يبحث

ال نظام التحكم في منصة الحفر وحدة التحكم هي وحدة التحكم الأساسية لمعدات الحفر بأكملها. وهي مسؤولة عن دمج ونقل الأوامر وتنظيم التشغيل المنسق لمختلف المكونات. بدونها، لا يمكن لأنظمة الطاقة والنقل والتنفيذ في منصة الحفر العمل بشكل منظم، مما يجعلها جزءًا لا غنى عنه. تُصنف وحدة التحكم حسب طرق التحكم، وتشمل بشكل رئيسي التحكم الميكانيكي، والتحكم الهوائي، والتحكم الهيدروليكي، والتحكم الكهربائي، والتحكم المتكامل. من بين هذه الأنظمة، أصبح التحكم الهوائي الأكثر استخدامًا نظرًا لمزاياه المتمثلة في الموثوقية العالية والقدرة على التكيف مع البيئات القاسية، ويتكون جوهرها من أربع آليات رئيسية: "إمداد الهواء - إصدار الأوامر - إرسال الأوامر - التنفيذ".1. التصنيفات الأساسية لأنظمة التحكم1. التحكم الميكانيكييُعدّ التحكم الميكانيكي أكثر طرق التحكم تقليديةً، إذ ينقل أوامر التشغيل مباشرةً عبر مكونات ميكانيكية كالرافعات والتروس والحبال السلكية، ويتميز بأبسط بنية وأقل تكلفة.المبدأ الأساسي: يقوم المشغلون يدويًا بتشغيل المقابض الميكانيكية لتشغيل مكونات ناقل الحركة بشكل مباشر، وبالتالي تغيير إجراءات آلية التنفيذ (على سبيل المثال، أعمال الرسم الكبح، طاولة دوارة (بدء/إيقاف).السيناريوهات القابلة للتطبيق: التحكم البسيط في الأشياء الصغيرة منصات إصلاح الآبار و قديم منصات الحفر، مناسب فقط للعمليات ذات الحمل المنخفض ومتطلبات الدقة المنخفضة.القيود: دقة التحكم المنخفضة (على سبيل المثال، خطأ كبير في تعديل ضغط الحفر)، والتشغيل المكثف للعمالة، وعدم القدرة على تحقيق التحكم عن بعد أو الآلي، وقد تم استبدالها تدريجيا بأساليب أخرى.2. التحكم الهوائييستخدم التحكم الهوائي الهواء المضغوط كوسيلة لنقل الطاقة. بفضل خصائصه "المضادة للتلوث، ومقاومة درجات الحرارة العالية والمنخفضة، والاستجابة السريعة"، أصبح هذا النظام أسلوب التحكم السائد في منصات الحفر البرية والبحرية، وهو مناسب بشكل خاص لاحتياجات التحكم في البيئات القاسية مثل رؤوس الآبار و... مضخة الطينs.الآليات الأساسية الأربع ووظائفهاآلية إمداد الهواء: مصدر الطاقة لنظام التحكم، بما في ذلك ضواغط الهواء، وخزانات الهواء، والمجففات، مما يضمن إمداد الهواء النظيف والضغط المستقر.آلية إصدار الأوامر: طرف بدء الأوامر في نظام التحكم، يُشغّل مباشرةً من قِبل المُشغّلين (مثل مقابض التحكم الهوائية لرفع/خفض أدوات السحب، والأزرار). عند الضغط عليه أو تبديله، يُصدر أوامر تحكم بتغيير حالة تشغيل/إيقاف دائرة الهواء أو ضغط الهواء.آلية نقل الأوامر: قناة نقل الأوامر في نظام التحكم، بما في ذلك أنابيب الهواء، والصمامات الكهرومغناطيسية (التي تتحكم في تشغيل/إيقاف أو تبديل دائرة الهواء لتحقيق تحويل الإشارة الكهربائية)، وصمامات تخفيض الضغط (التي تضبط ضغط الهواء لتلبية احتياجات آليات التنفيذ المختلفة). تنقل هذه القناة الأوامر بدقة من آلية إصدار الأوامر إلى آلية التنفيذ.آلية التنفيذ: نهاية تنفيذ العمل لنظام التحكم، والتي تتلقى طاقة الهواء المضغوط وتحولها إلى إجراءات ميكانيكية (على سبيل المثال، الأسطوانات، ومحركات الهواء، وصمامات التحكم الهوائية لضبط إزاحة مضخة الطين)، مما يؤدي في النهاية إلى تحقيق بدء التشغيل / الإيقاف، وتنظيم السرعة، أو تبديل المعدات.المزايا الأساسيةالقدرة على التكيف مع البيئات القاسية: الهواء المضغوط غير موصل وغير قابل للاشتعال، ومقاوم للغبار والزيت/الغاز، وأقل عرضة للتجمد في درجات الحرارة المنخفضة، ولديه معدل فشل منخفض.سرعة الاستجابة السريعة: يقل تأخير نقل إشارات ضغط الهواء عن 0.3 ثانية، مما يتيح اتخاذ إجراء سريع في ظروف العمل الطارئة (على سبيل المثال، إيقاف تشغيل مضخة الطين في حالة ركلة البئر) لضمان السلامة.هيكل بسيط وصيانة سهلة: لا توجد دوائر معقدة أو خطوط أنابيب زيت هيدروليكية؛ كما أن خطوط الأنابيب الهوائية وصمامات الملف اللولبي سهلة الاستبدال، مما يؤدي إلى انخفاض تكاليف الصيانة في الموقع.3. التحكم الهيدروليكييستخدم التحكم الهيدروليكي الزيت الهيدروليكي كوسيلة نقل ويحرك آلية التنفيذ من خلال الضغط الهيدروليكي، مما يجعله مناسبًا لسيناريوهات التحكم ذات الحمل العالي وعزم الدوران الكبير.التطبيقات الأساسية: التحكم في المكونات الثقيلة لمنصات الحفر، مثل مانع الانفجار (ميزان المدفوعات) التبديل، محرك علوي تنظيم السرعة والفرملة وتنظيم السرعة للمعدات الكبيرة.المزايا: نقل عزم الدوران الكبير ودقة التحكم العالية.العيوب: يعتبر الزيت الهيدروليكي عرضة للتلوث ويتطلب ترشيحًا منتظمًا؛ تزداد لزوجته في درجات الحرارة المنخفضة، مما يؤثر على سرعة الاستجابة؛ وتكاليف الصيانة أعلى من تكاليف التحكم الهوائي.4. التحكم الكهربائييستخدم التحكم الكهربائي الإشارات الكهربائية كوسيلة نقل، ويُحقق التحكم من خلال المحركات، ومحولات التردد، ووحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). وهو أسلوب التحكم الأساسي في منصات الحفر الذكية.التطبيقات الأساسية: التحكم الدقيق في المعلمات (على سبيل المثال، ضغط الحفر الثابت، والسرعة الثابتة)، والمراقبة عن بعد (على سبيل المثال، التشغيل عن بعد على اليابسة لمنصات الحفر البحرية)، والعمليات الآلية (على سبيل المثال، التوصيل التلقائي للأنابيب).المزايا: دقة التحكم العالية، مما يتيح إدارة البيانات وأتمتتها.العيوب: يعتمد على مصدر طاقة مستقر؛ ويجب اتخاذ تدابير مضادة للماس الكهربائي والتداخل في البيئات الرطبة والمغبرة؛ والاستثمار الأولي مرتفع نسبيًا.5. التحكم المتكامليجمع التحكم المتكامل بين مزايا طريقتين أو أكثر للتحكم الفردي وهو الاختيار السائد لأجهزة الحفر الحديثة المتوسطة والكبيرة الحجم (على سبيل المثال، مزيج "التحكم الهوائي + الهيدروليكي + الكهربائي").التطبيق النموذجي: يُستخدم التحكم الهوائي للتحكم في رأس البئر (للتكيف مع بيئات النفط والغاز)، والتحكم الهيدروليكي للمكونات الثقيلة (مثل مانعات التسرب لتوفير قوة دفع عالية)، والتحكم الكهربائي لتنظيم المعاملات الكلية (لتحقيق الدقة والأتمتة). ترتبط هذه الأنظمة الثلاثة عبر نظام تحكم منطقي قابل للبرمجة (PLC)، مما يضمن السلامة والموثوقية مع تحسين دقة وكفاءة التحكم.2. القيمة الأساسية لنظام التحكمضمان السلامة: سواء كان الأمر يتعلق بإغلاق الطوارئ للتحكم الهوائي، أو الإغلاق السريع لـ BOPs في التحكم الهيدروليكي، أو حماية الحمل الزائد للتحكم الكهربائي، يمكن لنظام التحكم قطع مصادر الخطر بسرعة في حالة حدوث أعطال مفاجئة (على سبيل المثال، التصاق الأنابيب، ركلة البئر) لتجنب تلف المعدات أو الحوادث المتعلقة بالسلامة.تحسين الكفاءة: بفضل التحكم الدقيق (مثل ضبط السرعة الثابتة في نظام التحكم الكهربائي، والتحكم في عزم الدوران العلوي في نظام التحكم الهيدروليكي)، يتم تقليل أخطاء التشغيل اليدوي، وتجنب تآكل رؤوس الحفر وتوسع تجويف البئر الناتج عن تقلبات المعاملات، مما يُحسّن سرعة الحفر. كما يُسهم الربط الآلي للتحكم المتكامل (مثل التنسيق بين معدات رأس البئر الهوائية ووحدات السحب الكهربائية) في تقصير وقت فصل الأنابيب وتوصيلها.القدرة القوية على التكيف: يمكن تكييف طرق التحكم المختلفة مع سيناريوهات مختلفة - التحكم الهوائي في حقول النفط النائية البرية (الصيانة السهلة)، والتحكم المتكامل في منصات الحفر البحرية (موازنة السلامة والدقة)، والتحكم الكهربائي في منصات الحفر الذكية (احتياجات الأتمتة)، مما يضمن التشغيل المستقر في ظل ظروف الحفر المختلفة.

منصة حفر النفط هي معدة ميكانيكية واسعة النطاق تُستخدم في عمليات حفر النفط والغاز. وظيفتها الرئيسية هي تشغيل أدوات الحفر لتكسير الصخور الجوفية وحفر آبار النفط، مما يوفر قنوات للاستغلال اللاحق، وبالتالي تحقيق استكشاف وتطوير موارد النفط والغاز. تشمل وظائفها الأساسية رفع وخفض أدوات الحفر، والحفر الدوراني، وتنظيف الآبار بالتدوير. تتكون بشكل رئيسي من آلات الطاقة، وآليات النقل، وآلات التشغيل، والمعدات المساعدة. يمكن تصنيفها، حسب سيناريوهات التشغيل، إلى منصات حفر نفط برية وأخرى بحرية، وهي بنية تحتية أساسية لضمان إمدادات النفط والغاز العالمية.أنظمة المكونات الأساسيةA منصة الحفر يتكون من ثمانية أنظمة رئيسية: يتحكم نظام الرفع في رفع وخفض أدوات الحفر عبر أعمال الرسم وكتل البكرات؛ ويحرك النظام الدوار مِثقاب الحفر لكسر التكوينات الصخرية؛ ويستخدم نظام الدورة الطين عالي الضغط لإزالة القطع؛ ويوفر نظام الطاقة والنقل توزيع الطاقة؛ وينسق نظام التحكم تشغيل المعدات؛ ويوفر البرج والهيكل الأساسي الدعم؛ وتتضمن المعدات المساعدة أجهزة السلامة مثل مانع الانفجار(BOP). المكونات الأساسية تشمل برج الحفر, كتلة التاج, طاولة دوارة، وأنواع مختلفة من رؤوس الحفر. محرك علوي تعتمد منصات الحفر على تقنية الدفع العلوي (الدوران الكهربائي)، مما يُحسّن كفاءة الحفر ويُناسب عمليات الآبار العميقة. أثناء التشغيل، تُدوّر مضخات الطين الطين لتبريد لقمة الحفر، وتُضبط آليات الكبح معايير الحفر.1. نظام الرفعنظام الرفع مُجهّز لرفع وخفض أدوات الحفر، وتشغيل الغلاف، والتحكم في وزن المثقاب (WOB)، وتغذية أدوات الحفر. ويشمل آليات السحب، والفرامل المساعدة، كتلة التاج, كتلة السفر, خطاف, حبل سلكي، وأدوات مختلفة مثل وصلة المصعدس, المصاعد، ملقط، وزلاقات.عند الرفع، تُلف أسطوانة الجرّ الحبل السلكي؛ وتُشكّل كتلة التاج وكتلة الحركة نظام بكرة ثانوي. يرتفع الخطاف لرفع أدوات الحفر عبر أدوات مثل وصلات الرفع والمصاعد. عند الإنزال، تنزل أدوات الحفر أو سلك التغليف بوزنها، ويتم التحكم في سرعة إنزال الخطاف بواسطة آلية كبح الجرّ والمكابح المساعدة. أثناء الحفر العادي، يتم التحكم في سرعة تغذية أدوات الحفر بواسطة آلية الكبح، ويُطبّق جزء من وزن أداة الحفر على لقمة الحفر كـ WOB لكسر التكوينات الصخرية.2. النظام الدوارالنظام الدوار هو نظام نموذجي لمنصة الحفر الدوارة، ويتمثل دوره في تحريك أدوات الحفر لتدويرها لتكسير التكوينات الصخرية. ويشمل الطاولة الدوارة، والمحور، و أداة الحفريختلف تركيب أدوات الحفر حسب نوع البئر المراد حفرها؛ فهو يشمل عمومًا الكيلي، أنبوب الحفر, طوق الحفرs، ومثقاب الحفر، بالإضافة إلى المثبتات، وامتصاص الصدمات، ومحولات الصوت الفرعية.من بينها، لقمة الحفر هي الأداة التي تُكسر الصخور مباشرةً. تتميز أطواق الحفر بوزنها وسمك جدارها العاليين، وتُستخدم لتطبيق WOB على لقمة الحفر. تربط أنابيب الحفر المعدات السطحية بمعدات قاع البئر وتنقل عزم الدوران. عادةً ما يكون للكيلي مقطع عرضي مربع؛ وتُحرك الطاولة الدوارة سلسلة الحفر بأكملها ولقمة الحفر للدوران عبر الكيلي. يُعدّ المفصل الدوار مكونًا أساسيًا في منصة الحفر الدوارة: فهو لا يتحمل وزن أدوات الحفر فحسب، بل يُمكّن أيضًا من الحركة الدورانية، مع توفير قناة للطين عالي الضغط.Ⅲ. نظام الدورة الدمويةتم تجهيز منصة الحفر الدوارة بنظام دوران لنقل القطع المكسورة بواسطة مثقب الحفر إلى السطح على الفور من أجل الحفر المستمر، مع تبريد مثقب الحفر وحماية بئر الحفر ومنع حوادث الحفر مثل انهيار البئر وفقدان الدورة.يتضمن نظام التداول مضخة الطينمشعبات سطحية، وخزانات طينية، ومعدات تنقية الطين. تشمل مشعبات السطح مشعبات ضغط عالي، وأنابيب عمودية، وخطوط خراطيم؛ وتشمل معدات تنقية الطين هزاز الصخر الزيتيس, مزيلات الرمل، مزيلات الطمي، و أجهزة الطرد المركزي لطين الحفر.تقوم مضخة الطين بسحب الطين من خزان الطين؛ وبعد ضغطه، يتدفق الطين عبر مشعب الضغط العالي، وأنبوب الوقوف، وخط الخرطوم، ويدخل إلى المحور الدوار، ويُخفض إلى قاع البئر عبر أدوات الحفر المجوفة. يُطرد الطين من فوهات لقمة الحفر، ثم يحمل بقايا الحفر إلى السطح عبر الفراغ الحلقي بين جوف البئر وأدوات الحفر. يمر الطين العائد من قاع البئر عبر مستويات مختلفة من معدات تنقية الطين لإزالة المواد الصلبة، ثم يُعاد استخدامه.4. معدات الطاقةنظام الرفع، ونظام الدوران، ونظام الدوران هي وحدات العمل الرئيسية الثلاث في منصة الحفر، وتُستخدم لتوفير الطاقة. يُمكّن تشغيلها المنسق من إتمام عمليات الحفر. لتزويد هذه الوحدات بالطاقة، يجب أن تكون منصة الحفر مُجهزة بمعدات طاقة. تشمل معدات الطاقة في منصة الحفر محركات الديزل، ومحركات التيار المتردد، ومحركات التيار المستمر.Ⅴ. نظام النقليقوم نظام النقل بتحويل القوة والحركة الناتجة عن معدات الطاقة، ثم ينقلها ويوزعها على كل وحدة عاملة لتلبية احتياجاتها المختلفة من الطاقة. يتضمن نظام النقل عمومًا آلية تخفيض، وآلية تغيير السرعة، وآلية توجيه/عكس، وآلية ربط بين عدة آلات طاقة.Ⅵ. نظام التحكملضمان التشغيل المنسق لوحدات العمل الرئيسية الثلاث في منصة الحفر وتلبية متطلبات تقنية الحفر، زُوِّدت منصة الحفر بنظام تحكم. تشمل أساليب التحكم التحكم الميكانيكي، والتحكم الهوائي، والتحكم الكهربائي، والتحكم الهيدروليكي.طريقة التحكم الشائعة في منصات الحفر هي التحكم الهوائي المركزي. يستطيع الحفار إتمام جميع عمليات التحكم تقريبًا في منصة الحفر من خلال لوحة التحكم الخاصة به، مثل تشغيل/فصل القابض الرئيسي؛ وربط عدة آلات طاقة؛ وتشغيل/إيقاف وحدات السحب، والطاولة الدوارة، ومضخات الطين؛ والتحكم في سرعة وحدات السحب.Ⅶ. برج الحفر والبنية التحتيةيُستخدم برج الحفر والهيكل الأساسي لدعم وتركيب معدات وأدوات الحفر المختلفة، وتوفير موقع لعمليات الحفر. يُستخدم برج الحفر لتركيب كتلة التاج، وتعليق كتلة الحركة، والخطاف، والمحور، وأدوات الحفر، وتحمل أحمال الحفر، وحاملات المكدس. يُستخدم الهيكل الأساسي لتركيب وحدة الطاقة، ووحدة السحب، والطاولة الدوارة، ودعم برج الحفر، وتعليق أدوات الحفر عبر الطاولة الدوارة، وتوفير مساحة ارتفاع بين الطاولة الدوارة والأرض لتركيب مانعات التسرب اللازمة وتسهيل دوران الطين.Ⅷ. المعدات المساعدةولضمان السلامة والتقدم الطبيعي للحفر، تتضمن منصة الحفر أيضًا معدات مساعدة أخرى، مثل ميزان المدفوعات مدخنة لمنع الانفجارات، ومجموعة مولدات لتوفير الإضاءة والطاقة المساعدة للحفر، وجهاز ضغط الهواء لتزويد الهواء المضغوط، ومعدات إمداد المياه وإمدادات النفط.