通井作业安全控制系统的研究与开发

发布时间：2017-06-07 12:09

  本文关键词：通井作业安全控制系统的研究与开发，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：通井作业是在现代石油钻井全过程中一项重要的后续维护工作,其主要目的是对钻井后残留粘附在套管内壁上的固体物质,如钢渣、毛刺、固井残留水泥等进行疏通清理,同时也可以对弯曲变形以及破损的套管进行检查、修正,以保证后续下入各类钻具的过程能够顺利进行。传统的通井作业依靠通井机或修井机作为其基本的施工工具,同时配备绞车控制系统来对通井设备的速度、转向进行控制。但是,市场上目前广泛使用的通井机的绞车控制仍处在人工控制阶段,且由于传统通井机复杂的操作规程、众多的表盘仪器等增加了人工操作的难度,降低了生产效率,同时也无法准确地满足通井作业所规定的游车速度和位置,从而为生产过程埋下安全隐患。本文结合了当今工业自动化的发展方向,参考了国内外先进的自动化控制技术,根据通井作业运行的特点和需求,研制了一种基于PLC的通井作业安全控制系统,实现了对通井机运行的辅助控制,弥补了传统通井作业人工控制的不精确、操作繁杂、效率低、安全性差等缺点。本文的主要工作如下:首先,在分析了通井作业运行控制的发展现状及其发展趋势的基础上,结合通井作业的运行特性和功能需求,提出了基于PLC的通井作业安全控制系统的总体方案:以现场速度\张力等传感器完成现场数据采集,以PLC可编程控制器为核心控制部件,采用人机交互的前台监测系统作为数据监测的平台,采用基于Profinet总线标准的工业以太网负责各功能单元之间的网络通信。在确定系统总体架构的基础上,总体规划了通井作业安全控制系统的硬件结构以及系统的软件功能。其次,对系统研发过程中所涉及的关键技术进行了深入的研究:(1)提出了一种通井机速度的开环迭代自学习控制方法,利用系统每一次运行的输出信息来优化下一次的系统运行,并经过有限次重复迭代计算使通井机速度曲线收敛于系统设定的期望速度曲线,使其获得良好的运行特性,满足了系统速度设计的要求。(2)提出了一种基于参数索引的前台系统软件动态配置方法,以建立参数索引的方法来实现参数的动态配置,提高了参数的配置效率。最后,在确定了系统框架以及对关键技术的深入研究的基础上,开发了基于PLC的通井作业安全控制系统,现场测试表明,系统运行稳定可靠,经过多次重复作业后系统获得了良好的运行特性,达到了预期的设计要求
【关键词】：通井作业 PLC控制 迭代自学习 数据监测
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE28;TP273
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 通井作业概述8-9
• 1.2 课题研究背景及意义9-10
• 1.3 国内外相关研究现状10-12
• 1.3.1 通井作业自动控制发展现状10-11
• 1.3.2 PLC自动控制的发展现状11-12
• 1.4 论文研究的目的和内容12-13
• 1.4.1 论文研究的目的12
• 1.4.2 论文研究的内容12-13
• 1.5 本章小结13-14
• 2 通井作业安全控制系统的方案设计14-30
• 2.1 通井机的组成结构及工作原理14-16
• 2.1.1 通井机的组成结构14-15
• 2.1.2 通井作业的工作原理15-16
• 2.2 通井作业安全控制系统总体方案设计16-20
• 2.2.1 系统功能需求分析16-17
• 2.2.2 系统设计要求17-19
• 2.2.3 系统的总体方案设计19-20
• 2.3 系统软硬件结构设计20-29
• 2.3.1 系统硬件结构20-21
• 2.3.2 系统硬件选型21-28
• 2.3.3 系统软件结构和功能28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 通井作业安全控制系统关键技术30-58
• 3.1 基于迭代自学习的通井机速度跟踪控制方法30-47
• 3.1.1 迭代自学习控制概述30-31
• 3.1.2 迭代学习控制基本描述31-33
• 3.1.3 迭代学习控制的学习律33-35
• 3.1.4 通井机速度的迭代自学习控制的设计目标及可行性分析35-36
• 3.1.5 通井机速度控制单元的工作原理36-39
• 3.1.6 通井机速度控制的迭代自学习控制方法39-47
• 3.2 基于参数索引的前台系统软件动态配置方法47-56
• 3.2.1 基于参数索引的前台系统监控参数动态配置功能47-50
• 3.2.2 基于参数索引的前台系统控件动态配置功能50-52
• 3.2.3 基于参数索引的前台系统软件配置保持功能52-56
• 3.3 本章小结56-58
• 4 通井作业安全控制系统的开发及应用58-74
• 4.1 系统开发工具及设备组态58-62
• 4.1.1 系统开发工具简介58
• 4.1.2 系统软件运行平台58
• 4.1.3 设备的组态58-62
• 4.2 PLC控制系统软件开发62-68
• 4.2.1 主程序模块63-64
• 4.2.2 参数计算模块64-65
• 4.2.3 速度控制模块65-67
• 4.2.4 急刹控制模块67-68
• 4.2.5 报警控制模块68
• 4.3 前台数据监测系统的开发68-72
• 4.3.1 参数监控区69
• 4.3.2 实时动画模拟区69-70
• 4.3.3 用户输入区70-72
• 4.4 系统测试与应用效果72-73
• 4.4.1 系统测试72-73
• 4.4.2 应用效果73
• 4.5 本章小结73-74
• 5 结论74-76
• 致谢76-78
• 参考文献78-82
• 附录82
• A. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目目录82
• B. 作者在攻读硕士学位期间获得的奖励目录82

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