海上油气平台钻机模块仪表控制系统描述

[摘 要]海洋石油工业的发展，安装于生产平台之上进行钻井作业的模块钻机在近几年得以长足发展。但是由于受海洋工程资源的制约，海洋模块钻机的结构形式呈现了多种形式。本文从轻型可搬迁调整型轻型钻机模SZ36-lK以及LF13―2钻机模块钻井仪表系统设计入手，介绍了钻机模块仪表系统的构成，最后阐述了钻井仪表控制系统的发展需要。

[关键词]海上油气平台 钻机模块 仪表控制系统

中图分类号：TE626 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）42-0365-01

海洋平台钻机模块是海上石油钻井装置的一种，钻机模块仪表系统分为钻井仪表控制系统及仪表火气系统。钻井仪表控制系统是测量钻井参数和监控钻机正常工作的系统，它是钻井参数储存、处理的核心，是钻井作业的眼睛和大脑。而仪表火气系统是钻井作业的安全保障。

1、钻井仪表控制系统的构成及现状

（1）我国海洋用钻机主要有直流驱动钻机和交流变频钻机两种，SZ36―1K钻机模块的钻井设备就采用了电驱动中的交流驱动系统。采用西门子的变频系统控制，利用DSP全数字技术，通过DP线，及光纤各主从站进行联络互讯及控制，触摸屏在盘面显示状态及设定控制，比较容易操作。电驱动钻机的仪表系统也由于网络技术和传感器技术的发展，由原来单一的传统分离式仪表系统发展成一体化仪表。考虑到将来作业方对仪表操作熟悉性的需要，以及兼容老设备的要求，LF13-2平台钻机模块的仪表控制系统采用了分离式仪表系统和一体化仪表系统相结合的方式。该系统主要采用美国M/D Totco公司产品，主要由数据采集处理系统DAQ 数据存储监控工作站、司钻房显示系统和现场仪表构成。

（2）钻井数据采集处理系统是钻机模块仪表系统的核心部分，它为现场仪表提供电源，并将现场仪表数据采集输入系统，经系统处理后将数据送入数据存储监控工作站进行储存监控，同时将送入司钻房显示系统供司钻监控。数据采集处理系统电源由UPS供电，电源为120VAC 60Hz。由于钻井井场对防爆要求比较高，现场仪表都采用本质安全性仪表，因此数据采集系统配备了安全隔离栅，安全栅与数据采集系统均安装于一个系统柜内。M/D Totco公司的数据采集系统和柜体具有较好的防辐射和防干扰能力，LF13-2钻机模块项目数据采集处理系统放置在钻井模块配电间内挂墙装。

（3）数据存储监控站是用来存储和打印钻机模块仪表系统参数，同时作为钻井监督监控站。主要由计算机、管理软件、打印机及与数据系统的连接通信模块组成。仪表系统管理软件融合了最新的传感器和数据处理技术，可以产生钻井信息和钻井报表，是先进、可靠并易于操作的钻井信息处理系统。管理软件将成熟的钻井计算方法用于现场数据实时分析和控制，可以对钻井系统进行屏幕设置、报警设置，以图表、数字显示符合要求的钻井信息。如果需要，可以通过网络实现远程监控和设置。电脑的运行管理软件连接到钻井检测系统在线生成彩色图谱，所有的信息自动存储在计算机硬盘，数据按时间顺序存储，操作员能够选择时间调出记录并能显示或绘制出高分辨率的彩色图谱。

（4）节流控制盘和防喷器控制盘是独立的，远程节流控制盘位于司钻房内，主要控制节流管汇的远程节流控制阀，显示高压泥浆泵的泵冲和累积泵冲、立管压力、套管压力、节流后压力。节流控制和防喷器控制采用液压控制方式。防喷器控制在下列三处设有专用控制盘：1）防喷器控制单元在防喷器甲板（DES）；2）在钻井甲板的司钻房（DES）；3）队长办公室（LQ）。

（5）节流控制盘和防喷器控制盘及附属设备能适用于1级2类区C&D组的危险区域，按IEC标准防护等级要求为IP56，表面涂装为朱红色。防喷器远程控制系统用硬线连接。

（6）灰罐和泥浆混合系统完全是独立控制的，灰罐就地控制盘显示灰罐重量和压力。灰罐上装有压力表和安全阀，灰罐系统显示每个灰罐的料位和重量，系统供电为AC230V 50Hz，厂家将提供变压器为其它设备提供电源，确保雷达料位计正常工作，厂家还提供缓冲罐的指重传感器、压力表，控制盘和特殊工具。

（7）司钻台仪表显示系统放在司钻控制台上，可以选用多种参数配置，将基本的钻井参数在液晶显示器显示，elan钻压和大钩重量、钻速和深度，转盘转速和扭矩，泵压和泵速，各泥浆罐容量，大钳拉力、泥浆密度和温度，回流泥浆的流量等参数。设计者可以根据用户的需要选择司钻显示系统的参数多少和显示位置，比如泥浆密度和温度一般情况下可以不选用。司钻台显示系统还包括液压机械显示表，一些重要参数如钻压和大钩重量，泵压，大钳拉力都要用机械显示表在司钻台上显示，便于司钻更直观地观测，钻压和大钩质量作为最重要参数，一般要求为12或16 。

（8）现场表：现场仪表系统包括设备参数变送器和泥浆参数变送器，主要有泥浆立管压力变送器、水泥立管压力变送器、节流压井管汇压力变送器、泥浆回流流量变送器、泥浆液位变送器、泥浆密度变送器，绞车编码器、泵冲变送器、大钳拉力变送器、指重表、转盘转矩变送器、转盘转速变送器。

2 仪表控制系统的设计描述

海洋石油平台仪表控制系统的设计对于平台的整体运行至关重要，需要结合用户的实际需求选择最佳仪表系统配合方案。

钻机模块仪表控制系统是为了提供钻井所需参数的系统，不同的地质情况，不同的操作者，不同的业主对参数的种类和精度要求不一样，而且还有第三方的仪表数据接口：如录井，测井等应该结合设备情况合理的选用仪表类型，防止漏掉接口或者接口对不上及。对于顶驱系统，目前国内的顶驱大多也是交流变频控制，而且有自己的控制房和控制盘，也可以输出转速和转矩参数，也无须相应的仪表。

由于海洋平台空间的限制，钻机模块所能利用的空间很小，而仪表系统的电缆托架通常是在配管管线和电气大电缆托架布好后再布局，所剩空间很有限，需要按标准与电气电缆保持距离，难度非常大，建议使用专业三维软件进行布局。对于少于3根电缆时，可考虑走马脚。电缆不要在钻井面上和过道上，以免妨碍钻井操作和人行走。移动拖链的电缆设计也是必须注意的，不仅要合理安排移动拖链上管线、电气电缆、仪表电缆的合理安排，特别 要注意电缆上下移动拖链的方式，保留足够的弯曲半径。

司钻控制房是钻机的控制中枢，其性能的优劣和布局合理与否直接关系到整台钻机的生产效率，维护保养性能，工人的劳动强度和生产安全。司钻房的性能和布局设计是钻机仪表专业的主要工作之一，也是整个钻机仪表系统是否合理的集中表现的地方。

3 结语

随着电子化仪表可靠性、稳定性的提高，电控逐渐替代气控和液控的趋势以及高速可靠网络的使用，可以预料的是电子化、一体化仪表将会替代传统的钻井仪表控制系统，而电气系统、通讯系统将和仪表系统合而为一，一个高度自控、远程控制、具有良好人机界面的综合控制系统将出现在钻井井场，这将会极大地减少井场人员人数和劳动强度，也会出现只在室内工作的洁净的司钻或远程司钻。

参考文献

[1] 黄步余.《石油化工安全仪表系统设计规范》解读[J].石油化工自动化.2012，12（07）：115-116.

[2] 张继君.石油化工仪表控制系统的应用研究[J].科教导刊（上旬刊）.2013，16（04）：92-94.