基于LabVIEW和OPC的岩心钻机自动监控系统的设计研究

论文摘要

钻进过程自动监测与控制技术是实现钻探设备自动化的关键技术之一,是保证安全、优质、快速、高效、科学钻井的必备重要手段。为了推动国内岩心钻机向自动化、智能化方向的进一步发展研究,通过大量阅读期刊文献,指出了国内钻探技术和钻探设备发展中存在的问题;介绍了国内外自动化钻机的发展研究现状,以及钻进过程自动监控技术的发展现状,指出国内外岩心钻机自动化程度上发展的差距和不足;并提出利用新技术、新方法应用于钻进过程自动监测与控制系统的设计研究中,以进一步提高钻探设备的自动化水平。该系统结合国家科学钻探实验室XY-4立轴岩心钻机,提出了一套较为完整的岩心钻机自动监控系统的设计方案,选用或研制了传感器和执行机构,利用虚拟仪器LabVIEW图形化编程工具软件及其DSC模块与OPC技术相结合,研制了一套钻进过程计算机数据采集和控制系统的软件,采用模块化形式设计,对钻进过程中的钻压、泵压、转速、钻速、流量等主要参数可以进行在线实时监测,并实现钻压、转速、泵量的精确自动调控,同时还可判别断钻、断水、烧钻、卡钻和钻头抛光等主要异常工况,提高了钻机的自动化程度,实现了钻进过程智能化的创新目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 选题背景
• 1.3 研究意义
• 1.4 自动化钻机国内外发展现状
• 1.4.1 国外自动化钻机的发展现状
• 1.4.2 国内发展现状
• 1.4.3 存在问题
• 1.5 论文的主要内容
• 第2章 OPC 和LabVIEW 简述
• 2.1 OPC 概述
• 2.1.1 OPC 技术的出现
• 2.1.2 OPC 规范的简述
• 2.1.3 OPC 技术的应用
• 2.2 LabVIEW 概述
• 2.2.1 虚拟仪器的基本概念、特点和构成
• 2.2.2 LabVIEW 的简介及优点
• 2.2.3 LabVIEW DSC 模块简介
• 2.3 LabVIEW DSC 与OPC Server 的关系
• 2.3.1 LabVIEW 访问OPC Server 的途径
• 2.3.2 通过LabVIEW 2009 DSC 模块访问OPC Server
• 2.3.3 LabVIEW 与OPC 标签建立联系
• 2.4 本章小结
• 第3章 岩心钻机及附属设备简述
• 3.1 钻机设备的主要技术参数
• 3.2 本章小结
• 第4章 钻进过程监控系统的总体方案
• 4.1 试验平台结构方案
• 4.2 钻进参数检测
• 4.2.1 钻压检测
• 4.2.2 转速检测
• 4.2.3 扭矩检测
• 4.2.4 泵压检测
• 4.2.5 回次进尺检测
• 4.2.6 泵量检测
• 4.2.7 钻速检测
• 4.2.8 大钩载荷检测
• 4.2.9 孔深的计算
• 4.2.10 钻头位置的计算
• 4.3 钻进参数的采集
• 4.3.1 模拟量的采集
• 4.3.2 数字量的采集
• 4.4 钻进过程的控制方式
• 4.4.1 变频器的选择
• 4.4.2 继电器模块的选用
• 4.4.3 提下钻及倒杆控制过程
• 4.5 本章小结
• 第5章 钻进过程监控系统软件的设计
• 5.1 需求分析
• 5.2 界面设计
• 5.3 数据采集模块的设计
• 5.3.1 直测参数的采集
• 5.3.2 派生参数的计算
• 5.3.3 数据管理
• 5.4 钻进过程控制模块的设计
• 5.4.1 电控的基本操作设计
• 5.4.2 恒钻压钻进模块设计
• 5.4.3 定切入量钻进模块设计
• 5.4.4 钻速功率比模块设计
• 5.4.5 提升/下放钻具模块设计
• 5.4.6 绳索打捞过程设计
• 5.5 钻井工况识别模块的设计
• 5.5.1 正常钻进状态
• 5.5.2 断钻
• 5.5.3 烧钻
• 5.5.4 钻头磨平
• 5.5.5 岩层软硬变化
• 5.6 通信链接设计
• 5.6.1 共享变量简介
• 5.6.2 网络连接
• 5.7 本章小结
• 第6章 常规试验测试与调试
• 6.1 室内试验
• 6.1.1 信号采集
• 6.1.2 步进电机的控制
• 6.1.3 变频器控制
• 6.2 实际钻进试验
• 6.2.1 现场数据采集试验
• 6.2.2 现场液压阀和步进电机的控制试验
• 6.3 本章小结
• 第7章 总结和展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 论文展望
• 致谢
• 参考文献