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[摘要]文章首先对钻探机组钻进参数及钻进资料的重要性进行了阐释，然后对钻探机组钻进参数的控制方式做了相应的介绍，最后详细探讨了钻探机组钻进参数及钻进资料计算机管理技术。
[关键词]组钻进参数 钻进资料 计算机管理技术
[中图分类号] P634 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-5-276-2
0前言
随着核电发展对核燃料需求的日益增长，国家在不断加大了对铀矿地质勘察的投入，面对日益增加的钻探生产工作量，如何提高钻探效率和钻探工程质量，减少钻孔孔内事故（烧钻、断杆、假循环）的发生是我们需要面对和解决的关键问题，因此钻探机组钻进参数及钻进资料计算机管理技术在钻探生产中起到关键性的作用。
1钻探机组钻进参数及钻进资料的重要性
长期以来钻探施工是采用机械回转冲击等方式完成碎岩工作，并将地层深部岩样取出地面，在机械碎岩过程中其通过数百米钻杆、钻具及加压回转和冲洗液来完成，这一过程对设备参数有极高的要求，另外由于破碎对象复杂多变，这一过程不能用一个恒定的参数来完成。因此要求参数能够实现明确指示，方能高效安全高质量完成这一过程，反之则会出现各种事故。总体上来说，各种参数要求比较广泛，由于受机械及检测技术的限制，各项参数无法给操作人员明确指示，因此对钻孔内的安全及岩样的质量都有着不同程度的影响，重则造成钻孔报废。因此提出采用可编程控制器为主导控制技术，对钻探工程中的钻进参数及钻孔压力自动控制的技术研究具有主要的现实意义和经济效益，不仅可以在定量的台月内完成生产任务，提高钻探生产效率，降低生产成本，同时可以自动检测钻探机组各项运行参数并明确显示和越限报警，有效地预防钻孔孔内事故和钻探设备事故发生。
2钻探机组钻进参数的控制方式
2.1钻进压力实现的技术方法
根据HXY-1500型钻机液压系统主泵是一个变量双联单泵，主阀组是一个中位闭心结构、带有流量自动控制阀和压力补偿阀的多路阀，作业时可检测出负载压力，使泵的供油压力始终高出负载压力一个很小的压差，操纵先导阀改变主阀阀口开度，泵能自动调节并输出与负载速度要求相适应的流量，而与负载大小无关等特点，实现泵的输出功率与负载需要的最佳匹配等特点。
压力，通过西门子（CPU226）数字单片微机PLC的计算显示出给定孔底钻进压力。其操作方式按照钻机操作规程中的要求调节溢流阀旋钮，把系统压力调到钻探工艺要求给定的值进行钻进，压力可通过钻机机台上A75GSTD液晶显示器显示出适时压力值。这样使钻机操作起来更方便、舒适，需要加压时就可以及时加压，保证钻探施工过程中钻进参数的要求。
2.2给进压力实现的技术方法
根据钻孔深度和地层要求，在钻进过程中有减压钻进和加压钻进，通常当钻具的重量超过钻探工艺规程规定的压力时，就需要进行减压钻进，反之为加压钻进。通常情况下操作人员都根据经验操作，而通过运用PLC编程，把M=B-Q和Q-B=M写入程序中（BKN：钻具重量；QKN：钻进压力；M：给进压力），按照钻机和钻探规程规定要求，把钻机操纵手把搬到上升或下降位置，调节溢流阀手轮，进行加压或减压钻进，此时通过模块EM221数据采集，在A75GSTD液晶显示器数字显示出的压力数据为给进压力值。
2.3钻杆重量操作技术方法
通过 HXY-1500型钻机液压系统与西门子压力的负载敏感控制系统的结合，运用数字单片微机S7-226 MICRO PLC的主导控制技术，其中S7-226 MICRO PLC包括一个中央处理单元（CPU）、电源以及数字量I/O点，CPU负责执行程序和存储数据，输出、输入是系统控制点：输入部分从现场设备中电子传感器采集信号输出部分则控制钻机操作阀液压系统。按照钻机操作规程要求，把钻机操作手把放在称重位置，进行钻具称重，此时的操作程序是：先把手把搬到上升位置，使钻具离开孔底一段距离，手把立刻回到称重位置上，同时，快速转动给进速度阀手轮，使节流阀的出口关闭，通过PLC数字处理，适时显示出数字式的钻具重量，减少机械表复杂读数的过程，操作起来更方便、舒适。
2.4钻机扭矩实现的技术方法
根据钻探机组电流、电压的技术要求，对电路中的交流电流、电压进行实时测量时，需将其变换为0mA～20mA或4mA～20mA直流电流、电压。在系统中采用WBI414S41电流隔离传感器和WBU414S41电压隔离传感器采集电压和电流信号，运用编程把钻机变速箱、分动箱齿轮模数和公式M=UICOSФN1/p（式中U-电压；I-电流；COSФ-电路功率因数；N1—钻机电动机转速 P—电动机极数）写入PLC程序中 ，通过PLC运算处理后在液晶显示器显示出的数据值为钻机回转扭矩值。
3钻探机组钻进参数及钻进资料计算机管理技术
3.1钻进资料管理系统
钻进资料计算机管理系统主要包括数据输入、实时数据通信方式提取、统计分析、打印功能、辅助功能等系统功能。数据输入部分主要包括两大部分内容，一部分是将钻进过程中的孔号、台月效率、小时效率、材料消耗、水文观测等输入勘探资料数据库。另一部分是钻探过程中的资料，共设计有7个数据记录项，分别记录台班进尺、当前进尺、交班进尺、钻头直径、岩矿芯长度、其它资料等。数据提取功能主要是从现有的数据库中提取各种所需的数据，形成数据文件，用以进行各种数据分析或计算统计等。打印管理模块主要功能是将数据库中的数据以表格的形式输出。结合上述项目进行数据开发编程，实现钻井资料自动管理计算出各项经济技术指标（台月效率、小时效率、岩矿芯采取率等）并数据打印。
钻进资料管理系统的生产管理计算机上位各级系统分为计算机网络系统和上位机管理软件系统两部分，实现生产控制数据的高速采集、存储与发布，便于安装、使用与维护。本项目生产控制管理计算机集成采用两级网络方式，即位于现场的生产控制级和位于办公区域的上位机管理级。 3.2数据输入
通过触摸屏将不能采集的数据进行输入，输入数据经过触摸屏和PLC的RS485通信线进S7200PLC内部V区寄存器并进行存储，由于该区寄存器具有断电数据保持功能，停电后上电，数据仍然存在。
3.3数据转储
实时数据和人工录入数据存储与PLC内部的V寄存器中，要通过通信方式将数据存储与计算机中。即通过西门子PPI通信电缆将PLC和计算机连接起来，应用亚控公司的KINGVIEW组态软件及OPC技术将数据转储在KINGVIEW的历史数据库中。
OPC技术OPC是一套基于Windows操作平台的工业应用程序之间提供高效的信息集成和交互功能的组件对象模型接口标准，它以微软的（分布式）组件对象模型COM/DCOM/COM+技术为基础采用客户/服务器模式。OPC的服务器是数据的供应方，负责为OPC客户提供所需的数据；OPC客户是数据的使用方，负责处理OPC服务器提供的数据。OPC能够直接连接现场PLC、工业网络和数据采集等设备，而各种监控应用、控制应用和管理应用按照OPC协议进行通讯，既可以通过OPC获取现场数据，又可以利用OPC进行相互间的数据交换，OPC为企业内部的信息交换提供了一个平台，任何应用只要支持OPC接口就能实现即插即用。OPC实际上提供了一种机制，使系统以标准的方式从数据源获取数据，并提供标准的接口给客户应用程序。
3.4 SQLServer对组态王数据库的访问
SQLServer对组态王数据库的访问，SQLServer2000是Microsoft公司推出的用于数据库管理的大型软件，具有数据库操作的方便性以及数据库运行的可靠性、易维护性等特点，因而得到了许多用户的青睐。组态王软件提供了SQLServer数据库访问的便捷方式，通过SQL访问管理器和SQL函数可以很方便地与数据库进行数据交换，实现数据的保存、查询、更新等操作。组态王SQL访问管理器包括表格模板和记录体，主要用来建立数据库列和组态王变量之间的联系。
4结束语
通过项目实施，我们体会到在机电自动化技术方面有许多新理论、新技术，可以应用于钻进技术资料计算机管理，这些新技术的开发与应用，将会极大提高钻探机组整体控制水平，极大提高钻探质量和钻进资料规范化。下一步我们计划在此基础上继续完成另一钻井资料——GPRS网络与钻机系统的技术研究项目，不断提高钻探技术智能化程度。
参考文献
[1]翟应虎，蔡镜仑，刘希圣；PDC钻头切削齿工作角设计理论[J]；石油大学学报（自然科学版）；2010.
[2]杨高；况雨春；杨云山；夏宇文；三牙轮钻头几何学仿真与MATLAB的实现[J]；石油机械；2011年03期.
[3]刘清友，黄本生；牙轮钻头横向振动模型的建立及求解[J]；天然气工业；2010.
[关键词]组钻进参数 钻进资料 计算机管理技术
[中图分类号] P634 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-5-276-2
0前言
随着核电发展对核燃料需求的日益增长，国家在不断加大了对铀矿地质勘察的投入，面对日益增加的钻探生产工作量，如何提高钻探效率和钻探工程质量，减少钻孔孔内事故（烧钻、断杆、假循环）的发生是我们需要面对和解决的关键问题，因此钻探机组钻进参数及钻进资料计算机管理技术在钻探生产中起到关键性的作用。
1钻探机组钻进参数及钻进资料的重要性
长期以来钻探施工是采用机械回转冲击等方式完成碎岩工作，并将地层深部岩样取出地面，在机械碎岩过程中其通过数百米钻杆、钻具及加压回转和冲洗液来完成，这一过程对设备参数有极高的要求，另外由于破碎对象复杂多变，这一过程不能用一个恒定的参数来完成。因此要求参数能够实现明确指示，方能高效安全高质量完成这一过程，反之则会出现各种事故。总体上来说，各种参数要求比较广泛，由于受机械及检测技术的限制，各项参数无法给操作人员明确指示，因此对钻孔内的安全及岩样的质量都有着不同程度的影响，重则造成钻孔报废。因此提出采用可编程控制器为主导控制技术，对钻探工程中的钻进参数及钻孔压力自动控制的技术研究具有主要的现实意义和经济效益，不仅可以在定量的台月内完成生产任务，提高钻探生产效率，降低生产成本，同时可以自动检测钻探机组各项运行参数并明确显示和越限报警，有效地预防钻孔孔内事故和钻探设备事故发生。
2钻探机组钻进参数的控制方式
2.1钻进压力实现的技术方法
根据HXY-1500型钻机液压系统主泵是一个变量双联单泵，主阀组是一个中位闭心结构、带有流量自动控制阀和压力补偿阀的多路阀，作业时可检测出负载压力，使泵的供油压力始终高出负载压力一个很小的压差，操纵先导阀改变主阀阀口开度，泵能自动调节并输出与负载速度要求相适应的流量，而与负载大小无关等特点，实现泵的输出功率与负载需要的最佳匹配等特点。
压力，通过西门子（CPU226）数字单片微机PLC的计算显示出给定孔底钻进压力。其操作方式按照钻机操作规程中的要求调节溢流阀旋钮，把系统压力调到钻探工艺要求给定的值进行钻进，压力可通过钻机机台上A75GSTD液晶显示器显示出适时压力值。这样使钻机操作起来更方便、舒适，需要加压时就可以及时加压，保证钻探施工过程中钻进参数的要求。
2.2给进压力实现的技术方法
根据钻孔深度和地层要求，在钻进过程中有减压钻进和加压钻进，通常当钻具的重量超过钻探工艺规程规定的压力时，就需要进行减压钻进，反之为加压钻进。通常情况下操作人员都根据经验操作，而通过运用PLC编程，把M=B-Q和Q-B=M写入程序中（BKN：钻具重量；QKN：钻进压力；M：给进压力），按照钻机和钻探规程规定要求，把钻机操纵手把搬到上升或下降位置，调节溢流阀手轮，进行加压或减压钻进，此时通过模块EM221数据采集，在A75GSTD液晶显示器数字显示出的压力数据为给进压力值。
2.3钻杆重量操作技术方法
通过 HXY-1500型钻机液压系统与西门子压力的负载敏感控制系统的结合，运用数字单片微机S7-226 MICRO PLC的主导控制技术，其中S7-226 MICRO PLC包括一个中央处理单元（CPU）、电源以及数字量I/O点，CPU负责执行程序和存储数据，输出、输入是系统控制点：输入部分从现场设备中电子传感器采集信号输出部分则控制钻机操作阀液压系统。按照钻机操作规程要求，把钻机操作手把放在称重位置，进行钻具称重，此时的操作程序是：先把手把搬到上升位置，使钻具离开孔底一段距离，手把立刻回到称重位置上，同时，快速转动给进速度阀手轮，使节流阀的出口关闭，通过PLC数字处理，适时显示出数字式的钻具重量，减少机械表复杂读数的过程，操作起来更方便、舒适。
2.4钻机扭矩实现的技术方法
根据钻探机组电流、电压的技术要求，对电路中的交流电流、电压进行实时测量时，需将其变换为0mA～20mA或4mA～20mA直流电流、电压。在系统中采用WBI414S41电流隔离传感器和WBU414S41电压隔离传感器采集电压和电流信号，运用编程把钻机变速箱、分动箱齿轮模数和公式M=UICOSФN1/p（式中U-电压；I-电流；COSФ-电路功率因数；N1—钻机电动机转速 P—电动机极数）写入PLC程序中 ，通过PLC运算处理后在液晶显示器显示出的数据值为钻机回转扭矩值。
3钻探机组钻进参数及钻进资料计算机管理技术
3.1钻进资料管理系统
钻进资料计算机管理系统主要包括数据输入、实时数据通信方式提取、统计分析、打印功能、辅助功能等系统功能。数据输入部分主要包括两大部分内容，一部分是将钻进过程中的孔号、台月效率、小时效率、材料消耗、水文观测等输入勘探资料数据库。另一部分是钻探过程中的资料，共设计有7个数据记录项，分别记录台班进尺、当前进尺、交班进尺、钻头直径、岩矿芯长度、其它资料等。数据提取功能主要是从现有的数据库中提取各种所需的数据，形成数据文件，用以进行各种数据分析或计算统计等。打印管理模块主要功能是将数据库中的数据以表格的形式输出。结合上述项目进行数据开发编程，实现钻井资料自动管理计算出各项经济技术指标（台月效率、小时效率、岩矿芯采取率等）并数据打印。
钻进资料管理系统的生产管理计算机上位各级系统分为计算机网络系统和上位机管理软件系统两部分，实现生产控制数据的高速采集、存储与发布，便于安装、使用与维护。本项目生产控制管理计算机集成采用两级网络方式，即位于现场的生产控制级和位于办公区域的上位机管理级。 3.2数据输入
通过触摸屏将不能采集的数据进行输入，输入数据经过触摸屏和PLC的RS485通信线进S7200PLC内部V区寄存器并进行存储，由于该区寄存器具有断电数据保持功能，停电后上电，数据仍然存在。
3.3数据转储
实时数据和人工录入数据存储与PLC内部的V寄存器中，要通过通信方式将数据存储与计算机中。即通过西门子PPI通信电缆将PLC和计算机连接起来，应用亚控公司的KINGVIEW组态软件及OPC技术将数据转储在KINGVIEW的历史数据库中。
OPC技术OPC是一套基于Windows操作平台的工业应用程序之间提供高效的信息集成和交互功能的组件对象模型接口标准，它以微软的（分布式）组件对象模型COM/DCOM/COM+技术为基础采用客户/服务器模式。OPC的服务器是数据的供应方，负责为OPC客户提供所需的数据；OPC客户是数据的使用方，负责处理OPC服务器提供的数据。OPC能够直接连接现场PLC、工业网络和数据采集等设备，而各种监控应用、控制应用和管理应用按照OPC协议进行通讯，既可以通过OPC获取现场数据，又可以利用OPC进行相互间的数据交换，OPC为企业内部的信息交换提供了一个平台，任何应用只要支持OPC接口就能实现即插即用。OPC实际上提供了一种机制，使系统以标准的方式从数据源获取数据，并提供标准的接口给客户应用程序。
3.4 SQLServer对组态王数据库的访问
SQLServer对组态王数据库的访问，SQLServer2000是Microsoft公司推出的用于数据库管理的大型软件，具有数据库操作的方便性以及数据库运行的可靠性、易维护性等特点，因而得到了许多用户的青睐。组态王软件提供了SQLServer数据库访问的便捷方式，通过SQL访问管理器和SQL函数可以很方便地与数据库进行数据交换，实现数据的保存、查询、更新等操作。组态王SQL访问管理器包括表格模板和记录体，主要用来建立数据库列和组态王变量之间的联系。
4结束语
通过项目实施，我们体会到在机电自动化技术方面有许多新理论、新技术，可以应用于钻进技术资料计算机管理，这些新技术的开发与应用，将会极大提高钻探机组整体控制水平，极大提高钻探质量和钻进资料规范化。下一步我们计划在此基础上继续完成另一钻井资料——GPRS网络与钻机系统的技术研究项目，不断提高钻探技术智能化程度。
参考文献
[1]翟应虎，蔡镜仑，刘希圣；PDC钻头切削齿工作角设计理论[J]；石油大学学报（自然科学版）；2010.
[2]杨高；况雨春；杨云山；夏宇文；三牙轮钻头几何学仿真与MATLAB的实现[J]；石油机械；2011年03期.
[3]刘清友，黄本生；牙轮钻头横向振动模型的建立及求解[J]；天然气工业；2010.