物联网在石油钻机控制系统上的探索运用
为适应各种不同地域环境油气的勘探开发，石油企业不断的利用新科技对石油钻机控制系统进行改进。

物联网是一个社会发展的新环境，物联网中的技术应用于石油钻井方面，帮助石油企业更好开发出优质石油。

本文针对石油钻机控制系统进行介绍，探讨出物联网在石油钻机控制系统中的应用，分析石油发展前景。

标签：物联网;石油钻机控制系统
一、石油钻机控制系统现状
目前，石油钻探行业正逐步与国际接轨，对石油钻井国内和国际的要求也越来越高，而石油钻井井场防爆电路标准化体系，是基于当前国内外石油钻采设备和新技术的钻井，新技术和现代钻井生产的要求，为了防止火花因石油钻井过程电气控制设备，造成可燃气体爆炸，实现高品质，生产效率和安全钻井，并与国际市场和诞生出的新产品。

石油钻机标准化防爆电路系统主要用于陆上石油钻井、海上石油钻井平台、固体控制设备和井场电气设备及照明控制。

该系统适用于有爆炸性气体混合物环境的1区、2区，爆炸性气体混合物属Ⅱ类，A、B级，T1--T4组的场所，作为配电或集中控制三相鼠笼异步电动机的启动、停止，具有失压、短路、过载及断相保护功能，关键部位还具有无负载拒绝合闸功能。

井场具有标准化电路防爆，水和灰尘，特别适用于油田恶劣的环境，这是油田钻井设备和标准化作业的最佳选择。

井场标准防爆电路系统的设计和制造是以“性能先进、安全可靠、运输方便、操作经济、符合hse要求”为原则。

二、石油钻机控制系统
2.1集中控制方式
所謂集中控制，是利用MCC电子控制室将井场所有交流电机的起动装置和其他地区的区域电源集中起来，采用两地独立供电和起动交流电机的方式，通过MCC控制室的插接柜通过快速防爆插头将电源和控制电源线连接到各电气设备上。

固体控制区进入一电源和控制电源线，也通过快速防爆连接器结合到罐接线盒的固体控制结束，然后将电缆通过所述防爆接线盒，以提供过渡表面罐子固体控制设备。

简化了井场电气控制设备，实现了井场电气设备的集中控制，即井场内所有交流电机的集中控制，两地之间的独立供电和起动。

使用集中控制室分区电源的交流电机的场区和井场并与防爆和防爆接线盒与实施的控制转接盒其它井MCC电控房。

井场中所有交流电动机的供电和控制以及其他地区的分区供电集中在电控室。

采用独立供电和双向起动模式，有利于井上电气人员的集中运行。

容易观察，同时也有利于电力的维护和检修。

缺点是来自MCC电气控制室的电源和控制电缆太多，不利于人员的安装。

从经济的角度来看，总体价格略高。

2.2分散控制方式
所谓分散控制，是指MCC电气控制室只提供区域性电源（包括容量在30 kW 以上的交流电机的电源）。

电源线通过MCC控制室的插入式机柜通过快速防爆插接连接到各电气设备上。

井场内的30kW（不含30kW）以上容量的交流电机由防爆型自耦减压启动装置来就近控制;30kW（含30kW）以下容量的交流电机及固控罐罐面其他用电设备，则由固控罐两端的隔爆型多组合控制装置和防爆型接线箱来提供动力电源和控制电源。

简单的控制模式，即提供集中力量，就地控制的理念，分散控制，实现井场的电气设备。

采用MCC电控房房内集中提供固控区内的分区电源，由防爆型自耦减压启动装置来控制30kW（不含30kW）以上容量的交流电机，隔爆型多组合控制装置来控制30kW（含30kW）以下容量的交流电机及固控罐罐面其他用电设备，同时由接线箱和转接箱来一同实现的控制方式。

三、物联网对石油钻机控制系统的应用
3.1自动化控制技术
为了满足不断提高的质量和效率要求，自动化控制技术在许多工业领域得到了广泛的应用。

油气工业也致力于实现钻井自动化，提高作业效率，保证作业质量，提高作业能力和安全性，降低作业成本。

由自动控制技术和交流驱动技术，结合传感液压驱动技术和工艺，各种钻井设备，使更智能，更优异的性能，如软BENTEC扭矩控制刻度盘，软泥浆泵泵功能时，TPC扭矩安全功能，同步和泵防反转功能;所以不仅能够实现自动钻机，有大量的自动化设备，如铁钻工和功率狭小通道等。

移动钻机的出现是油气钻机自动控制技术成熟应用的典型代表，如德国Bentec公司的自动钻机、英国的RAD钻机以及BP公司和阿拉斯加技术公司开发的轻型自动钻井系统（LADS）。

采用先进的自动控制技术实现钻机的自动化。

智能钻井是自动化控制技术在钻机系统的反映。

钻井自动化系统能够随着不确定的环境、地面和地下数据的变化对钻井参数进行实时调整，并进行自动钻井。

自动钻井技术不但要求钻机系统具有基于计算机控制的适用性和交互性控制，而且具有数据和信息的管理能力。

3.2传感检测技术
传感技术的关键是实现自动控制，直接影响到系统的质量在很大程度上是在水平传感器检测技术。

钻机中最初使用传感器的主要是用于仪表系统，用于监测钻井过程的工艺参数，主要是各种流量传感器和压力变送器等。

作为钻机控制系统和改善各种自动化设备的钻孔机，使各种先进的传感技术被广泛应用于钻头系统中，如一个位移传感器，各种编码器，所述接触式和非接触探针，例如超声波，红外线，电磁波等先进技术作为钻机检测技术。

钻机配套的传感器的接口形式也由最初的直接电信号输出，演变成基于Can、AS-i、Pro-fibus等多种现场总线技术的网络结构，工业电视监控探头也由最初的模拟信号单点输入变为现在的基于TCP/IP的720P甚至1080P的高清网络摄像头，大大提高了传感系统的稳定性和精确性，同时减少了现场的布线，使用和维护更方便。

3.3机器人技术
机器人是机械工程、电子、控制、计算机、传感器检测和伺服驱动等一系列先进技术的综合应用。

20世纪后，机器人技术在钻井装备中也得到应用，如阿克公司的MH机器人运动控制系统应用于垂直排管机、折臂抓管机等管柱处理系统;HIHUISMAN系列自动化钻机中的管柱处理系统，威德福公司的全自动机械化钻机配套的IronDerrick-man等已成熟应用于海洋及陆地钻机。

3.4网络信息化技术
网络信息技术也广泛应用于钻井平台，包括通信电缆、光纤、无线等通信媒体和方法，实现钻井平台各系统和设备之间的数据交换和共享。

下图是宝石机械研发的钻机集成控制系统网络结构图，主要分为4层网络，最低层为控制器的下一级，为现场总线层，主要是Profibus、Can等总线用于各控制器与传感器和执行器之间的通信。

四、结语
新技术要经过一个适应的过程，大多是经过其他行业的成熟应用程序的每个应用程序，开始被应用到石油和天然气钻探设备。

随着技术的进步和积累，从技术出现到钻机应用的时间间隔将越来越短，无论是研究还是应用都将始终处于国外的前列。

目前，国外许多一般工业应用技术装备都非常成熟，而在国内钻机这些新技术在许多应用还刚刚起步，甚至有些还是空白，还需要继续探索。

参考文献：
[1]何振宇. 基于物联网的石油钻机安全监控技术研究[D]. 西安石油大学，2016.。