随着能源、资源供应形势的日趋紧张,世界各国普遍加大了对固体矿产资源和油气资源的勘探开发力度,深井、超深井开钻的信息屡见不鲜,我国酝酿已久的“中国入地计划”也是以一口13000m超深科学钻孔为龙头的一大批科学钻探项目的集合体。中国地质大学(武汉)顺应时代发展潮流,牵头开展了以服务于深钻科研、教学为目的“智能化多功能钻探(井)实验系统”国家“211”工程学科建设项目,项目的主体是建设一“机-电-液”一体化多功能钻机。论文课题“智能化多功能实验台钻进参数检测与控制系统的设计与研究”就是来源于该项目,其目的是研制一套适合钻探工程多工艺科学实验和生产教学的钻进工程参数检测与控制系统。钻探工程难度的增大和劳动力成本的提高都促进钻探设备向自动化、智能化方向发展,市场上不论是地质勘探设备还是油气资源勘探设备,其自动化程度都越来越高。论文紧扣市场发展方向,以钻探设备自动化、智能化为前提,实现钻探过程中各工程参数的实时检测和主要生产参数的智能控制。论文研究最终服务于钻探教学和开展深部钻探技术、新型钻探机具、钻探过程测控技术、大位移非开挖技术、轻便快速的浅层钻探取样技术等方面的研究。本文在了解了传统钻参仪的设计思想、功能实现、现场运用等情况的基础上,结合钻探设备智能化的发展趋势,运用检测技术理论和方法,提炼形成了符合智能化钻进试验台的检测系统的理论和检测方案。论文以自动化控制理论中的闭环控制理论和方法为基础,综合运用机械自动化、液压控制原理、电气一体化等相关学科知识,同时结合钻探工程工况,形成了一套适合本试验台的,以智能控制钻机给进压力、转速、泵量为目标的“机-电-液”一体化控制原理。在上述检测和控制理论基础上,作者通过硬件设计制作、多路传感器的遴选、以及工控机及采集卡、模拟量输出卡和执行器的优选等完成系统硬件的实现。最后,作者运用基于虚拟仪器的图形化编程语言LabVIEW编制完成了软件系统。该软件系统可以实现与系统中各种硬件的通讯,并能实时检测、显示、保存钻进工程参数。在实现上述功能的同时,软件还可以处理不同专业的科学实验数据,并以专业的方式展示图、表等实验成果。硬件与软件的完美融合形成了符合生产教学和多功能多工艺科学研究需求的钻进过程监测与控制系统。钻机具有近机操作和远程控制两套操作系统,任何一套操作系统都可以完全操作钻机工作,论文完美实现了两套操作系统的并联互锁的工作关系。本文开发的一套系统具有检测钻探工程中钻压、转速、理论泵量、实际泵量、泵压、机械钻速、动力头扭矩、系统压力、系统温度、电功率等参数,功能比一般钻参仪更加强大。其中,动力头输出扭矩采用直接测量的方式,数据更加真实可信；理论泵量和实际泵量的分别测量不但可以为评价泥浆泵的性能提供依据,同时二者的差值也可以作为判断孔底工况的一种新的依据,为科学研究提供更全面的数据。本系统在完成上述超级钻参仪功能的同时也可以智能控制钻进过程中的给进力(速度)、转速、泵量三个重要参数。系统对三个参数的控制实现了闭环控制,在调节范围内,用户可以实现对三个参数的无级调节,系统根据用户的设定值控制相应执行器的动作,使相应参数的输出值可以高精度的匹配设定值。给进系统控制中,系统具有恒压给进和恒速给进两种工作模式,两种模式下的压力和速度值都可以无级调节,十分利于钻探相关实验研究的开展。为满足多专业实验研究的需求,论文开发的系统具有强大的数据后处理能力。论文开发的数据处理系统把多种数据处理方式相融合,一组数据库可以展现为电子班报表、钻头实验报表、钻具实验报表以及数据处理图片等多种成果展示形式。本系统还具有良好的可扩展性,硬件和软件都留有扩展接口,有其他硬件的支持可以方便地具有可视化微钻实验、电磁波双向通讯实验等高端实验的能力。钻机的自动化、智能化研究具有很重要的意义,特别是能够深化对钻探基础理论的精细化实验研究,有利于完成与岩石破碎学、钻进工艺参数优化等基础研究课题,为钻探技术由经验打钻到科学打钻的质的突破。同时,它也是钻探设备的发展方向,论文中研究的部分技术成果已成功运用到了钻探生产实践中,所取得的初步成果证明其应用前景十分广阔。