深水钻井平台钻柱自动化处理关键技术研究

摘要

课题依托于国家863计划“深水钻机与钻柱自动化处理关键技术研究”子课题四“钻柱自动化处理关键技术研究与装备试制”（项目编号:2012AA09A203），并已被列为国家“863计划”十二五重大科技专项。我国在深水油气资源勘探开发技术与装备方面相对落后，大多引进国外先进的钻井设备以及先进技术，市场竞争力弱。因此，通过对深水钻机关键技术与理论研究，以自主创新和集成创新相结合的思路，掌握深水钻机钻柱自动化处理的关键技术，形成具有我国自主知识产权的深水钻机技术体系，实现我国深水油气勘探开发技术的跨越式发展。
　　为了研制一套深水钻井平台钻柱自动化集成处理系统，本课题采用现场总线PROFIBUS-DP以及以太网进行实时通讯的分布式控制系统，以WinCC组态的上位计算机监控为核心，基本动作为逻辑单元，以PLC控制为载体，完成各部分的控制系统开发，并实现系统集成控制。控制系统的操作采用人机交互的触摸屏控制方式，确保控制系统的先进、灵活、方便。
　　该系统可实现对深水钻井平台钻柱处理的自动化操作，能够对现场设备进行实时监视与控制，同时为避免现场设备之间的碰撞以及考虑到操作人员的安全，引入了防碰撞以及运行轨迹优化等关键技术的研究，实现钻柱处理的高可靠性运行。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 选题的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本课题研究的主要内容

第二章 钻柱自动化处理系统集成及关键设备研究

2．1 钻柱自动化处理系统构架分析

2．2 钻柱自动化处理输送设备研究

2．2．1 钻柱自动输送系统的功能分析

2．2．2 关节吊

2．2．3 猫道机

2．2．3 动力鼠洞

2．3 钻柱自动化处理传送设备研究

2．3．1 辅助提升机

2．3．2 二层台立根装置

2．4 钻柱自动化处理系统的动作流程开发

2．5 本章小结

第三章 钻柱自动化处理控制系统设计

3．1 钻柱自动化处理系统控制系统方案设计

3．1．1 主控制系统设计选型

3．1．2 控制系统总体方案设计

3．1．3 控制系统工业通信网络设计

3．1．4 控制系统操作方案设计

3．2 司钻操作控制系统设计

3．3 各关键装备控制系统设计

3．4 控制系统的硬件组态

3．4．1 STEP 7与PLC通信的组态

3．4．2 STEP 7控制程序组态

3．5 本章小结

第四章 监控组态系统设计

4．1 监控组态软件概述

4．1．1 WinCC概述

4．1．2 控制软件开发流程

4．2 WinCC监控系统设计

4．2．1 监控界面设计

4．2．2 创建变量的动态组态

4．3 控制软件的通讯设计

4．3．1 PROFIBUS-DP主从站间的通讯

4．3．2 监控软件与S7-400的通信

4．3．3 S7-400与Virtools的通讯

4．4 本章小结

第五章 关键技术研究

5．1 轨迹分析及排放优化算法的设计

5．1．1 二层台立根排放系统设备运动轨迹分析

5．1．2 路径优化控制算法研究

5．1．3 存取路径优化控制算法设计

5．1．4 优化算法的验证

5．2 钻井平台防碰撞设计

5．2．1 防碰撞设计的必要性

5．2．2 防碰撞技术的研究

5．2．3 防碰撞检测系统设计

5．2．4 故障检测控制系统仿真测试

5．2．5 防碰撞算法验证

5．3 本章总结

总结与展望

参考文献

致谢

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