针对目前直流钻机司钻房内操作元器件过多、可靠性差、容易出现误操作、信息化及自动化程度低等问题,研制开发集成化司钻操作台,由电控触摸屏操作代替原物理开关、手轮、指示灯等电器元件,简化了司钻操作台并增加了司钻操作的便捷性及钻机的安全性和可靠性。增强了钻机操作的人机交互性能,司钻可以通过电控触摸屏对相关钻井参数进行监控及设置,并且具有故障诊断功能,帮助司钻迅速解决故障。提高了钻机信息化及自动化水平,保证钻机安全可靠运行。

针对目前电动钻机有线电视监控系统监控点数量众多,导致摄像头至控制器的视频信号电缆数量特别多、布线困难、易受电磁干扰及监控点距离限制的问题,研制无线电视监控系统,取消摄像头至控制器的视频信号电缆,通过无线网桥采用无线传输方式,彻底解决电缆数量多、布线困难、易受电磁干扰及监控点距离限制的问题,提高了图像质量,辅助司钻完成设备精确操作,提高了钻井效率,保证钻机安全可靠地运行。

针对目前电动钻机系统设备数量多且复杂、作业区域偏僻且分散、钻探公司管理单位很难及时掌握作业钻机各系统设备实时运行情况的问题,研制钻机信息服务系统,实时检测钻机关键设备的运行情况,并将信息远程传输至后台钻探公司监测单元,实现实时数据监测、数据异常报警、故障诊断、维护保养提示等功能,为钻探公司管理单位远程集中管理和决策提供信息支持。有利于迅速解决钻机现场出现的问题,提高钻井效率,保证钻机安全可靠运行,创造良好的经济效益。

针对目前电动钻机柴油发电机组动力系统运行成本高、柴油燃烧污染环境、电源单一的问题,提出采用柴油发电机组动力系统+工业高压电网动力系统的冗余供电设计方案,在工业高压电网覆盖的钻井区域采用工业高压电网动力系统为钻机供电,节约供电成本,减少环境污染。在工业高压电网无法覆盖的偏僻钻井区域采用柴油发电机组动力系统为钻机供电。柴油发电机组动力系统或工业高压电网动力系统任意一个出现故障时不影响另一个投入使用。采用动力系统冗余设计将大大降低供电成本、减少环境污染、提高钻机供电电源的可靠性,保证钻机安全可靠运行,创造良好的经济效益。

针对目前电动钻机系统设备资料多、系统设备资料信息查询困难的问题,研制了电动钻机系统设备信息识别系统,油田用户可手持RFID防爆识别终端在钻机现场迅速查看钻机系统设备的资料信息,并且系统配置云服务器用于后台存储系统设备资料,具有远程数据查询和下载功能。该系统可用于协助油田用户迅速查找现场设备出现的问题,提醒油田用户及时对设备进行维护保养,准确快速地采购易损件和损坏件,可以保证设备稳定运行,减少停钻时间,提高钻井效率,创造良好的经济效益。

针对目前石油钻机非总线通信钻井仪表系统电缆数量多、容易受到电磁干扰、故障排查困难、扩展能力不足、远程传输能力弱等问题,提出CAN总线通信+触摸屏一体机的钻井仪表系统优化设计方案,利用传感器采集钻井仪表系统相关数据并通过CAN总线通信方式将传感器数据信号传输至触摸屏一体机,触摸屏一体机接收并处理传感器数据信号后进行参数显示。采用无线通信方式将钻机现场钻井仪表系统信息发送至后台监控单元。

提出了采用SURF特征匹配的方法对钻杆接头目标识别的控制方法。对钻杆接头获取目标图片后进行工作环境干扰模拟和自身工作状态模拟预处理,以提高仿真实验的真实准确度,便于更好地对不同环境和工作状态的目标特征的匹配识别。对预处理后的钻杆接头图像采用SURF特征提取匹配的方法进行图像目标识别,模拟实验中主要对SURF特征匹配阈值和匹配特征点的数量进行了学习。实验结果表明,文中提出的图像目标识别方法效果较好,为井口自动化工具的全自动化、智能化控制提供一种思路,具有一定的参考价值和借鉴意义。

对出口石油钻机电气设备配套现状和国产设备配套率低的问题进行了分析,为提高石油钻机国产电气设备配套率提出了行业发展建议。

通过对石油钻机盘刹自动刹车失效的原因进行分析,给出了预防的对策,并结合实际对钻机盘刹自动刹车的情况进行了总结,能帮助设计者进一步完善设计,提高系统的可靠性,也能使现场操作人员对自动刹车有更深入的了解,为实际生产中能用好它打下基础。

钻机在进行丛式井作业时,移动部分设备电缆很长,导致线路压降增大。对实际钻机设备电气线路进行了分类,指出线路压降大可能会产生的问题,并且给出解决办法,对钻机电气系统的设计有很好的指导作用。