通井机修井作业辅助控制系统的研究与开发

摘要

修井作业是石油与天然气实际生产过程中的重要环节，我国大部分油气井都已进入开采的中后期，修井作业的频次和强度不断提高。通井机是国内陆上油气田修井作业的主要设备，为修井作业过程中修井工具和油管的起下放提供动力。绝大部分修井作业尤其是小修作业仍采用司钻技术人员凭经验手动控制通井机的方式来完成修井作业，人工手动操作通井机劳动强度高，技术人员的技能水平参差不齐造成修井质量不稳定，作业效率低下，且容易引发安全事故。针对以上问题，本文在充分调研分析现场修井作业工艺以及司钻技术人员长期积累的技术经验的基础上，对通井机修井作业辅助控制系统的总体方案和关键技术进行了研究，开发了通井机修井作业辅助控制系统，实现了对通井机修井作业过程良好地辅助控制，降低了司钻技术人员的劳动强度，提高了通井机修井作业的效率和质量。
　　首先，介绍了油田修井作业设备的发展现状以及自动控制技术在国内外修井作业设备中的应用，并根据通井机油田修井作业的特点，提出了通井机修井作业辅助控制系统的总体方案。该方案在不改变通井机现有的硬件基础上，通过可编程逻辑控制器PLC对现场传感器的信息进行采集和处理获取修井作业的运行状态，针对不同的作业状态输出相应的控制指令；通过前台监控系统实现对修井作业过程控制参数的监测、修改和存储；通过修井作业过程追溯与管理系统实现对油田修井作业过程参数的存储归档、回放以及报表打印。
　　其次，对系统研发过程中所涉及的关键技术进行了较为深入的研究。首先，针对非线性和强干扰性引起速度控制困难，制约通井机修井作业效率的瓶颈问题，提出了一种针对通井机修井作业的专家模糊PID控制算法，将专家控制与模糊PID控制相结合，利用专家控制良好的适应性以及模糊PID优良的鲁棒性能，提高系统的控制性能。其次，针对人工操作和现有天车防碰仪的不足，提出了通井机分段柔性减速停车的控制方法。该方法减速过程平稳，对修井作业系统冲击较小，停靠点准确。
　　最后，在确立了系统的总体方案以及对关键技术较为深入研究的基础上，开发了通井机修井作业辅助控制系统。经过现场反复的调试，该系统已成功应用于油田修井作业现场。现场运行的效果表明，与传统纯人工手动控制相比，该辅助控制系统运行稳定可靠，极大的减轻了工人的劳动强度，提高了修井作业的效率和安全性。

目录

1 绪 论

1.1论文的选题背景及意义

1.2国内外相关研究现状

1.3论文的研究目的和内容

1.4本章小结

2 通井机修井作业辅助控制系统需求分析和总体方案设计

2.1通井机修井作业工艺简介与分析

2.2通井机修井作业辅助控制系统的需求分析

2.3通井机修井作业辅助控制系统总体架构设计

2.4通井机修井作业辅助控制系统软硬件结构设计

2.5本章小结

3 通井机修井作业辅助控制系统关键技术研究

3.1修井工具下放作业的专家模糊PID控制方法

3.2通井机修井作业渐进式减速停车的控制方法

3.3本章小结

4 通井机修井作业辅助控制系统软件开发与应用

4.1系统开发工具

4.2 PLC辅助控制系统的开发

4.3前台监控系统的开发

4.4修井作业过程追溯与管理系统的开发

4.5系统测试与应用效果

4.6本章小结

5 结 论

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目目录

C. 作者在攻读硕士学位期间获得的奖励目录