摘要：针对国内页岩气勘探开发受设备所限，钻机自动化设备应用少，操作强度大、安全隐患多、自动化、信息化程度普遍较低，传统的司钻系统已不能跟上钻机设备控制要求的脚步，传统的司钻系统完全依赖于司钻人员的技能水平，操作过程复杂，司钻高度集中，作业强度大，各自动化工具间缺乏有效的联动、互锁与安全保护措施，各工况作业需人工实现，劳动强度大，危险性高。传统的装备维护、保养与故障排查依托听、看、摸等感官反应进行，经验得不到有效的传承和积累。本文就模块钻机集成控制系统展开研究。
关键词：页岩气；钻机自动化；集成控制
1研究意义
研究自动化设备的集成控制技术将钻机各子系统由原来相互独立的子系统形成完整统一的指令协调系统。研究具有故障诊断和维护功能的、指导钻井操作的诊断系统，实现装备的数据采集、分析处理和设备的预维护，减少停钻时间，一种适应要求的钻机集成控制系统是钻井装备发展的必然趋势。
2研究目标
随着铁钻工、自动排管机械手、动力猫道，液压吊卡，气动卡瓦等自动化工具在油田钻机配套使用的日益广泛，研究各自动化工具的作业特性，将其串行的作业中能够并行作业流程梳理，提高作业效率，形成自动化设备的高效集中控制；由于各自动化工具与提升系统的运行轨迹有许多重叠的区间，同时各工具与提升系统在管柱安全交接，都存在着一定的安全风险，因此有必要对此风险进行评估，并通过控制软件来实现安全互锁保护；提高自动化作业的安全可靠性；作为设备控制核心的主副司钻集成控制系统是有效的解决手段。钻井装备诊断系统，收集设备的使用维护信息，解决设备故障诊断与排查难度大，预维护功能缺失等问题。（1）自动化设备的集中控制技术：集成化电子司钻系统集钻机电、气、液控制于一体,实现司钻对钻机的整体监测与控制。钻机各子系统来自不同配套商[2]（例如：仪表、视频监控、主机电控、顶驱、主刹、自动猫道，铁钻工，自动井架工等等），各系统分别配有各自的操作台（箱）在司钻房，不同配套商间的产品操作，显示终端风格不一致，导致了司钻房布置人性化不足，司钻操作繁锁。自动化设备的集中控制技术将钻机各子系统由原来相互独立的子系统形成完整统一的指令协调系统。（2）集成控制系统安全可靠技术：控制系统作为钻机的指挥核心，负责钻机各个设备的工作控制和状态监视，系统设计理念的合理性、硬件电路的可靠性、软件程序的完善性等都关乎着安全。
3研究方法
研究各作业工况下的钻机自动化工具的自动操控工艺流程和安全保护措施，结合各自动化工具空间状态分析和动作分解，形成各工况下钻井作业的全自动控制流程；进行司钻操控系统人性化布局设计，研究自动化钻机司钻协同作业模式；以双PLC冗余控制器为核心，建立执行层、控制层、监控层三级总线网络架构，进行集成控制系统硬件冗余设计，实现双冗余司钻协同操作；依托高性能IPC，进行钻井仪表、电子防碰、设备操作、流程显示、状态监控、故障诊断为一体的集成人机界面软件开发，从而构建集成控制系统，实现自动化钻井装备高效、安全、可靠运行。通过研究钻井装备多参数、多变量、多耦合条件下故障智能诊断的理论和方法，建立包含模糊逻辑规则、系统分析预测有机结合构成的系统知识库，形成具备在线故障诊断功能的软件模块；结合装备运行时间及关键零部件使用寿命及维保需要，探索钻井装备预维护规则，形成预维护软件模块。
4拟解决的关键问题
（1）研究钻机各工况下的自动化工具的工艺流程形成各工况下钻井作业的全自动控制流程是解决钻井作业劳动强度大、操作人员多、危险性高的问题，实现危险区域的无人作业的关键技术问题。（2）如何协调钻机子系统，由原来相互独立的子系统形成完整统一的指令协调集成控制中心是解决司钻高度集中，作业强度大的关键技术问题。（3）研究钻井装备信息有效利用技术，如何实现钻井装备全生命周期管理，解决设备预维护的关键技术问题。（4）如何建立模糊逻辑规则、系统分析预测相结合的设备数据及故障诊断知识库，防止钻机出现故障给企业带来不必要的损失，是钻机设备故障诊断关键技术问题。
5结语
司钻集成控制系统是整个钻机的控制中心，应用PROFINET现场总线技术，把司钻控制系统中的设备有机地连接在一起。通过司钻控制台和触摸屏，司钻可以进行各项钻井操作，还可以监控设备的运行状态。实现司钻控制系统的自动化操作功能，以及钻井参数的显示、存储、打印、远程监控和管理。将司钻从繁重的体力劳动中解放出来，降低了司钻的劳动强度，使司钻更专注于钻井工艺，从而有效地保证了钻井安全和钻井质量，提高了生产效率。
参考文献：
[1]张鹏飞.石油钻机自动化、智能化技术研究和发展建议[J].石化机械，2015（10）.
[2]于兴军.石油钻机自动化技术的问题及发展建议[J].石油矿场机械，2014(10).
[3]张艳成.浅谈我国石油钻井技术现状及发展趋势初探[J].中小企业管理与科技(上旬刊)，2017(2).
作者:杨义 单位:中石化四机石油机械有限公司