速和扭矩，并保持一定的钻压。
③要有清除岩屑的能力：要求能提供具有一定压力和流量的钻井液，有效的冲洗井底，并将岩屑携带出井外。
此外，钻机要适应不同地区的钻井需要，如沙漠、沼泽、海洋等。同时因钻机的流动性大，要求设备容易安装、拆卸和运输。钻机的操作和维修工作必须简单易行，易损件便于更换。
1.1.2 钻机的组成
石油钻机是具有多种机器设备组成，具有多种功能的成套性联合工作机组，如图1.1所示。它主要包括了旋转钻进系统、钻井液循环系统、钻具起升系统、动力机组、传动和控制系统、底座和其它辅助设备等。
为了满足钻井工艺的要求，整套钻机必须具备下列各系统和设备。 ① 起升系统
起升系统在钻井过程中的主要作用是起下钻具、下套管、悬持钻具和钻头送 进等。这套设备由钻井绞车、辅助刹车、游动系统和井架组成。
② 旋转系统
旋转系统在钻井中的主要作用是带动井中钻具旋转，并带动钻头破碎岩石。旋转系统包括的主要设备有转盘和水龙头。在钻井过程中，转盘主要完成转动井中钻具，传递足够大的扭矩和必要的转速；下套管或起、下钻时，承托井中全部套管柱或钻杆柱重量；完成卸钻头、卸扣与处理事故时倒扣、进扣等辅助工作。水龙头是提升、旋转、循环3大工作机组交汇的“关节”部件，它的主要作用是：悬持旋转着的钻杆柱，承受大部分以至全部钻具重量；向转动着的钻杆内输入高压钻井液。
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重庆科技学院本科生毕业设计 1绪论
1一天车；2一井架；3一二层台；4一游车；5一立管与水龙带；6一大钩；7一水龙头；8一梯子；9一吊杆；l0一钻杆台；11一钻台；l2一振动筛；13一旋流器；14一钻台底座；l5一后台底座；l6一并车传动箱；17一后台；l8一钻井液池；l9一快绳稳定器；20一转盘；21一控制台； 22一绞车；23一变速箱；24一爬坡链；25一柴油机组成；26一泵胶带传动副；27一空气清洁系统；28一空气压缩机；29一燃料油罐；30一润滑油罐；31一压气罐；32一离心泵；33一发电站；34一泵房平台；35一钻井泵组
图1.1 石油钻机的组成
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