海洋钻井平台电控系统自动化设计要点分析

胡磊

摘 要：海洋资源是亟待开发的处女地，随着我国经济的快速发展对于石油等传统化石能源的需求在不断的加强，而我国陆上油气资源相对稀缺因此做好海洋油气资源的开发就成为了现今乃至今后一段时间我国油气资源开发的重要方向。海洋平台钻井作业是实现海洋油气资源开采的重要途径，我国自实现对于海洋平台钻井作业自主研发以来积极推进海洋平台钻井作业的自动化和信息化建设，加强海洋平台钻井作业中的自动化水平，提高海洋平台钻井作业效率和开采能力。文章在分析海洋平台钻井作业特点的基础上对海洋平台钻井电控的设计进行分析阐述。

关键词：海洋平台钻井作业；电控；设计

前言

新世纪以来我国对于油气资源的需求在不断的增加，为满足国内日益高涨的石油需求，我国加强对于我国海域内油气资源的勘探与开采.新世纪以来，我国海洋油气资源开采量在全国油气开采量的比重在不断的增加。这一趋势为海洋平台钻井设备的发展提供了良好的机遇。海洋钻井平台是大型化、复杂化的大型成套设备，其内部包含有起升系统、旋转系统、钻井液循环系统以及传动系统等，是各种系统的有机结合体。为实现各系统功能海洋钻井平台需要一套安全、高效、可靠的电控系统。相比于陆地钻井作业系统，海洋钻井平台的电控系统在设计、制造方面有其特殊性，其对于安全性、可靠性有着更高的要求。本文将以海洋钻井平台中使用较为广泛的70DBF钻机为例对海洋钻井平台的电控系统设计中的要点进行探讨。

1 海洋钻井平台电控系统的组成

海洋钻井平台是各系统组成的复杂集合体，在海洋钻井平台电气传动控制系统的组成中其主要分为3大部分。以柴油发电机组或是高压电网所组成的海洋钻井平台动力控制系统、以直流或是交流调速所构成的海洋钻井平台各系统设备的传动控制系统、以照明等所组成的MCC控制系统，上述3大系统是海洋钻井平台的电控系统的主要组成部分，其对于海洋钻井平台的正常运行起着极为重要的作用。

1.1 海洋钻井平台电控系统中的动力控制系统

海洋钻井平台中的动力系统中多数采用的是多台柴油交流发电机组所组成的。在海洋钻井平台柴油发电机组的控制中，需要完成对于柴油发电机组的调速、调压以及继电保护、功率限制等多项功能，海洋钻井平台动力系统所输出的电压为600V，电网的频率为50Hz或是60Hz，在海洋钻井平台的电控系统中，对于海洋钻井平台中的柴油发电机组进行调速时主要采用的是电液型或是电动型的柴油机组电子调速器，通过电控系统的控制完成对于海洋钻井平台中所使用的柴油发电机组进行调节控制。在对海洋钻井平台所采用的发电机组进行调压时其主要采用的是无刷励磁调压方法，这一调压方法中的调节器采用的是晶闸管，通过晶闸管的整流使用集成电路完成脉冲触发并通过PID的控制方式完成对于海洋钻井平台所使用的发电机组的电压调节，在PID控制中形成了对于电压、励磁电流和无功分量等的3个闭环控制电路，从而有效的实现对于海洋钻井平台所采用的柴油发电机电压恒定以及无功的比例分配。

1.2 海洋钻井平台电控系统中的电气传动控制系统

在海洋钻井平台中的电气传动控制系统中，通过将海洋钻井平台中柴油发电机组所发出的AC600V电源输送至电气控制柜中，通过SCR晶闸管组件的变压将其变换为0-750V的直流电，依靠直流电来对海洋钻井平台中所采用的泥浆泵车、绞车、转盘等进行驱动。对于SCR晶闸管的控制依靠海洋钻井平台电控系统中所采用的计算机和PLC来实现。海洋钻井平台电气驱动控制系统采用的是速度闭环控制方式，在海洋钻井平台电气传动控制系统中设置有相应的故障监控模块，能够对海洋钻井平台电气传动控制系统中出现的故障进行实时的监控。海洋钻井平台电气传动控制系统中所采用的交流调速传动控制方式与直流控制不同的是其对SCR晶闸管整流后的直流电采用IGBT逆变后采用AC600V频率5-60Hz的交流电来完成对于海洋钻井平台中的泥浆泵、绞车、转盘等进行控制。在这一控制方式中，对于整流环节中可以通过计算机或是PLC来完成控制，对于IGBT逆变后使用PWM方式来进行调制，通过引入频率闭环控制方式，实现变频变压调速。在对整流和逆变两个环节都采用计算机来对其进行控制，当需要进行反转驱动时仅通过改变相序即可完成，而无需对主电路进行切换。

1.3 海洋钻井平台电控系统中的MCC系统及低压配电系统

海洋钻井平台中的钻机模块和钻井支持模块所采用的正常电源和应急电源都需要配置足够的电容和交流电机启动供电回路。

2 海洋钻井平台电控系统自动化设计要点分析

海洋钻井平台电控系统自动化设计能够有效的增强海洋钻井平台的自动化控制水平，提高海洋钻井平台的工作效率及工作的可靠性。在海洋钻井平台电控系统自动化设计中，对于海洋钻井平台中的自动送钻采用的是基于自适应FuzzyPID控制算法，结合西门子S7-300PLC和变频器的控制方式，对海洋钻井平台中的自动送钻在多数情况下都处于10Hz以下的低速，为了有效增强海洋钻井平台自动送钻系统的控制精度，需要使用带有速度传感器的矢量控制。在海洋钻井平台自动送钻的控制方案中，通过气压环、速度环和钻压环等三个环节实现对于自动送钻过程中的控制。在海洋钻井平台软扭矩控制中，通过利用自动化技术实施检测电机的扭矩和速度，从而对海洋钻井平台工作中井下部件的运行趋势进行提前的预测，根据预测的趋势系统来判断是否需要进行补偿及补偿量的大小，用以实现对于海洋钻井平台钻头扭矩的补偿。对于海洋钻井平台中所使用软泵的自动化控制中，由于需要对多台井泵的泵速进行独立调节控制，一旦控制不当导致各泵的活塞运动不协调，泵压叠加升高将会使得海洋钻井平台管路中的钻井液产生较大的压力波动，从而会对泵本身造成较大的冲击增加了高压钻井泄露的危险性。此外，钻井液压力波动加剧将会对信号的传输造成极大的影响，会造成随钻技术的控制失误及偏差，从而对海洋钻井平台的钻井造成极大的影响。此外，海洋钻井平台钻井过程中钻井液剧烈冲击会使得松软地层产生掉块或是塌方从而造成严重的井下事故。

为做好对于海洋钻井平台电控系统自动化控制，在海洋钻井平台电控系统中采用谐波治理技术，用以抑制海洋钻井平台发电系统中所产生的大量谐波，提高海洋钻井平台电控系统的供电质量。在谐波抑制中可以通过采用有源滤波器瞬时无功功率法与数据处理器相结合的方式形成相应的电子谐波抑制装置，从而对海洋钻井平台发电系统中所产生的谐波进行消除和抑制。海洋钻井平台在海面上会受到海浪、海风的作用而产生一定的升沉运动，这一升沉运动会对海底钻头位置和钻井的钻压产生极大的影响。主动式升沉补偿技术能够有效的对海洋钻井平台的升沉动作进行补偿，这一系统在动作的过程中通过钻绞车上的动力系统来实现对于绞车滚筒转速的控制，来实现对于钢丝绳的运动控制，从而实现海洋钻井平台的升沉补偿。海洋钻井平台电控系统自动化控制中依靠传感器对平台运动进行检测并将检测到的信息反馈到船体控制系统中计算出海洋钻井平台的升沉量以及升沉的速度，并根据这一數据来控制海洋钻井平台升沉补偿。

3 结束语

海洋钻井平台电控系统自动化对于提高海洋钻井平台的自动化控制水平有着极为重要的意义。上文中所介绍的海洋钻井平台电控系统自动化控制已经逐渐地应用于海洋钻井平台中并取得了良好的应用效果，随着电子技术的不断进步应当积极加强海洋钻井平台电控系统的研究，从而最大限度地提高海洋钻井平台的运行效率和运行安全。

参考文献

[1]高斌.DeltaV数字式自动化控制系统在海洋钻井平台上的应用[J].中国科技纵横，2015（11）：166.

[2]刘继东，王殿龙.新型海洋钻井平台安全自动化系统网络解决方案的研究[J].计算机测量与控制，2002，10（5）：313-315.

[3]杨松山，李仲兰.半潜式海洋钻井平台恒钻压控制系统实验研究[J].机械工程与自动化，2013（4）：136-137.