数控钻十篇

数控钻篇1

关键词：三维数控钻 西门子 伺服电机

中图分类号：TG527文献标识码： A

设备是1996年德国进口，是Peddinghaus公司生产TDK 1000/9G数控三维钻床，专门用于钢结构、桥梁、立体停车库、石油平台等行业的H型钢、箱型梁、槽钢、钢板的钻孔加工。是Peddinghaus三维钻系列中经典的产品。9轴设计、微雾内冷却系统、智能轴技术、辊轮进给圆盘测量系统、单件20吨的驱动能力、西门子840C控制系统。

一、设备特点

本机的钻削动力头，不仅能在垂直于工件送进的方向上数控移动，而且可以在工件送进的方向上数控移动准确定位。所以，当H型钢翼板和腹板上的孔不处于同一横截面时，仍可实现上面、左面、右面三个方向同时钻孔。减少了沉重钢梁移动的次数，从而提高了生产效率。为保证钻孔位置不受钢梁畸形的影响，机器上设有幅高、腹板、翼板检测装置。检测结果反映在数控软件中，可以修正钻孔位置。具有支承装置：当“H”型钢的板很薄时，为防止钻孔引起的变形，设有下部自动支承装置。钻削主轴转速无级调节、钻头进给速度无级调节。具有快换卡头，更换钻头方便。配有进出料道，可以把钢梁自动送入和送出机器。

二、 设备的结构：

具有三个独立运行的钻削动力头,即垂直、左、右钻削头，每个钻削动力头均有两个数控轴驱动和垂直于工件方向的数字化液压进给驱动。钻头和主轴之间,由快换钻套联接，更换钻头快捷、准确。各钻头既可单独，又可同时完成其钻孔作业。在一次自动装夹后，可完成孔组内（H型钢上包括腹板和两翼板）所有孔的加工。工件（H型钢）送进移动 ，有液压和机械控制的辊轮驱动，并由检测轮准确测出实际送进距离传送给数控系统来确保两孔群之间的距离精度，另外，该机还具备工件的头部和尾部端面的光电定位监测系统。工件在机床上移动定位后机床具有可靠的垂直和侧向夹紧系统。工件装夹后，本机备有腹板和翼板变形监测系统，将误差返馈给计算机自动修正钻孔位置。各钻削头主轴转速是由变频器无级调节 ，为提高在大规格轻型H型钢上的钻孔效率 ，还具有增强H型钢腹板刚度的液压多点支撑装置。控制系统由计算机、数控系统、伺服电机 、光电编码器、PLC等构成。只需输入工件尺寸、自动生成加工程序，可按件号随时存储、调用、显示和通讯。电气控制，既实现各加工参数单独的手动调整控制，又可实现全过程自动控制加工

三、改造修复方案

该设备系统采用西门子840C控制系统，该系统是西门子公司在九十年代初推出的高档系统，功能强大，使用灵活，直流驱动及电机可不更换。该机床使用年限较久，电气元气件老化，故障频繁，部件淘汰难以采购，械磨损较大、精度下降、工作效率低下，给生产带来很大的影响。为确保生产的正常进行，需要对机床进行技术改造与修复：

电气部分改造

控制系统改为西门子840D系统，该系统是西门子公司九十年代中期推出的一款纯数字的高档数控系统，与之匹配的驱动及电机也都是数字的。

与840C与840D比较：

(1)840C 即可用模拟量驱动也可用数字量驱动，而840D主要用的是数字量

(2)840C的PLC语言是S5，而840D的PLC语言是S7

(3)840C产品相关配件已停产，电路板以旧换新，维护费用高、维修周期长。840D是西门子机床控制系统主流，备品备件容易购买，且S7比S5更稳定，抗干扰能力更强。

1、机床电气部分更新改造内容及要求

1．1新系统采用SINUMERIK 840D CNC数控系统，将增强整个系统的可靠性，稳定性而且可根据工艺需要进行灵活的参数和功能修改，从而在长期意义上大大的节约了成本。

1．2 PLC选择西门子S7-300系列，程序基本沿用原PLC的结构和功能，从而使改造的风险降低到最低。取代原来的S5系列PLC，，S5外接9V直流电池供电，保存程序数据，更换电池时，需要重新向PLC拷贝程序，S7-300程序不容易丢失，程序安全，模块化程度高，维护费用低，且程序监控容易实现。同时改造后的PLC模块在国内极为容购买。

1．3主轴伺服电机和交流伺服驱动器原来采用的是西门子611A属于模拟控制、电机控制器复杂，一但故障，维修维护费用高，并且抗干扰能力差，对周围环境要求高。改造后选择西门子数字产品611D，数字系统抗干扰能力远高于模拟系统，西门子的交流伺服刚性好，技术先进、性能稳定，而且备件便宜，容易采购，国内服务网点多，技术支持强。

1．4新的进给电机采用1FT6 电机，电机的输出扭矩和速度特性完全超出原1FT5伺服电机；

1．5关于轴径和法兰：通过增加过度法兰、改变皮带轮、联轴器或对轴加工等办法实现。

1.6 24V传感器控制控制电源与系统24V控制电源分开，提高机床安全系数。

1.7 所有电力电缆采用耐油腐蚀电缆，控制电缆采用耐油耐腐蚀屏蔽电缆。

2新旧替换明细

2．1 去掉原主轴直流电机，用额定攻率为7.5KW的1PH7电机代替，该电机安装尺寸和原电机基本相似，功率和转速范围（最高5000转）都比原来强;

2．2保留数控的零件加工程序和相关能利用的软件结构，使改造风险大大降低；

2．3保留以前的驱动器电源模块和电抗器。

2．4原3个主轴的611A驱动器, 用SIEMENS611D 取代;

2．5去掉原来柜内的7个进给轴的1FT5伺服电机, 和电柜内的611A驱动器;用SIEMENS 611D驱动和1FT6交流伺服电机取代;

2．6去掉原S5 PLC的CPU、输入、输出模块。由先进的西门子 PLC S7-300的输入、输出模块取代;彻底根除因PLC老化产生的故障；

2．7更新原PLC 的控制程序，根据新的控制方式用SETP 7对其重新编写控制程序，保证可读性强。

2．8重新制作操作台，布局合理，新操作台根据人力工程学设计，使操作人员能更愉快，更轻松的工作。

2．9更换电控柜,更换柜内低压器件(含配套变压器、电源、各类电器元件等，主要器件选用西门子、施耐德品牌)

3主要硬件描述：

西门子840D 数控系统一套，带液晶显示屏和相关菜单，机床控制键盘和面板；

PCU50 和OP12 系统1套

操作面板1块（薄膜型）

NCU 盒和 NCU 控制单元各 1 块 驱动和电机控制模块，以及电源模块

S7-300 PLC一套

主轴1HP7主轴电机3个进给轴1FT6电机7个

机械部分修复：

参考文献：

1. 白幸福、韩军锋《基于PLC数控型角钢生产线控制系统设计》 装备制造技术2009

2．西门子公司 西门子有关PLC编程手册

3. 三菱公司 三菱有关PLC编程手册

4.宋伯生 机床电器及电气控制 中国劳动出版社 1990

数控钻篇2

关键词：加工中心；快速钻；高效加工

快速钻主要应用于数控铣床、加工中心等高精度机床。适用于钻孔、扩孔，其复合刀具可以用于钻孔、沉孔、镗孔、铰孔和倒角。快速钻及其复合刀具的应用大大提高产品的加工效率。下面简单介绍该产品的应用及在加工过程中的注意事项。

1 切削用量计算

1.1 主轴转速

n（r/min）：主轴转速；Vc（m/min）：线速度；Dc（mm）：钻头直径

例：刀片线速度为100m/min，钻头直径为20mm，其钻头转速：

1.2 进给速度

Vf=Fr×n

Vf（mm/min）：每分进给速度；Fr（mm/r）：每转进给速度

例：主轴转速为1600r/min，每转进给速度为0.1mm/r，其进给速度：

Vf=0.1×1600=160（mm/min）

1.3 孔加工时间

T=■×60

T（S）：钻孔时间；H（mm）：孔深

例：钻一个直径为20mm，孔深为40mm的孔，进给速度为160mm/min，加工时间：

2 快速钻在加工中心上的使用方法

图1 在数控铣床和加工中心上的应用

在数控铣床和加工中心上选用快速钻加工孔时，首先要根据所要加工的孔径选择合适的钻头。以加工直径为30mm孔为例，如果孔径精度要求不高，我们可以直接用强力夹头夹持快速钻进行加工；如果钻孔后需要精镗，我们可以选用直径在28mm-29.5mm之间的快速钻进行粗加工；如果钻孔后需要铰孔，我们可以通过偏心套对钻头进行微量调整，调整范围为-0.2mm-0.4mm，调整方法如图1所示。

目前市场上常见的快速钻直径在14mm-60mm左右。

3 复合刀具的成功案例

如表1所示：

4 注意事项

（1）强烈推荐采用高压中心内冷却切削，有效避免切屑堆积、刀片破损以及已加工表面质量。

（2）使用外冷却方式钻削时，钻深不要超过1.5D；必须钻深时，推荐采用啄钻方式。

（3）使用前，应先检测刀柄刚性；尽量减小刀具与主轴轴线的偏差，以达到最佳钻削效果。

（4）避免在斜面、中凹面、凹凸不平面上钻孔，这样很容易使钻头偏离中心或使钻头崩刃。

（5）如果零件上已有预留孔，则该孔径不得超过成品尺寸的1/4，否则会引偏钻头。

（6）钻削有相贯孔或多层叠加在一起的零件时，进给量必须减小到推荐值的1/3左右。

（7）加工过程中，起钻削作用的刀片尽量使用刀尖圆弧半径大于0.4mm的刀片，以提高刀具使用寿命。

（8）快速钻在实际加工过程中，应经常查看主轴负载情况，根据主轴负载大小，适当调整切削用量，应避免主轴负载值超过100%。

（9）经常检查刀片磨损情况，还可以通过排出切屑的开关和颜色以及主轴负载值来确定刀片磨损情况，并及时更换刀片。

数控钻篇3

关键词：自动控制设备 故障 快速维修

随着现代钻探行业的不断深入发展，自动控制设备给该行业带来巨大利益的同时，其设备之复杂，型号之丰富，所涉及的范围之广，一旦设备出了故障，给维修工作带了的困难不仅仅只是经济上的。因此，对设备维修中所放映出的故障种类及解决办法进行一定的归纳总结，有助于维修工作的快速进行。

一、常见的数控设备故障分类

不同的分类方法可以分不同的故障类别，现在的数控设备故障分类主要按发生故障的部件、故障的性质以及故障所发生的原因进行分类。

1.按发生故障的部件划分

1.1主机故障

所谓主机故障，就是在机器的安装、调试及操作过程中，由于操作人员的使用不当而引起的设备内部的机械、冷却、气动及防护等装置的故障，即机械传动的故障及导轨运动摩擦的故障，从而使机器在运转过程中的阻力较大，从而长生较大的噪音。

1.2电气故障

电气故障主要分为两部分，即弱电故障及强电故障。弱电故障又分为硬件故障和软件故障，指的就是CNC、PLC、CRT以及输入、输出等装置的故障。硬件故障是最常见的故障，是指开关、熔断器、电源变压器等电气元件及其所组成的电路方面的故障。

2.按故障的性质划分

2.1系统性故障

所谓系统性故障，就是在操作过程中，未能达到一定的条件，或是超过了既定的程度而发生的系统故障。例如，在冷却、的过程中，由于管路泄漏而导致的系统压力下降到临界点时，警报会进行提示而使机床停止使用。因此在操作过程中，操作人员必须小心翼翼，避免造成不必要的损失。

2.2随机性故障

所谓随机故障，就是指在平时的操作过程中，偶尔出现的一两次的故障，该故障不常见，因此，其发生的原因及现象不具有广泛性。总结起来往往与安装的质量，操作的事物及工作环境等多方面因素有关，又称“软故障”。

3.按故障的原因划分

3.1数控设备的内部故障

这类故障是指由于数控设备内部的原因而长生的故障，数控设备的绝大部分的故障都是内部故障，只有极少数的是由于外部的环境因素而导致的设备的故障。

3.2数控设备的外部故障

该部分故障可分为自然环境长生的故障以及人为因素导致的故障。其中，自然环境的故障指的是由于供电电压过低，波动过大，或是温度过高，有害气体的侵入，又或是外来的震动和干扰等，都会给数控设备带来一定的影响。另外，人为因素的操作不当，也会使机器设备长生高负荷的运转，从而导致设备的故障。

当然，除了以上的分类外，还可以从故障发生的破坏性或是发生的部位等来对控制设备的故障进行划分等。

二、如何更好地对数控设备进行快速维修

在对数控设备的故障分类有了一定的了解之后，所要做的就是如何更好地对数控设备进行快速的维修，使数控设备能够继续为钻探行业服务，提高工作人员的工作效率。

1.掌握第一手的故障资料

在故障发生后，操作人员所要做的就是沉着冷静，先翻看之前设备出现的故障记录，了解故障发生的全过程，再进行进一步的判断。事故人员在检查事故时，要围绕几点进行故障的检查，例如，故障是在什么状态下发生的，故障发生时有无警报的提示，而警报的提示又是什么？

2.根据掌握的故障治疗制定维修方案

首先，根据第一手资料，列出故障发生的原因，并针对原因进行分析、概括与总结，常用的故障分析的方法是归纳法和演绎法。

其次，在归纳出问题后，要对每个问题可能的解决方案进行概括，从中找出最适合的解决方案。

最后，在对故障进行较为深入的分析后，要拟定检查的步骤和内容。

3.检查与排除故障

在对故障进行总结与归纳后，需开始进行排除障碍的工作，排除障碍的工作的基本原则主要表现在以下几个方面。

3.1先外后内的原则

在进行数控设备维修时，要先对数控设备的外部设备进行检查，主要从机械、液压、电气三个方面进行检查，采用望、闻、听、问等方法，从外到内进行。此外，还有有害气体的干扰，设备控制所处的温度与湿度，都是引起设备故障的原因之一，维修人员可先从外部原因着手，进行一一排查。

3.2先机械后电气的原则

机械故障对于数控设备来说是较为容易发觉的，而电气故障则较为难一些，因此，维修人员在进行维修时，要先对机械部分进行检查，例如，机械的开关是否灵活，各方面气压是否正常等。

3.3先静后动的原则

维修人员在进行设备的维修时，切记要在设备断电静止的状态下进行判断与分析，确认不是破坏性故障后，才可以对设备进行通电，然后进行动态的观察，查找故障，如果找出破坏性故障，需立即排除危险因素再进行通电。

3.4先易后难的原则

维修人员在设备维修时要遵循先简单后复杂的原则。设备的故障往往不是单个因素引发的故障，往往是伴随多种不同的问题，因此，维修人员可先从简单的问题入手，在进行复杂问题的解决，有时，简单问题的解决也能促进复杂问题的解决。与之相对应的是先一搬后特殊原则。

三、结语

数控设备在钻探技术中的作用是举足轻重的，确保数控设备的正常运行，快速、有效地解决运行过程中的问题，是维修人员面对的重要课题，也是提高钻探行业的生产效率的有效途径，这还有很长的路要走。

参考文献

[1]丁景祥.钻头生产数控设备的快速维修方法[J].煤田地质与勘探，2004，32（3）：62-64.

数控钻篇4

关键词： 钻杆螺纹加工；数控车床；改造

目前，随着地质勘探的进步以及勘探需要，勘探设备的生产量和需求量正呈不断上升的趋势，各地矿局为适应发展需求，满足勘探工作需要，均不同程度地开展了相应设备产品的研发工作，尤其是钻管螺纹的加工和研发体现出来集研发、生产和销售于一体的综合价值。鉴于此加工技术必须依托数控车床的客观性，有必要多数控车床的优化改造进行探讨。

1 钻杆螺纹加工问题及原因

1.1 问题

绳索取心钻杆经过野外钻探施工，钻探深度达到2010.26米，因此市场上供不应求。针对钻杆螺纹加工，目前有专门的数控管螺纹车床，但是此车床加工接头螺纹成本较高，不实惠，很难普及，就很多单位而言，其高昂的价格都是一个较大障碍。如此，如何使用当前常用的普通数控车床加工具有高强度、高质量的绳索取心钻杆接头螺纹便成为研究的重点。然而，据统计，普通数控车床无法保证螺纹质量标准，比如：① 由于钻杆接头大都数合金材料，质地较硬，因此调质后若想再进行加工十分困难；② 因为螺纹的螺距较大，而且光洁度相对较低，且又明显的振纹，所以用成型刀加工要达到良好效果非常困难；③ 因为加工的精确度不够，所以螺纹的密封性能会很差，且直接影响螺纹的密封试验效果；④ 在螺纹加工收尾阶段，螺距由原来的较大变小，这就为实际应用造成了误差，影响实际应用效果。

1.2 原因

导致上述问题的原因主要是材料和数控车床设置两方面导致的。

1）材料材质问题

如上文所述：① 钻杆接头的合金材料材质较硬，所以为加工平添了困难系数；② 螺纹螺距达到8毫米，用成型刀加工的切削力较大，无法保证螺纹的光洁和精度；③ CAK6150P普通数控车床刀架使用AK3080×6六工位卧式数控刀架，强度不足；④ 收尾阶段螺距变小，这与数控系统和伺服机构动态性有关，因此应使用CAK6163数控车床代替。

2）数控车床设置问题

CAK6150P数控车床相应设置如下：① 操作系统采用大森一Ⅲ数控系统；② X轴伺服电机为：SGMG-05A2AB 0.45kw 4P 1500r/min；③ Z轴伺服电机为：SGMG-09/13 A2AB 0.85/1.3kW 4P 1500r/min；④ 刀架采用山东烟台生产的AK3080×6六工位卧式数控刀架，转速为lO00r/min；⑤ 主轴电机为YD132M-4/2P8/6.8kw双速电机。

2 数控车床的改造方案选择与应用

鉴于以上问题，必须对其进行及时改造，进而弥补其技术上和经济上的需求，为此首先需确定数控车床的改造方案，并明确各改造部分的注意事项。试验对象为CAK6152型数控车床加工接头螺纹，其技术改造方案CAK6152P的各部件改造，相关电气措施，以及改造价值分析如下。

2.1 CAK6152P改造部分的确定及注意事项

1）通过使用CAK6152数控车床加工螺纹，则螺纹的振纹可有效消除，且其光洁度明显提升，可见CAK6152P的床身不但满足了其对强度的要求，而且节约了大型车床的支持成本。

2）在此基础上使用AK3080×6卧式数控刀架，则发现其强度不够，为此，将其换成LDB4-120，6163立式数控刀架，发现振纹消失，强度亦满足要求，值得一提的是，应注意更换LDB4-120，6163立式数控刀架后，其与原本的AK3080×6卧式数控刀架接口要有效连接，其主要表现为多余的刀位线如何安排，少一根刀架工位锁紧到位的信号线怎样处置，以及机器对高低电平的读取3方面问题。具体措施如下。① 保持与刀架相关的参数不变，即保持梯形图的六工位；② 因为系统只识别1-4位，所以对于多余的两根刀架工位信号线令其始终为高电平，又因低电平才有效，所以保持两者一直处于无效状态；③ 大森一Ⅲ系统规定到位信号为高电平有效，因此应始终保持其为高电平，即其一直处于有效的状态，并对LDB4-120，6163立式数控刀架锁紧，所以无需对信号进行再次确认；④ 根据CAK6150P电气原理图刀架T代码可看出锁紧信号高电平可直接连接电源正极，可在电源正极和信号线间并联一个电阻R，结果显示电源在24V时R在151O～22OO 之间，当电源为12V时，电阻R在620～15OO 之间，0.5W。霍尔元件和机床PLC间连线低电平有效时接线，即工位信号线如下图所示。

3）CAK615OP数控车床的主轴中心高，所以只要LDB4-120，6163刀架高度适当，无需使用垫板。另外，改造的CAK6152P滑台高度经测量为230毫米，因此底面只能选用200×200的6163车床数控刀架，而不能用240×240的6163A数控刀架。

4）未改进的CAK6152数控车床使用FANUC-0i-mate系统，CAK6152P改造方案对此不需要更换，因为系统中出现的螺纹收尾问题与数控系统无关，对于该问题可通过调研、咨询的方式选用特殊的螺纹指令予以解决。另外，在应用过程中，刀架安装时只要根据尺寸打孔，再用螺栓进行固定即可，当然为了维护装置的稳定性，还须对对螺栓使用黏胶。

2.2 相应的电气调整措施

1）根据大森一Ⅲ的手册内容，将和刀架工位相关的参数7100.0和7100.1进行四六工位转换；同时通过CAK6150P数控车床电气原理图，将梯形图中刀架1002.1-1002.7的7个代码同样进行四六工位转换。2）由烟台环球公司生产的AK3080×6卧式数控刀架电气配置如下：① 采用24V直流电为刀架电源；② 令工位霍尔元件的有效输出为低电平；③ 刀架包含刀位线，正位线，电机线和电源线，共计13根。改造后CAK6150P数控车床的LDB-120，6163立式数控刀架电源使用24V直流电（可兼容）；② 刀架刀位线、电机线和电源线共计10根（不可兼容）。与改造前相比减少了3根线。

2.3 改造的经济优势分析

2.3.1 经济优势。通过本次对CAK6152数控车床的改造，不但免去了购买设备所需的大量资金，而且极大提高了技术实践的探索和研发能力，试验证明其结果是可靠的，有效的，加工的钻杆螺纹不但振纹消失，而且精度完全能达到标准水平，生产效率明显提高。而且此种对普通数控车床的技术改造具有较好的高强度绳索取心钻杆生产能力，不但显著提高了生产能力，而且具有较大的经济价值。

2.3.2 注意事项：如上文所述，在对CAK6152数控车床改造后，即CAK6152P数控车床改造方案中，改动量相对较小，对于相较复杂的FANUC-0i-mate系统无需更改，不但有效解决了生产钻杆螺纹的加工量问题，而且在质量上亦通过了检测设备的验收，可谓是一举多得的、最经济有效的改造方案。当然，在具体的改造过程中，还需要注意以下问题：① 接线时，首先应测量有效信号和无效信号的电平值，以为后续的接线方式提高良好的参照；② 应注意短路故障，即工位信号的高电平切不可直接连接电源正极；③ 保持霍尔元件输出接线方式与PLC输入接线方式相同；④ 在刀架安装时，一定注意刀架和机床数字一一对应，即1对应I，3对应III，5对应V，以防止发生加工误差。

3 总结

本文通过对普通CAK6152数控车床的相关技术研究，以及生产钻杆螺纹加工遇到的瓶颈和困难，对其部分参数和部件进行了改造，并对具体改造技术和注意事项进行了分析。通过试验，以及车间实践证明，该方案可有效提高钻杆螺纹加工效率。由此可见，其在CAK6152数控车床的基础上建立的CAK6152P数控车床优化方案不仅突破了CAK6152数控车床对钻杆螺纹加工的技术瓶颈，而且大大降低了生产成本，为改变市场上对高强度绳索取心钻杆供不应求的局面奠定了坚实基础，亦为数控车床的再度优化，创造更高的经济价值提供了有力参考。

参考文献：

[1]徐衡，数控机床的维修[M].辽宁：辽宁科学技术出版社，2005.

[2]陈婵娟，数控车床的设计[M].北京：化学工业出版社，2006.

[3]徐新绿、谷俊廷、石清荣，适应钻杆螺纹加工的数控车床改造[J].设备管理与维修（技术改造），2011（7）.

[4]徐新绿、石清荣、贾文广、谷俊廷，适应钻杆螺纹加工的数控车床改造[J].地质装备，2011（2）.

[5]李瑞垞，如何提高数控车床加工螺纹的精度[J].机电工程技术，2006（12）.

数控钻篇5

【关键词】 数控钻床 钻孔 孔位精度 刀具 维护保养

一、前言

自1903年英国Hamson在“用电缆连接法及相同连接法的改进”中提出用金属粉末直接电沉积到绝缘层上的专利以来，至今已有100多年的历史了。这100多年来，PCB的发展从低级到高级、从小到大迅速发展，特别是20世纪80年代家电产品的出现和90年代信息产业的崛起，极大地推动着PCB的产品、产量和产值的急剧发展，并形成了世界性重要的PCB产业。同时，PCB产业的发展也推动和促进了与PCB产业相关的专用工业（材料、化学品、设备与仪器等）的形成、发展与进步！

二、 机械数控钻床孔位精度的正确认知与影响因素分析

良好的孔位精度能给后序的加工包括客户的使用带来很大的方便，甚至能够弥补后序在过程管理与控制方面的一些不足，但是从长远角度来看，@种意识与行为不仅会导致生产节凑缓慢，给公司及员工利益带来较大影响，还能使后序存在的一些问题长时间被隐藏于表面，久而久之，就发展成为困扰企业发展的一个严重问题。那么，孔位精度究竟控制在多大范围以内合理？首先，根据TS16949产品质量控制体系中关于过程能力指数Cpk的要求，Cpk，Complex Process Capability Index）的缩写，是现代企业用于表示制程能力的指标，制程能力强才可能稳定地生产出质量、可靠性高的产品。一般要求正常生产时其过程控制能力Cpk≥1.33，这时表明过程能力足够，生产处于稳态，当Cpk≥1.66时，说明生产能力过强，投入与产出处于一个不平衡的状态，这时就要通过技术手段加以调整；其次，要有针对性的设计，对于一些高精度、高标准、重领域的产品，可以适当将孔位精度调高一点，对于一些孔位精度要求不是很高的产品，就将孔位精度控制在一个正常的范围内。关于孔位精度的影响因素大体上来讲，主要以下几个方面。首先是设备，要定期对设备进行维护与保养，及时发现设备在使用过程中存在的问题，及时发现，及早处理；其次是工艺参数，包括叠层高度、转速、进给、回缩、寿命、垫板材质与硬度、盖板材质与硬度、工件材质与硬度等几个方面。工艺参数是影响孔位精度的一个非常重要的环节，工艺参数的合理与否直接影响到产品质量的优劣及生产效率的高低，所以要严加重视；再次是工装具的状态，包括刀具研磨与管控、压脚状态、销钉状态、吸尘强度等等；最后是员工的操作技能，这方面也是非常重要的一个环节。这些因素交叉在一起，就决定了孔位精度的高低，也对生产管理也提出了严峻的考验，所以说，要想保证良好的孔位精度，就必须做好这些项目的过程管理工作。

三、具体措施

首先，要完善体系规范建设，从设计角度对不同产品的孔位精度进行识别与管控，只做最合理的，无需做最好的，要充分考虑产品的使用环境、应用领域、加工特点等实际情况；其次，定期对设备及关键工艺装备进行维修、维护、检测与保养，保证设备处理正常工作状态，如压脚系统、真空系统（一般要求≤-15kpa），同时，加强对刀具的管控，保证研磨质量及有针对性的最大化的使用刀具，加强对销钉的管理，保证销钉的直线度、圆度、硬度、强度状态，建立使用与控制标准，有问题的销钉绝对不能使用；最后，定期对员工的技能进行培训与技术指导，让员工不仅严格按照规范操作，更要懂得内在的基本原理与对公司的影响，能自动自发的按工艺规范去操作。

四、 总结及以后工作方向

钻孔孔位精度是一个十分复杂而又有技术含量的过程，并非只是上面说的这样简单，在实际生产过程中，要具体情况具体分析，但是，不管怎么做、如何做，都要坚持一个原则，就是要用科学、合理、准确、正确的思维去做事，绝对不能凭感觉去做事。我们经过多年的摸索与努力，最终建立了一套非常适用的技术管理规范体系，这个体系包含了人、机、料、法、环、测、安全等等各个方面，对工艺参数、工艺维护、工艺保养进行了非常科学、全面、细致的讲解与阐述，对于孔位精度类的关键技术指标进行了科学的分析，并制定了合理管控方案。目前，工序管理已处于十分稳定的运作中，这种方法、理念也被分享到其它工序中，被水平展开，均取得了很好的效果。以后，我们同样遵循用科学的思维与办法与做事，为企业的发展与行业的进步做出更大努力。

数控钻篇6

论文摘要：为贯彻煤矿“安全第一，预防为主，综合治理”的生产方针，钻孔的应用越来越广泛，特别是高瓦斯矿井和突出矿井的区域综合防突措施的预抽钻孔，每个钻场设计上百钻孔。为使繁琐的钻场钻孔设计精确、方便、快捷，笔者根据《2009最新版防突细则》解析了穿层钻孔预抽石门揭煤钻孔最小控制范围；分析确定了最少（3个）求值参数及其种类（56种）和最优求值参数的论证，并对其验证；以穿层钻孔预抽石门揭煤区域煤层瓦斯区域防突措施钻场设计阐述验证。

引言

《2009最新版防突细则》第四十九条中预抽石门揭煤钻孔的最小控制范围为两个必要条件，意思不够直接明确；钻场设计繁琐，且大部分钻场设计工作者未能把钻场设计与计算机紧密结合；钻场钻孔求值参数多，求值方法多，但却未选择最优求值参数，导致设计钻孔参数不够精确。笔者针对以上情况以预抽石门揭煤钻孔为例阐述了钻孔最小控制范围和最少最优求值参数，以便精确、方便、快捷的设计钻场钻孔。

1、钻孔最小控制范围解析

《2009最新版防突细则》第四十九条（四）：预抽石门揭煤钻孔的最小控制范围是：石门和立井、斜井揭煤处巷道轮廓线外12m（急倾斜煤层底部或下帮6m），同时还应保证控制范围的外边缘到巷道轮廓线的最小距离不小于5m。

据以上规定可知石门揭煤钻孔最小控制范围为两个充分必要条件，即：煤层倾角β＜45°时，最小控制范围需满足上、下帮巷道轮廓线外倾向12m和法向5m，左、右两帮法向5m；β≥45°时，最小控制范围需满足上帮巷道轮廓线外倾向12m和法向5m，下帮巷道轮廓线外倾向6m和法向5m，左右两帮法向5m。

根据煤层空间位置关系可知：sinβ=法向控制范围/倾向控制范围，煤层倾角β越小，法向5m所控制的倾向范围越大。经分析石门揭煤钻孔最小控制范围如图表1所示。（注：asin(5/12)=24.6°,asin(5/6)=56.4°）

2、钻场情况及钻场设计

煤层厚2m，倾角β=30°；石门揭煤巷道高3m，宽5m，方位α0=195°。据《2009最新版防突细则》及表1设计石门揭煤钻场如图1。（为视图清晰，抽采半径假定为5m）

图1预抽石门揭煤钻场设计图

3、最少求值参数

以28号钻孔为例，预抽钻孔立体及简化图如图2所示。线EC为28号钻孔线，面ABCD为水平投影面，线AC为钻孔水平投影线，面ADHE为钻孔铅垂剖面，线ED为钻孔铅垂剖面线；α偏28钻孔方位偏角，θ为钻孔倾角，H为穿煤孔深等钻孔参数。

图2预抽钻孔立体及简化图

由图1中钻场设计剖面图，直角三角形AED除直角外有5个参数（三角形的3角3边）均可用CAD量出；由图1中钻场设计平面图，直角三角形ADC除直角外有5个参数均可用CAD量出。直角三角形ADC与AED有一条公共边AD，所以两三角形一共有9个参数，且均可量出，但量取参数是繁琐的重复过程，为此需确定最少的参数并准确的求取所需的钻孔参数。

如图2中28号孔空间立体简化图，经分析：需求解α偏28、θ28和H28必须求解四面体ACDE，而把直角三角形AED和ADC解出，四面体ACDE即解出。直角三角形已知2个参数（除直角外）即可求解，求解两个直角三角形需4个参数，因为直角三角形AED与ADC有一条公共边，所以求解这两个直角三角形仅需3个参数，且直角三角形AED与ADC各需至少一个参数（公共边AD除外），即求解钻孔α偏28、θ和H参数仅需3个参数。

4、最少求值参数种类

经上分析：已知求解参数有9个，为计算钻孔参数方便快捷仅需3个求解参数即可，直角三角形AED与ADC各需至少一个参数（公共边AD除外），即一个三角形2个参数，另一个三角形1个参数（不包括公共边）。

无公共边最少求值参数种类：（C42-C22）×C41×C21

有公共边最少求值参数种类：C41×C41

最少求值参数种类：（C42-C22）×C41×C21+C41×C41=56(种)

5、最优求值参数

已知求解参数有9个：包括4个角度，5条边。

结合图1与图2分析：

1）、方位偏角α偏可直接量出但每个钻孔的偏角不一，且量取角度误差较大；

2）、每个钻孔的AC与DE不一，需一一量出；

3）、1、5……25号孔，2、6……26号孔，3、7……27号孔和4、8……28号孔的X(CD)各均相同；

4）、1-4号孔、5-8号孔、9-12号孔、13-16号孔、17-20号孔、21-24号孔和25-28号孔的Y（AD）和Z(AE)各均相同。

综上所述：X、Y和Z为最优求值参数。

6、最优求值参数验证

根据图1，在CAD中量得X、Y、Z和见煤Y’输入Eecel中，据图2分析可得右边公式并输入Excel中可精确、方便、快捷求得穿煤深度H、倾角θ、方位偏角α偏、方位角α、钻孔深度h和见煤深度h’，见表2。

参考文献

1、《2009最新版防突细则》

2、《立体几何》

数控钻篇7

关键词：石油钻井；自动化；技术探索；

中图分类号：V557+.2 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-07-00-01

一、为了满足钻井工艺要求，整套钻机必须具备下列各系统和设备

（一）起升系统 ：起升系统在钻井过程中的主要作用是起下钻具、下套管、悬持钻具和钻头送进等。这套设备由钻井绞车、辅助刹车、游动系统（钢丝绳、天车、游动滑车及大钩）和井架组成。这实质上就是一台重型起重机。另外，还有用于起下钻具操作的井口工具及机械化设备（吊卡、卡瓦、动力大钳、立根移运机构等）。

（二）旋转系统 ：旋转系统在钻井中的主要作用是带动并中钻具旋转，并带动钻头破碎岩石。旋转系统包括的主要设备有转盘和水龙头。为实现钻头自动给进，现代钻机配备有钻具自动送进装置。钻井过程中，转盘主要完成的工作是：转动井中钻具，传递足够大的扭矩和必要的转速；下套管或起下钻时，承托井中全部套管柱或钻杆柱重量；完成卸钻头、卸扣与处理事故时倒扣、进扣等辅助工作。

水龙头是提升、旋转、循环3大工作机组相交汇的“关节”部件，它的主要作用是：悬持旋转着的钻杆柱，承受大部分以至全部钻具重量；向转动着的钻杆柱内输入高压钻井液。

二、钻机和装备的智能化、自动化

（一）电子/智能钻柱技术：美国Grant公司研制的智能钻杆用铜导线输送电能，可以根据井下硬件用电量大小的要求来确定输电功率的大小。智能钻柱的数据传输速率可达104bDs、105bps和106 bps，最大已达1.56*106bps。智能油管用光纤为主。智能钻柱系统在井下采用分布式传感器短节，将微处理器分别安装在传感器内部，然后通过耦合元件将微处理器信号耦合到电力线上，从而传输到地面传感器。该系统采用传输直流电，如井下硬件需用交流电，可在井下硬件上增设逆变器DC/AC。

（二）地质导向钻井：地质导向钻井是以井下实际地质情况和油藏特征来确定和控制井眼轨迹的钻井技术。使用这一技术，可以精确控制井下钻具，命中最佳地质油藏目标，使井眼避开地层界面和地层流体界面并始终位于产层内。地质导向钻井是在井下定向控制自动化钻井系统的基础上将随钻测量仪（MWD）改为随钻测井仪（LWD），而LWD仅是在MWD的系统中加上若干用于地层评价的参数传感器，如电阻率、自然伽马、方位中子密度、声波、补偿中子密度等。有的随钻测井仪还增加了温度、井底钻压与扭矩、井下动力钻具转速等传感器，使地质导向钻井技术成为具有随钻定向测量、随钻地层评价测井和随钻录井与自动导向钻井的国际高新先进技术。地质导向钻井技术特别适合在薄产层和高倾斜产层中钻水平井。对于这样的产层，使用常规方法控制井眼轨迹很难命中最佳地质目标，而使用随钻定向测量和随钻地层评价测井数据进行地质导向钻井，可以随时知道钻头周围几米范围内的地质油藏特征和钻头与地层界面或地层流体的相对位置，因此可以控制钻具始终在油气藏中间钻进。

地质导向的基本方法是在井设计阶段使用试验井或邻井的测井数据进行计算机模拟，得出新设计井的模拟测井数据以及对将钻各个地层的各种响应。在钻井过程中，将井下随钻测量工具发送到地面的实际测井数据与各个模拟数据相对比，看它们是否一致。如果模拟数据与随钻实测数据一致，就说明井眼命中了最佳地质目标，否则就说明应该按井下实际地质油藏特征修正或改变井眼轨迹。修正或改变井眼轨迹也是靠旋转导向装置来完成的。地质导向钻井技术大大提高了油层钻遇率、钻井成功率和采收率，从而实现了增储上产，节约了钻井成本。

（三）钻机自动化 ：地面钻机自动化及井下自动化是自动化钻井的两个方面。井下自动化得以实现的必要装置为井下闭环自动控制系统；地面钻机自动化得以实现的必要装置为地面闭环自动控制系统。近年来，针对地面钻机自动化及井下自动化的研究很多，且也取得了实质性的突破。就井下定向方面而言，井下定向控制自动化钻井系统或旋转导向钻井系统由旋转导向装置、钻头及随钻测量仪组成。就旋转导向装置而言，其预设了若干控制指令及井眼设计轨迹数据。若预设设计值与随钻测量仪及近钻头传感器探管测量所得的方位值及井斜值间的差值未在规定范围，则导向装置的电子控制模块将产生对应的控制指令，进而促使3个导向翼板在指令的控制下产生井下缩入或伸出现象。若3个导向翼板的伸出及缩入不一致，则必然产生一个纠斜率，并最终完成井下闭环。此外，随钻测量仪在井下脉冲发生器的协助下把工程参数测量值上传至地面，并经信号处理装置处理后，再经地面主控计算机供操作者予以分析及决策，并在信息下传通道的协助下把决策令传输至导向装置，进而实现“井下地面井下”的闭环。

三、结论

实现数字化、信息化、自动化、智能化的钻机。需具备完善的司钻控制系统、钻井参数系统、综合录井系统、远程监控系统、在线监测系统、远程故障诊断系统、钻井专家系统、远程安全应急系统、电、气、液集成控制系统、钻台自动化机具系统、井眼轨迹自动化控制系统、随钻测量系统等。未来的钻机，必将具备远程操作、钻井信息共享、钻井全过程智能化控制功能，从而真正实现远程支持、智能优化钻井。

参考文献：

[1]张奇志.电动钻机自动化技术.2006

[2]朱云祖.自动化钻井技术译文集.1993

[3]李文波，屈晓娟.气压传动在石油钻机中的应用[J].电气传动自动化. 2005（04）

数控钻篇8

【关键词】侧钻水平井 剖面优化 轨迹控制技术

1 开窗技术难点及分析

套管开窗侧钻水平井受老井条件和地质要求的影响其难度往往较高。1.1 技术难点

（1）开窗深度深：套管开窗位置较深，侧钻难度大。51/2″套管开窗位置一般大于2000m，不少开窗位置大于2500m。由于侧钻位置较深，地层致密、复杂，使得定向侧钻非常困难。同时，套管钢级较高、套管壁较厚，开窗难度加大。

（2）井眼裸眼井段较长：不少井的裸眼长度在500-700m。裸眼井段尤其是小井眼裸眼井段越长，钻遇层位越多，施工难度越高，越复杂。

（3）造斜率控制：由于靶前位移较短，导致造斜率偏高，井眼曲率一般在30°～80°/100m。

1.2 现场轨迹控制技术对策

针对以上难点，每口井的设计和施工均经过多方严格讨论，设计选择了灵活多变设计和施工方案。总结出套管开窗侧钻水平井井眼轨迹控制施工对策：

（1）造斜率工具的选择：在现场施工中，为防止因各种因素造成工具实钻造斜率低于其理论值，选择比理论值高10～20%的螺杆钻具。现场备有1.25°、1.5°、1.75°三种不同规格的单弯螺杆，以满足不同造斜率的需要。对于将要钻遇复杂地层，造斜率的选择更要作精细预测，加大保险系数。

（2）加强造斜段的监控：一般情况下，每钻完一单根测量井斜、方位等测斜数据；还可以根据需要加密测量。根据井眼实钻轨迹情况，随时采取不同的钻进方式和钻井参数等方法，确保实钻轨迹和设计轨迹尽量吻合。

（3）确保稳斜探顶：入靶前保持一定的井斜角稳斜探顶，这时工具的造斜率相对较小，应变能力强，可以克服地质不确定度因素，保证准确地探知油层位置，保证进靶井眼轨迹光滑性。

（4）确保矢量入靶：保持入靶井斜角、方位角和垂深满足地质需要，减少水平段调整井斜和方位几率，增加油层穿透率。

（5）提高预测能力：在整个施工中，不断预测仪器暂时测不到的井段的井斜数据，同时加强和实测数据的比较，提高预测水平。

（6）柔性倒装钻具应用：钻头+螺杆+无磁柔性承压钻杆+斜坡钻杆（或加重钻杆）+加重钻杆+斜坡钻杆的柔性倒装钻具组合，这种组合对井眼轨迹控制起到了非常重要的作用。

2 井眼轨迹控制过程

该技术分以下几个部分：

（1）套管开窗：现在多采用φ118mm液压卡瓦式座封斜向器。斜向器放置于侧钻点处，然后采用陀螺定向，定向成功后进行开窗作业。开窗过程中，应根据不同的阶段、返出铁屑的大小和形状及转盘负荷情况，及时调整有关参数，保证开窗一次成功。

（2）脱离老井眼段：开窗后裸眼只有2-5m，测斜仪器在套管内由于受到磁性影响无法显示正确的方位读数。采用“盲打”钻进20-30米以使井眼脱离老井眼。

（3）侧钻增斜段及稳斜段：脱离老井眼后，直接采用上部钻具进行定向。为避免钻具自锁、减少钻具扭矩、摩阻，以及容易加压等，在不同的井段采用不同的钻具组合。根据实钻测斜情况，随时调整钻具组合和钻井参数以及钻进方式，满足井眼轨迹的需要。

（4）侧钻水平段：入靶后，在钻进中应尽量多采用复合钻进，减少水平段的起伏，确保井眼轨迹最大限度地在目的层中穿行。3 现场实例

现在我们以桩斜842侧井作为实例，简单介绍井眼轨迹控制过程。3.1 概况

桩斜842侧井是一口51/2″套管内开窗侧钻水平井。设计垂深2397.05m，（斜深2850m），设计最大井斜89.69°，水平段长200m。实际完钻井深2788m，最大井斜90.5°，水平位移485.41m，水平段长158m，裸眼段长653m。

3.2 设计简况

3.2.1 设计基础数据表（表1）

3.3 实钻井眼轨迹控制

该井轨迹控制施工情况如下：

（1）斜向器定向座封下入一体式斜向器，斜尖位置2134.8m，陀螺定向斜向器方位321°。座封后接着开窗修窗，窗口位置2134.8～2137m。

钻具组合：Φ1 1 8 m m开窗铣锥+Φ105mm钻铤×2根+Φ89mm加重钻杆×12根+Φ73mm钻杆。

（2）第一增斜段、稳斜段2164～2200m

钻具组合：Φ118mm钻头+Φ95mm单弯螺杆+Φ89mm无磁承压钻杆+Φ73mm斜坡钻杆×30+Φ89mm加重钻杆×12+Φ73mm钻杆

钻井参数：排量5～8L/s，钻压30～50kN，泵压20MPa。

（3）稳斜段2200～2491m。钻具组合：Φ118mm钻头+Φ95mm单弯螺杆+Φ89mm无磁承压钻杆+Φ73mm斜坡钻杆×30+Φ89mm加重钻杆×12+Φ73mm钻杆；

钻井参数：排量5～8L/s，钻压30～50kN，泵压20MPa，转速30～40r/min

（4）第二增斜段2603～2630m。钻具组合：Φ118mm钻头+Φ95mm单弯螺杆+Φ89mm无磁承压钻杆+Φ73mm斜坡钻杆×42+Φ89mm加重钻杆×12+Φ73mm钻杆

钻井参数：排量5～8L/s，钻压30～50kN，泵压20MPa

轨迹控制：由于中途电测解释油层垂深上提2m，因此本段施工的目的是尽快增斜至水平，在2630m轨迹以87°进入油层，进入A靶后转入水平段。

（5）水平段施工2630～2788m。钻具组合：Φ118mm钻头+Φ95mm×1.25°单弯螺杆+Φ89mm无磁承压钻杆 +Φ73mm斜坡钻杆×42+Φ89mm加重钻杆×12+Φ73mm钻杆

钻井参数：排量5～8L/s，钻压30～50KN，泵压20～22MPa，转速30～40r/min

轨迹控制：本段以复合钻进为主，实现稳斜稳方位的效果。在钻进过程中根据井眼轨迹变化情况和油层走向调整钻进方式和钻井参数，以达到地质需求的目的。

4 结论与认识

胜利油田老井开窗侧钻水平井井眼轨迹控制技术的应用推广，逐步得到完善和成熟。通过这项技术的研究与应用，我们充分认识到：

（1）老井套管开窗侧钻水平井是一项综合复杂的技术应用，严密的技术研究，详细的钻井设计和认真扎实的技术准备是保证井眼轨迹控制技术成功的重要前提。

（2）地质、工程密切配合，及时跟踪分析是井眼轨迹控制技术成功的重要条件。

（3）精细的水平井轨迹控制和地质导向技术是实现开窗侧钻水平井开发地质目的的关键。

数控钻篇9

关键词：水平井　钻井效率　优化设计

下面以所钻遇的KZ5-1H井做为例子，其相关参数见表1：表1 KZ5-1H井相关参数

根据在层特点，要使此地区的水平井达到优质高效的钻进，必须进行以下的几项措施：

一、优化工程设计

水平井工程设计,综合考虑地质因素、油层特点、井身结构因素,以提高油井产量和有利于井眼轨迹控制为目的,优化井身结构,选择合理的轨迹类型,力求达到钻柱摩阻小,轨迹控制有利于中靶,有利于提高机械钻速为目的。

1.优化井身结构

塔河南区块油田出于对深水平井安全钻进、油气层保护等因素的考虑,在保证安全、快速的前提下,尽量简化井身结构,减少成本投入。“ 660.4 钻头打导管,下入“ 508 导管封固第四系松散的表土及粉砂岩;“ 444.5 钻头一开,下入“ 339.7 表层套管封固库车组上部易水化膨胀的泥岩层;“ 311.2 钻头二开,下入“ 244.5 技术套管封固上部直井段;“ 216 钻头三开, 钻至B 点, 下入( “ 244.5 ד 177.8 悬挂器+ “ 177.8 油层套管+ “ 139.7油层套管) 复合管柱封固三开井眼，最后对油层射孔完井。

2.轨迹设计

水平井轨迹设计,主要是工具造斜率的不确定性及油层位置的空间变化,合理地选择造斜点。该井造斜点在3586m ,该处地层硬度合适,无坍塌、缩径,无压力异常。本井采用直-增-平剖面结构。斜井段采用动力钻具增斜,后期水平段采用转盘和螺杆复合钻进,采用该剖面类型具有以下优点:

增斜段的钻进,可以了解工具的造斜率,中间段微增斜钻进中,对第一增斜段中可能出现的轨迹偏差进行调整和修正,并根据第一增斜段的实际造斜率,准确地估计和设计第二造斜段的造斜率和造斜位置；斜段有助于发现标志层；这种简易型剖面,井眼轨迹圆滑,摩阻、扭矩小。

3.靶区设计

靶区设计主要由油藏特点决定的,对于一个特定的油气藏,水平井的产能主受水平段的长度和内径的影响,考虑到避水厚度及施工的可操作性,该井水平段靶区均设计为扇形靶,入靶A 点左右限10m ,上下限1;出靶B 点左右限20m ,上下限1。基于避免岩性变化对中靶的风险,考虑到避水厚度,靶心设计在油层总厚度的上部20%左右。

二、钻井施工

1.直井段轨迹监测

KZ5-1H井造斜点在3586m,直井段采用塔式钻具组合“ 228.6DC + “ 203. 2DC + “ 177. 8DC + “ 127DP 结构,如发现井斜和位移有超标趋势,则采用吊打或使用动力钻具反方位纠斜。优化钻具结构的同时,采用单点监测手段,每300m单点测量井斜角、方位角。直井段钻完后,测多点,多点数据间隔不超过30m。实钻数据表明,上述措施行之有效,直井段井斜控制在1°以内,全角变化率小于1°/25m ,水平位移控制在15m以内,保证了定向施工的要求。

2.斜井段定向技术

斜井段是水平井轨迹控制的关键,该井为中半径水平井,采用单增剖面。采用以动力钻具为主的水平井井眼轨迹控制技术,配合转盘钻清除岩屑床和修整井眼,并完成稳斜钻进和对造斜率不理想进行调整。钻具组合及钻进情况：

1.215.9mm钻头（MD517HX）+1.75°螺杆+Φ172mm无磁钻铤+Φ165MWD短节+Φ158.8钻鋌*1柱＋+127mm加重钻杆*39根+127mm 钻杆。钻井参数:钻压:20-100kN排量：26-28L/s泵压：15-17Mpa,本次使用MD517HX高效钻头钻进井段：3586-3752.13米,纯钻时：52：00小时，平均机械钻速：3.19米/小时.本趟钻侧钻时选1.75°单弯螺杆，在钻进过程中严格控制钻时1m\2.5h。钻至井深3590m对沙样分析，含沙量已经达到90%以上，侧钻成功。在定向钻进时平均造斜率为8.6°/30m。

2.215.9mm钻头（EM1952SS）+1.5°螺杆+Φ172mm无磁钻铤+Φ165MWD短节+Φ127mm无磁加重钻杆＋127mm斜坡钻杆*16柱 +127mm加重钻杆*39根+127mm 钻杆。钻井参数：钻压： 40-160kN 排量：26-28L/s泵压：17-19MPa本次使用PDC钻进井段：3752.13-3813.68 m, 纯钻时：34：00小时，平均机械钻速：1.81米/小时,本趟钻考虑到斜井段产生摩阻，为保证斜井段钻进的正常加压对钻具组合进行了少量的倒装。因该钻头扭矩大，工具面不稳，且憋泵现象较严重，故钻进效率较低，平均造斜率为6.2°/30m，在造斜率不足的情况下起钻，更换1.75度螺杆和牙轮钻头下钻。

3.215.9mm钻头（HJ517G）+1.5°螺杆+Φ172mm无磁钻铤+Φ165MWD短节+Φ127mm无磁加重钻杆＋127mm斜坡钻杆*18柱 +127mm加重钻杆*39根+127mm 钻杆。钻井参数：钻压： 40-200kN排量：26-28L/s泵压：17-19MPa本次使用HJ517G钻进井段：3813.68-3941.80 m, 纯钻时：36：00小时，平均机械钻速：3.56米/小时，平均造斜率为4.88°/30m。

3.水平段井眼轨迹控制技术

水平段采用导向钻具与转盘相结合的方式进行钻进。钻具组合及钻进情况：215.9mm钻头（M1955SSD）+1.5°马达+Φ172mm无磁钻铤+Φ165MWD短节+Φ127mm无磁加重钻杆＋127mm斜坡钻杆*18柱+127mm加重钻杆*39根+127mm 钻杆钻井参数：钻压： 20-200kN排量：26-28L/s泵压：17-19MPa钻进井段：3941.80-4197m,纯钻时：61:30小时，平均机械钻速：4.15米/小时。该钻具组合在定向钻进时造斜效果满足了后期入靶需要，在水平段起到了很好的稳斜效果，基本可以通过变化钻压来达到调整轨迹的效果，这样大大减少了滑动钻进，此钻具组合即可以探油层又可钻水平段，且使得水平段轨迹圆滑，利于后面的完井作用。在整个斜井段及水平段的施工中采用滑动钻进和导向钻进交替使用，并较大部分采用旋转钻进方式，由于制定了合理的施工方案，合理的钻进参数，因此轨迹比较平滑。并且在施工中，简化钻具组合、加强泥浆的净化与，根据井下情况，及时搞好短起下钻，有效地解决了岩屑床和携岩问题，从而保证了该井的施工安全。

侧钻井段的工作重点是做好斜井段井眼控制、深井安全、井控和油气层保护工作，我们协同定向服务方制定了详尽的安全技术措施，并在各个生产环节中贯彻执行。为提高职工的井控意识，严格执行防喷演习制度，定期维护保养井控装置，使之处于良好的工作状态。提高钻井液质量，努力做到衡压力钻井，做到不涌不漏，安全快速钻井。

二、结论

1.合理的井身结构有利于提高井眼轨迹的控制精度,这是水平井成功的关键。

2.同样一种钻具组合在不同初始井斜角井段造斜率不同,井斜越大,造斜率越高。钻井参数的变化也有一定的影响。

3.水平段不宜采用小角度的单弯或异向双弯螺杆,采用1°～1.25°的单弯螺杆控制井斜和方位效果更明显。

4.水平井钻井应加强对钻具扭矩、摩阻和疲劳应力的计算分析,选择安全系数较大的钻具入井,减少钻具事故。

数控钻篇10

关键词：司钻 控制 技术

司钻指石油钻井中带班工人的职务名称。在油田岗位责任制中，司钻掌管刹把的操作。直接负责钻台的工作和井队人员，有的还负责钻井设备和吊装设备的操作。他们要牢记各个显示装置和操纵装置的功能和位置，还要随时处理一些意外情况，在石油的钻探作业中，钻机日夜工作，每个司钻要连续工作很长时间，即使有副司钻协助工作，然而每天保持注意力高度集中仍会让司钻倍感疲惫。因此司钻工作是最繁重的。

如果在操作、显示设备设计布置上与司钻工作人员的生理、心理不相适合；如果司钻控制房的设计规划不科学，只是将原来室外的仪器仪表搬到室内；如果司钻的工作仪器不够先进，都会导致工作效率降低甚至出现意外情况发生。下面围绕司钻控制房的科学建设、电子司钻的应用控制两个方面提出改进建议，为我国石油钻机的司钻控制技术研究打下坚实基础。

一、司钻控制房的科学设计

普遍来看，司钻台布置没有相应规范，整个室内空间和操纵台空间设计无法与人的生理、心理条件相匹配。显示仪表布置和操纵器布置不合理，没有考虑司钻本身的认知习惯；没有专用司钻座椅，高度和前后调节不便等。

针对这些问题，在司钻控制房的设计建设上要通过分析建立用户思维模型、用户任务模型，对用户出错进行分析，提出在控制方面、整体布局方面、人机方面设计需要改进的问题。要认真研究操作过程中哪些可以用机器来实现，哪些需要人操作，是否可以采用像飞机自动飞行那样的技术来设计自动送钻装置，以减轻司钻工作者的精神和体力负担。从司钻工作者使用心理的角度对目前的操作界面认真分析，使操作过程符合司钻工作者的知觉和认知特性。例如可以在操作界面设计上加入操作信息引导和信息反馈，以减少操作的学习负担。可以对整体进行大的区域划分，主、辅工作区域明确，使司钻工作者一看就能明确主要观察什么，主要使用什么，在主要的工作区域明确的状态下，对辅助工作区进一步细化，显示装置和相对应的操纵装置布置在一起，避免使用中出错。一些使用键按照功能划分区域布置，使各个功能的使用区域明显，能使司钻工作者在使用时快速找到。

在司钻控制房的整体布局上要注意：充分利用司钻房空间，扩大司钻的视野，解决司钻工作人员的视觉死角；改善司钻工作时犯困的问题。要进行模块化设计，将操作元件进行功能区域和使用频率划分。

以ZJ-51781型电子司钻为例谈司钻控制房的设计：一般要安装四通道视频监视系统使司钻坐在封闭的空间可以看到二层台游车的位置、井架工的操作、绞车滚筒排绳的情况，以及泥浆泵房的情况等。绞车的灵活控制采用了游戏干事的操纵杆，控制绞车正反转，松开即停。在停止位置有零指令锁定功能，防止出现干扰信号导致的误动作。当操纵杆向前推，游车上行时，有最高速度限制，以及第一高位置强制减速，第二高位置强制停机保护。当操纵杆向后拉，游车下行时，电机反转，在钻具负载的拖动下，DW电机处于发电工作状态，向电网反馈发电，直流母线电压升高，使接在直流母线上的崭波制动柜CHOPPER自动投用；绞车在发电反馈制动和能耗制动的联合作用下，游车下放保持匀速，速度大小由操纵杆拉开的角度决定，而不是像自由落体那样，呈加速下行状态。触摸电脑显示屏构成了良好的操作显示界面HMI。该显示屏将VFD系统信息、运转工况和钻井参数仪综合在一起。显示的钻井参数有超声波液位变送器传来的泥浆罐液位信号为四路。超声波流量变送器传来的泥浆回流信号为一路；应变膜压力变送器传来的悬重信号和立管压力信号各位一路；应变膜压力变送器传来的机油泵压力信号为二路；机械电子式编码器（码盘）传来的绞车滚筒转动圈数为二路。仪表系统中的各个变送器或码盘送来的信号，分别介入司控房PLCI/O扩展槽的相应端子，使该信号可以受到PLC的运算处理和监控。刹车系统以盘式刹车为主刹车，伊顿刹车作为辅助刹车。液压盘式刹车包括工作钳、安全钳、液压动力站、特殊的液压调节装置等。气控水冷式伊顿刹车是目前钻井场合应用的最先进的刹车系统，国外的电子司钻系统中，伊顿刹车也是首选的执行机构CPUI/O。用PLC容错技术，增加了系统的可靠性。司钻房PLC系统，并列安装了两套CPU和I/O插件板，一套处于工作状态；另一套处于备用状态，两套系统的数据传输并行。这样，当系统一出现故障时，系统二保持着运行数据，并同时投入工作。

二、电子司钻技术的应用

“电子司钻” 内容丰富，包括PLC控制系统、钻井监控系统、电子防碰、液压盘式刹车装置等，它们是石油钻机的控制中枢，其性能的优劣直接关系到整台钻机的生产效率，关系到工人的劳动强度和生产安全等。为此，应该加强电子司钻技术的改进，让电子司钻更加人性化和智能化。

以ZJ-51781型电子司钻为例（配ZJ70D钻机）谈谈先进技术的效率和优势。

该电子司钻是大功率VFD、多负载驱动PLC分布式钻机控制系统。可靠性高，控制性能卓越，变换方式为AC-DC-AC。系统由两个整流柜、七个逆变柜、三个崭波制动柜组成。大容量整流柜通过断路器连接在AC母线上，并经过大容量电抗器输出至DC母线，DSU整流电路由大功率二极管构成，通过数字电路控制预充电。逆变柜采用大功率IGBT器件（绝缘栅型双沟道晶体管）构成桥路，触发控制模式与其他变频器制造商PWM（脉宽调制）方式有很大不同。控制电路全部由数字模块构成，主控模块是以CPU为核心组成NAMC板。各主控模块之间通过光纤进行通讯，实现数据传输。由于主控模块均采用数字电路，系统的初始化需要以电机的参数为基础建立数学模型，所以逆变柜对交流负载采用一拖一驱动方式，这样就不存在接触器的指配切换控制。

电控系统的优点：DCR与VFD之间的串行通信采用屏蔽双绞线，而不是光纤，光纤以断裂。PLC主站与变频柜、整流柜、CHOPPER柜之间的现场数据总线控制，采用了总线管理器，对数据流实施监视。利用光纤路由器，对系统构成的所有数字模块的通信，采用了光纤，这样使VFD房内部的控制线路非常简单，简化了线路连接，每个柜子只需两根光纤即可。柜支持单机运行和双机运行两种选择，选用了电储能大型空气断路器，方便了操作。整流柜投入工作后，对逆变柜有预充电过程，ABB变频器的预充电控制，性能优良，这是保证VFD多转动系统高可靠性的前提。在钻井仪表系统中，第一次采用了超声波变送器测量泥浆液位或流量。对测量泥浆非牛顿流体极为合适。符合ZJ70D钻机的相关要求，能满足ZJ70D钻机项目司钻的使用要求，采用可靠的防爆、防护、防腐、隔热、隔音、减震措施，使用寿命增加，效果大幅提升。

三、结束语

本文围绕司钻控制房的科学建设和电子司钻的应用控制两个方面探讨了如何加强油田司钻控制技术的研究，希望能为我国石油钻机的司钻控制技术做出应有的贡献。

参考文献

[1]李守军；陈颖；；西门子CP340模块在司钻工程中的应用[J]；水电自动化与大坝监测；2011年02期

[2]谭建平；苏勇；周俊峰；黄长征；；司钻网络控制实现[J]；锻压技术；2012年01期