杰瑞新推出高空智能排管系统

       近年来，自动化作业、生产安全以及人身安全越来越受到油田行业的重视，如何提高作业的自动化程度和工作效率，提高作业安全条件，改善油田作业工人的劳动强度，成为油田行业的一个重点工作。最近，从烟台杰瑞石油装备集团获悉，由该集团旗下的杰瑞石油装备技术有限公司研发的钻机高空智能排管作业系统，很好地解决了陆地、海洋钻井平台作业安全和提效难题，收到国内外市场欢迎。目前该科技创新成果已经在国外油田应用。此前，国外仅有一家企业提供同类产品。

       发展自动化、智能化钻机装备

       钻机高空智能排管系统代表了石油装备向自动化、智能化发展的趋势。看准了这种趋势，作为一家坚持创新和服务的高新技术企业，杰瑞石油装备几年前就瞄准了高端石油装备研发和生产。此次发明新成果——钻机高空智能排管作业系统可以应用于陆地和海洋钻井平台，很好地提高了自动化程度，并替代了井架操作工人的高强度工作，消除了在井架工作中最危险的一个环节。 

       作为石油钻机辅助机械，钻机高空智能排管系统采用液压传动与PLC自动控制技术，很好地实现了“自动化”功效。该系统被安装于钻机井架二层平台上部，可以在二层平台上按照既定程序抓取钻杆与排放钻杆，以满足钻井作业起下钻需要。钻机高空智能排管系统在起钻过程中自动将卸完扣的钻杆和钻挺排放到二层台上，下钻过程中自动将钻挺和钻杆从二层台上抓取并置于井口位置，由顶驱接替后完成上扣、下钻等后续作业。

       据技术研发负责人介绍，钻机高空智能排管系统主要包括液压工作站和排管系统。液压工作站主要为排管系统提供压力稳定的液压源动力。排管系统主要包括六个方向的动作，每个动作都有一组油缸在控制。通过六组油缸的动作，实现钻杆的自动排放作业。

       攻坚自动化及安保技术难点

       任何一项技术创新都来自于智慧的头脑和长期的心血。钻机高空智能排管系统的研发，首先遇到自动排管走位的精度和自动控制问题、安全保护措施这两大难点。针对关键技术难点，杰瑞公司的科研人员凭借专业进取的精神，进行了大量设计创新和技术攻关。

       在高精度控制方面，钻机高空智能排管系统是否能满足使用要求，自动排管走位精度是一个很关键的问题。二层台上指梁的间距数值与钻杆外径的理论差值并不大，大约18mm，再考虑实际焊接、装配等加工误差，要求将自动排管的走位精度控制在5mm以内是比较合理的。为了实现这个目标，就需要考虑选择合理的测量控制方式和手段，并使用高精度的传感器和控制元件。若是采用极坐标方式走位，极半径越大，角度偏差要求就越严格，精度控制就会越困难。而采用六组独立的液压油缸来分别控制每个方向的动作，避免极坐标等复合运动，降低了对于运动精度控制的要求。经过试验，油缸内集成高精度的位移传感器，配合液压电磁比例阀，能满足使用精度要求。每组油缸都至少安装了一个位移传感器来测量油缸的伸长量，并将位移传感器信号反馈至PLC，PLC经过PID运算，再反馈信号给电控比例阀，比例阀来控制进入液压油缸的液压油量。

       为实现智能作业，技术人员在自动控制程序中，设计了“缓坡”程序，来减小排管系统开始运动和停止运动时所产生的冲击震荡。在自动排管过程中，六组油缸在PLC的控制下，一直保持着稳定的动作，按照既定顺序运动。在自动控制状态时，可以通过一键控制，如果需要暂停，只需要松开按键或扳钮，排管系统就会很稳定的停止，需要继续运动时，再控制扳钮或按键，排管系统就会平稳启动。

       高空智能排管系统是在操作人员的上方进行工作，安全作业是重中之重，所以，钻杆和钻铤夹持状况在设计中得到重点考虑。为实现多重安全保护，在液压系统中，设计有蓄能器，在突然断电或者突然失去液压动力时，蓄能器的压力会补充到动力夹钳的液压管路中，使动力夹钳能保持稳定状态，钻杆不会突然松脱掉落。在排管系统中安装有载荷传感器，当动力夹钳夹住钻杆或钻铤并提升时，载荷传感器会产生重力信号，信号传输到PLC中，PLC输出信号给动力夹钳的比例阀，控制动力夹钳时刻保持夹紧状态，不会出现突然松脱。在有重力信号存在的情况下，即使提供给动力夹钳“松开”信号，动力夹钳也不会打开。

       破解维修维护和液压清洁问题

       维修维护问题是高空作业设备的焦点问题。解决了上述两大难题后，智能排管系统的维修维护问题和液压清洁问题同样不可忽视。

       为解决后期维护问题，设计人员在一开始就整体考虑。整个排管系统位于二层台的上部，并增设了必要的爬梯和维修平台。动力夹钳是使用频率最高的部件，V型夹块是易损件。动力夹钳位于二层台上方大约一米高度位置，方便人员接近更换。爬梯和维修平台的位置，充分考虑了一些重要部件的维修更换和润滑点的检查加注，例如液压油缸、液压阀块、比例阀和电气系统接插件等。

        此外，在自清洁设计上，研发人员也下了一番功夫。钻机高空智能排管系统是依靠液压元件的工作来达到设计目的，其中，液压介质的清洁程度尤其重要。液压元件包括液压油箱、液压泵、液压管线、液压接插件、液压油缸、各类液压阀和电磁比例阀等。    任何一个环节出现杂质，都会对系统造成致命影响，例如，快接插头处因为插装动作而带入了杂质，杂质通过管路进入了电磁比例阀，从而造成比例阀磨损或堵塞，这会导致比例阀不准甚至失效，会严重影响设备的运行动作，造成运行不稳或者不工作。为了避免出现液压油杂质的影响，在液压系统中设计了冲洗管路系统，在设备运转前，先启动冲洗管路，对设备的整个液压管路进行彻底循环，液压油经过过滤器过滤，将杂质去除。在冬季时，先启动冲洗管路，也对油液有一定预热效果。

       钻机高空智能排管系统是未来钻机自动化过程中不可缺少的一部分，业内人士称，它的研发成功对于推动钻机自动化具有积极的意义，也将推进智能化钻机“中国创造”再度畅销全球。