一种钻井模拟设备的事故模拟方法技术

本发明专利技术涉及一种钻井模拟设备的事故模拟方法，其中包括用于模拟陆地钻机的模拟装置，所述模拟装置包括钻机模拟器、前端操作台、教师操作台、以及三通道环幕投影显示系统，其中前端操作台中包括参数计算机，其中该参数计算机作为分布式的上位机完成整个系统的数据采集与控制，包括采集绞车离合器位置、转盘离合器位置、泵冲调节器位置；模拟绞车的升降控制，泥浆泵的调速控制，顶驱的逻辑控制；监测悬重、钻压、扭矩，主控计算机和图形计算机完成系统主程序的执行和环幕图形的处理和显示，所述事故和特殊情况模拟包括粘附卡钻模拟、沉砂卡钻模拟、泥包卡钻模拟、公锥打捞模拟和落物磨铣模拟。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种事故模拟方法，具体来说，涉及一种钻井模拟设备的事故模拟方 法。
技术介绍
随着中国石油技术开发公司业务全球化，钻机业务遍及世界各地，发展中国家已 经成为公司主要市场。随着出口钻机数量增加，钻机使用过程中出现的事故也越来越多，轻 则对设备造成损害，影响生产进度，带来经济损失，重则酿成重大安全事故，造成人员伤亡。 特别是在国外钻机的搬迀和使用过程中发生的几次重大事故，给公司的发展和形象造成不 良影响。钻机属于工程机械，工程机械的安全生产不仅直接影响机械的使用寿命，而且关 系到人员和财产的安全。据日本劳动科学研宄所的调查，由于操作者本人失误而造成的机 械安全事故要占事故总数的88%，客观原因造成的事故只占9%，其余2%为不可抗拒的原 因，事故原因不明者只占1%。由此可见，工程机械安全事故中的97%是可以采取预防措施 的。而这些事故中的百分之九十以上是由于操作人员没有掌握正确的使用方法和操作不规 范造成的。在拉美、非洲和中亚等国家由于文化差异和技术水平的限制，井场设备安装、拆 卸过程中的问题尤为突出。 在钻井完成后，需要将井场设备如底座、井架、泥浆泵、防喷器组等进行拆卸，搬运 到其他钻井现场，并进行安装，以便开始新的钻井作业。在设备安装和拆卸过程中，必须遵 循一定的操作规程和技术要领，才能保证设备的正确安装、正确拆卸和安全使用。 然而，目前设备使用者的操作规程和技术要领主要是通过厂家提供的说明书和培 训获取，而操作技能则是靠经验的积累和师傅的传授，这些方式往往存在以下问题： 实践机会有限，难以提高技术水平：由于钻井作业的特殊性，钻井设备的拆卸和安 装等工作往往要几个月，甚至一年才进行一次，操作人员很难通过实际操作积累各种经验。 另外，在设备安装、拆卸过程中，事故发生的几率相对较小，个体对事故的处理经验极为有 限，对事故的判断、处理能力很难在实际的生产活动中积累和提高。一旦突发事故，往往由 于缺乏经验和处理能力，造成重大生命和财产损失。 传统的技术手册、操作说明书内容零散，查阅不方便。有些复杂的操作过程很难用 文字描述清楚，加之个体理解的差异，极可能导致误操作和事故发生。如何提高设备使用者 技能水平，避免因操作不当造成的设备损坏，减少事故发生，是公司目前必须解决的紧迫问 题。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是通过以下技术方案来实现： -种用于模拟陆地钻机事故和复杂情况的方法，其中包括用于模拟陆地钻机的模 拟装置，所述模拟装置包括钻机模型、司钻操作台、教师操作台、以及三通道环幕投影显示 系统。其中司钻操作台中包括参数计算机，其中该参数计算机作为分布式的上位机完成整 个系统的数据采集与控制，包括采集绞车离合器位置、转盘离合器位置、泵冲调节器位置； 模拟绞车的升降控制，泥浆泵的调速控制，顶驱的逻辑控制；监测悬重、钻压、扭矩，主控计 算机和图形计算机完成系统主程序的执行和环幕图形的处理和显示，所述事故和特殊情况 模拟包括粘附卡钻模拟、沉砂卡钻模拟、泥包卡钻模拟、公锥打捞模拟和落物磨铣模拟； 所述粘附卡钻模拟过程为：1、开始作业，2、起钻柱，3、判断绞车是否故障，如果没 有故障，则继续起钻柱，如果有故障，则进行4、试上提、下放钻具，然后5、接顶驱，6、上提、 下放钻具两次，7、开顶驱转动，8、上提下放一次解卡，9、停顶驱转动，10、结束本次作业； 所述沉砂卡钻模拟过程为：1、开始作业，2、正常起钻，3、判断是否沉砂卡钻，如果 没有，则继续正常起钻，如果有故障，则进行4、活动钻具，然后5、接顶驱，6、小排量循环泥 浆，7、判断泵压是否正常，如果不正常，则继续小排量循环泥浆，如果正常，则进行8、大排量 循环泥浆，9、结束本次作业； 所述泥包卡钻模拟过程为：1、开始作业，2、轻压跑合，3、正常钻进，4、判断是否泥 包卡钻，如果没有，则继续正常起钻，如果有故障，则进行5、加大泥浆排量，然后6、高速划 眼，7、调整泥浆性能，8、继续钻进，9、结束本次作业； 所述公锥打捞模拟过程为：1、开始作业，2、冲洗鱼头，3、下探落鱼，4、判断是否探 到，如果没有，则继续下探落鱼，如果探到，则进行5、引扣，然后6、造扣，7、试提钻柱，8、提 出落鱼，9、结束本次作业； 所述落物磨铣模拟过程为：1、开始作业，2、冲洗井底，3、进行磨铣，4、判断是否磨 铣两次，如果否，则继续磨铣，如果是，则进行5、继续磨铣，然后6、判断磨鞋是否破损，如果 没有破损，则继续磨铣，如果破损，则7、结束本次作业。 与此同时，本专利技术还公开了一种陆地钻机安装操作模拟系统包括：司钻操作台、钻 机模型、教师操作台及三通道环幕投影显示系统。 司钻操作台包括机箱、内部控制板和参数计算机，所述的机箱的正面设有司钻操 作台正面控制面板，机箱的一个侧面设有司钻操作台侧面控制面板，机箱的另一个侧面设 有顶驱机械控制面板以及缓冲液缸的控制面板。其中在司钻操作台正面控制面板上设置 有电源按钮、开机按钮、气喇叭开关、防碰释放按钮、悬重缓冲阀、钻压缓冲阀、吊钳扭矩阻 尼器、立管压力阻尼器、捞刹滚筒离合、输入轴惯刹控制开关、换档控制开关、猫头控制开 关、风动旋扣控制开关、滚筒高低速开关、油缸选择开关、底座液压开关、驻车制动开关以及 紧急制动开关；还包括显示表组，其中所述显示表组包括气源压力表、冷却水压表、绞车油 压表、转盘油压表、转盘扭矩表、泵压表、大钳扭矩表、左钳扭矩表、右钳扭矩表、安全钳压力 表、猫头压力表、钻井扭矩表、转速表、转盘电流表、锁档压力表以及过卷压力表；司钻操作 台侧面控制面板上设置指配开关、发电机急停按钮、整流急停按钮、测试急停按钮、PLC/旁 路开关、电磁涡流刹车开关、转盘正反转选择开关、绞车正反转选择开关、1号泥浆泵开关、2 号泥浆泵开关、3号泥浆泵开关、低压报警器开关； 司钻操作台的内部控制板包括司钻操作台第一可编程控制器PLCl和第二可编程 控制器PLC2，上述可编程控制器PLC与参数计算机数据通信采用RS232协议进行通信，其中 第一可编程控制器PLCl的CPU模块通过A/D模块分别与电源按钮、开机按钮、气喇叭开关、 防碰释放按钮、悬重缓冲阀、钻压缓冲阀、吊钳扭矩阻尼器、立管压力阻尼器、捞刹滚筒离 合、输入轴惯刹控制开关、换档控制开关、猫头控制开关、风动旋扣控制开关、滚筒高低速开 关、油缸选择开关、底座液压开关、驻车制动开关以及紧急制动开关连接，通过PLC的开关 量输入端口分别与指配开关、发电机急停按钮、整流急停按钮、测试急停按钮、PLC/旁路开 关、电磁涡流刹车开关、转盘正反转选择开关、绞车正反转选择开关、1号泥浆泵开关、2号 泥浆泵开关、3号泥浆泵开关、低压报警器开关进行连接；通过PLC采集司钻操作台上的各 个开关，旋钮状态以模拟绞车的升降控制，转盘的转速控制，泥浆泵的调速控制；同时采集 绞车离合器位置、绞车档位、转盘离合器位置、转盘档位、泵调节器位置、柴油机功率调节器 位置；监测悬重、钻压、钻机气源压力、泥浆密度、泥浆粘度以及泥浆失水等参数，通过PLC 的控制使得司钻操作台实现对井架/底座的起升控制、对钻盘的转速控制以及对泥浆泵的 调速控制。 其中顶驱机械控制面板上设置有急停按钮、吊环中位按钮、复位/静音按钮、吊环 回转选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钻井模拟设备的事故模拟方法，其中包括用于模拟陆地钻机的模拟装置，所述模拟装置包括钻机模型、司钻操作台、教师操作台、以及三通道环幕投影显示系统，其中司钻操作台中包括参数计算机，其中该参数计算机作为分布式的上位机完成整个系统的数据采集与控制，包括采集绞车离合器位置、转盘离合器位置、泵冲调节器位置；模拟绞车的升降控制，泥浆泵的调速控制，顶驱的逻辑控制；监测悬重、钻压、扭矩，主控计算机和图形计算机完成系统主程序的执行和环幕图形的处理和显示，所述事故和特殊情况模拟包括粘附卡钻模拟、沉砂卡钻模拟、泥包卡钻模拟、公锥打捞模拟和落物磨铣模拟；司钻操作台包括机箱、内部控制板和参数计算机，所述的机箱的正面设有司钻操作台正面控制面板，机箱的一个侧面设有司钻操作台侧面控制面板，机箱的另一个侧面设有顶驱机械控制面板以及缓冲液缸的控制面板；其中在司钻操作台正面控制面板上设置有电源按钮、开机按钮、气喇叭开关、防碰释放按钮、悬重缓冲阀、钻压缓冲阀、吊钳扭矩阻尼器、立管压力阻尼器、捞刹滚筒离合、输入轴惯刹控制开关、换档控制开关、猫头控制开关、风动旋扣控制开关、滚筒高低速开关、油缸选择开关、底座液压开关、驻车制动开关以及紧急制动开关；还包括显示表组，其中所述显示表组包括气源压力表、冷却水压表、绞车油压表、转盘油压表、转盘扭矩表、泵压表、大钳扭矩表、左钳扭矩表、右钳扭矩表、安全钳压力表、猫头压力表、钻井扭矩表、转速表、转盘电流表、锁档压力表以及过卷压力表；司钻操作台侧面控制面板上设置指配开关、发电机急停按钮、整流急停按钮、测试急停按钮、PLC/旁路开关、电磁涡流刹车开关、转盘正反转选择开关、绞车正反转选择开关、1号泥浆泵开关、2号泥浆泵开关、3号泥浆泵开关、低压报警器开关；司钻操作台的内部控制板包括司钻操作台第一可编程控制器PLC1和第二可编程控制器PLC2，上述可编程控制器PLC与参数计算机数据通信采用RS232协议进行通信，其中第一可编程控制器PLC1的CPU模块通过A/D模块分别与电源按钮、开机按钮、气喇叭开关、防碰释放按钮、悬重缓冲阀、钻压缓冲阀、吊钳扭矩阻尼器、立管压力阻尼器、捞刹滚筒离合、输入轴惯刹控制开关、换档控制开关、猫头控制开关、风动旋扣控制开关、滚筒高低速开关、油缸选择开关、底座液压开关、驻车制动开关以及紧急制动开关连接，通过PLC的开关量输入端口分别与指配开关、发电机急停按钮、整流急停按钮、测试急停按钮、PLC/旁路开关、电磁涡流刹车开关、转盘正反转选择开关、绞车正反转选择开关、1号泥浆泵开关、2号泥浆泵开关、3号泥浆泵开关、低压报警器开关进行连接；通过PLC采集司钻操作台上的各个开关，旋钮状态以模拟绞车的升降控制，转盘的转速控制，泥浆泵的调速控制；同时采集绞车离合器位置、绞车档位、转盘离合器位置、转盘档位、泵调节器位置、柴油机功率调节器位置；监测悬重、钻压、钻机气源压力、泥浆密度、泥浆粘度以及泥浆失水等参数，通过PLC的控制使得司钻操作台实现对井架/底座的起升控制、对钻盘的转速控制以及对泥浆泵的调速控制；其中顶驱机械控制面板上设置有急停按钮、吊环中位按钮、复位/静音按钮、吊环回转选择开关、内防喷器开关、液压泵开关、锁紧销开关、背钳选择开关、吊环倾斜选择开关、刹车选择开关、辅助操作开关、风机选择开关、电机选择开关、操作选择开关、旋转方向选择开关；缓冲液缸的控制面板上设置有左右液缸选择手柄、液缸压力选择手柄以及液缸伸出/缩回控制手柄；其中司钻操作台的内部控制板的第二可编程控制器PLC2的CPU模块通过A/D模块分别与急停按钮、吊环中位按钮、复位/静音按钮连接，通过PLC的开关量输入端口分别与吊环回转选择开关、内防喷器开关、液压泵开关、锁紧销开关、背钳选择开关、吊环倾斜选择开关、刹车选择开关、辅助操作开关、风机选择开关、电机选择开关、操作选择开关、旋转方向选择开关进行连接以实现对顶驱进行控制；其中缓冲液缸的控制面板上设置有左右液缸选择手柄、液缸压力选择手柄以及液缸伸出/缩回控制手柄；其中司钻操作台的内部控制板的第二可编程控制器PLC2的CPU模块通过A/D模块分别与左右液缸选择手柄、液缸压力选择手柄以及液缸伸出/缩回控制手柄连接以对缓冲液缸进行控制；参数计算机作为分布式的上位机完成整个系统的数据采集与控制，主控计算机和图形计算机完成系统主程序的执行和环幕图形的处理和显示，各台计算机通过TCP/IP协议互联；司钻操作台和钻机模型之间的前端数据采集及控制由SIEMENS S7‑200PLC完成，并连接构成西门子PPI网络；PLC与参数计算机数据通信采用RS232协议；其中该参数计算机具有完成从PLC获取前端硬件信息后，将信息发送给主控计算机的通信模块，其中通信模块还将主控计算机发送过来的信息通过PLC传输给前端硬件加以显示；钻机模型包括井架模型和...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘承杰，李强，景健，欧阳凌云，李振宁，宋鹏，汪浩，何志敏，李子勤，李振东，
申请(专利权)人：中国石油技术开发公司，
类型：发明
国别省市：北京;11