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摘要：钻机是地质勘察工作的重要设备，在绿色勘察的背景之下，人们对轻量化、小型化以及模块化的轻便全液压岩心钻机的研究日益深入。轻便全液压岩心钻机自动化发展，可以有效的满足在复杂的地质环境中的勘探需求，在勘探作业中应用较为广泛。基于此，文章主要对轻便全液压岩心钻机的结构以及原理特征进行了简单的分析，重点分析了轻便全液压岩心钻机的自动化技术应用，以供参考。

关键词：地质勘探；轻便全液压岩心钻机；自动化控制技术；智能化

钻机是在地质勘察中获得岩心的重要装备，其结构原理以及工作效率对于整个勘察作业会产生直接的影响。通过自动化技术进行处理，可以有效的优化钻机的整体性能，继而有效的满足工程勘察工作的实际需求。

一、轻便全液压岩心钻机结构原理以及特征

（一）组成以及结构原理

便捷式钻机主要包括了动力、控制以及钻进单元，辅助器具四个重要内容。其主要功能部件主要包括了动力头、操作台以及发动机、泥浆泵以及交车等相关设备、在工作中主要的原理就是通过柴油机组提供动力驱动，使得液压泵可以产生一定的压力，利用控制单元进行分配处理，则可以在各个钻进单元中驱动液压动力头以及油缸等设备，进而达到带动钻具旋转以及钻进的目的。

（二）特征以及优势

钻机设备通过液压驱动进行处理，在模块化以及自动化的设计支持之下可以有效的满足实际的需求。整体结构为合金铝，其具有重量轻，便于拆卸以及安装的优势。同时，在施工中占用场地面积小，对于周边的环境不会产生严重的破坏，在恶劣的环境中也可以高效的完成岩心钻探作业。

轻便全液压岩心钻机具有回转钻进过程平稳的优势，融合自动化技术进行处理，可以有效的降低孔内事故问题出现的几率。在安装中其主要连接液压油管以及辅助器具，通过螺栓进行有效的连接处理，各项操作如安装、钻进以及提下钻等作业主要在地面开展，在施工中不存在高空坠落以及物体打击等相关安全风险问题。

二、轻便全液压岩心钻机自动化控制系统

轻便全液压岩心钻机自动化控制技术在地质勘探中应用可以有效的提高工作的效率与质量，切实解决传统工作模式的问题与不足。在实践中，基于自动化控制技术、智能化技术以及PLC技术、总线通信技术等多种技术的综合处理，可以有效的提高钻机设备的自动化、智能化性能，进而有效的满足地质勘探的不同需求。在实践中其主要控制系统以及功能如下：

（一）钻井过程自动化系统

自动化系统主要包括了钻探专家数据模块、数据采集以及孔内工况识别、自动钻进模块、操作中，工作人员根据数据库确定参数信息，将其作为主要的参考，分析孔内的实际状况进行优化完善。在自动化钻进处理中，要通过自动钻进按钮进行控制，根据钻压以及钻速则可以实现自动化钻机作业。

利用钻探专家数据库进行处理，可以实现对不同深度的转进底层的规程参数、类型以及泥浆配方、性能参数等优化处理，继而为技术人员确定参数提供主要的参考。自动化钻进处理，按下开关按钮则可以根据已经设定的参数进行自动化的处理。在钻进作业中，利用数据采集系统进行综合处理，则可以对钻进作业的中的各项信息数据进行综合分析，了解具体的钻压参数、泵压参数、悬重参数、ＳＢＢｆｌＨＬ孔深参数、泵量参数、液位参数、转速参数、钻速参数、回次进尺参数以及动力头位置等相关参数信息。对采集到的相关参数进行系统全面的分析，则可以充分的了解孔内的异常状态，通过实时识别的方式，及时处理其存在的异常问题，利用自动化系统进行报警，实现自动化的处理。

（二）钻进过程控制系统

对于岩心钻机钻进工艺的自动化处理，要实现钻进指标的最优化，对钻压、钻速以及泵量等参数进行优化处理，实现标准化的精准控制。钻探工作中会受到钻头的类型、结构参数以及直径、孔深深度等因素的影响，对其要对其综合分析。在自动控制系统的操作中，要对各项操作步骤进行系统的分析，通过控制模块，利用计算机平台进行优化处理，做好配套泥浆泵电机设备的启停、移车等相关操作的控制。

第一，钻杆装卸自动化操作

在钻杆盒中利用自动化装卸系统进行自动化的装卸处理，有利于快速的搬迁处理。

第二，孔口操作自动化操作

钻杆自动化装卸系统的应用可以实现自动化的处理，有效的解决了传统人工操作的繁重性，提高了整体的工作效率与质量。

第三，钻进模块控制系统

在恒钻压钻进模块控制处理，受到孔内转压力变动范围的影响，在处理中要将会发生的地层变化作为主要的参考，合理的分段控制孔内的深度。

在定切入量钻进模块的控制处理，则可以通过转压的调控定切量进行钻进处理，这样则可以优化钻头，在处理中可以通过对钻压、速度以及冲洗量的调节处理，达到合理控制切入两的目的。在大量的实验中，可以发现，其最优的调节定切入量为０．１０～０．１２５ｍｍ／ｒ，在操作中要综合设备特征进行系统优化，则可以有效的确定转压以及切入量的具体变化。

第四，钻速功率控制系统

根据实验分析，了解在复杂深孔钻进地层状态中，温度越高则对于设备以及配套的技术要求就更为严格。对此，在操作中为了提高转速的功率，对其进行优化处理，则要有效的控制钻进总功率消耗等相关问题，通过对循环泥浆中的钻具自钻消耗功率、反转钻具所要克服循环液阻力消耗功率等相关因素的分析，利用公式：

ＮＲＯＰ＝（Ｎ－Ｎ１）／ＲＯＰ＝（Ｎ２＋Ｎ３）／ＲＯＰ进行分析，其中Ｎ表示的是总功率消耗，Ｗ；Ｎ１表示的是钻柱空转系功率消耗参数，Ｎ２表示的是附加功率消耗参数，Ｎ３表示的是井底钻头破碎岩石消耗功率参数，ＮＲＯＰ表示的是单位内进尺所需消耗比能参数。通过计算分析对其进行综合处理。

第五，提升以及下放入钻具系统

自动化控制系统的处理，可以有效的减少传统人工操作的问题，提高了整体的效率。控制系统功能复杂，在进行单个钻柱自动提下钻进处理中，要对驱动控制方案进行优化，在进行提升下放处理中，要将提引器所在位置作为主要的依据，对卷筒钻速进行优化，通过交流变频驱动则可以提高整体的性能，达到优化调速性能的目的，其具有较高的效率以及节能性。

（三）孔内工况识别以及故障诊断系统

此系统可以有效的识别在钻进作业中出现的卡钻、烧钻以及断钻杆、漏水、涌水等相关异常工况。

第一，孔内工况识别系统

在处理中通过监测系统了解具体的参数信息，通过信号分析处理进行进行处理，综合不同工况状态的特征，对其进行综合性的判断分析。对于在出现严重或者重大的孔内典型异常工况预警的时候，则系统会通过声光报警方式进行处理，同时钻机会自动进行执行相关动作，这样则可以有效的预防重大的孔内事故问题的出现。对于一般性的孔内异常状态，则可以通过报警的方式及时通报，工作人员根据实际状况进行对应的处理。钻速测量转速测量主要就是利用对测量单位时间范围中的钻机动力头位移进行分析，通过测量钻机动力头的位移，则可以有效的获得精准全面的信息数据，也可以获得回次进尺以及相关孔深的数据信息。

第二，故障诊断系统

利用传感器监测系统则可以充分的了解钻机不同位置的参数变化，了解流量、压力以及钻速、温度等相关信息，通过参数分析则可以确定不同位置的工作状态，了解其具体的运行模式，通过分析监测的数据信息则可以有效的处理存在的故障隐患，确定故障的位置以及具体的成因，在利用声光等方式进行报警处理，则可以及时快速的进行故障的处理。

基于孔底在线数据分析，综合地表实时数据库以及岩心快速测试信息的综合处理，实现多元信息的融合，为自动化系统的控制以及处理提高数据支持。通过智能化技术进行处理，实现孔内数据测量传输以及智能化控制管理，制定完善的事故预警系统。在钻进作业中，基于事故预防以及处理特性分析，综合事故出现的适合钻进参数出现的变化以及不确定的特征，基于于贝叶斯网络建对其进行分析，建立事故预警模型，通过智能化、自动化的方式进行综合性处理。在处理中主要就是及时归一化、滑动平均以及最小二乘线性拟合方法，则可以对钻进参数进行综合性的判断分析，利用贝叶斯网络推断进行井漏以及涌水等事故问题几率的雨水分析。在系统重设置阈值触发对应的模型报警，根据实际钻进数据信息进行验证分析，对于不同趋势判断界限进行综合性的讨论分析。

（四）信息采集以及传输

第一，钻进数据采集系统

数据采集系统，要根据传感器进行数据信号的获取，对其进行处理转换为统一的信号，在利用经Ａ／Ｄ转换卡进行输入检测。选择模块，通过以太网进行数据的远程采集，则可以确定数据的模拟量、数字量以及继电器等输入以及输出信息，通过ＭＯＤＢＵＳＴＣＰ／ＩＰ通信协议

则可以实现特Ｉ／Ｏ群组化设计，继而实现数据获取以及采集分析。采集模拟量主要应用ＡＤＡＭ－６０１７智能Ａ／Ｄ转换，模块进行处理，通过各项数学函数功能进行处理，其具有高清、通信速度快以及安装便捷的优势。

在钻芯钻机的钻进中显示相关参数信息，可以有效的反应钻井的具体工况，继而了解地层信息、钻机的性能状况，可以为系统优化提高控制反馈的相关信息数据，进而获得精准的控制输出信号。

钻进参数实施曲线图如图1所示，可以直观的显示各项采集信息的数据，便于对工况进行全面系统的分析，在数据采集模块中则可以对采集的设备参数进行综合的分析处理，这样则可以实现在不同的计算机设备中不同程序之间的数据信息循环性交换处理。此模块采集钻进参数主要包括了钻压参数、扭矩参数、转矩参数、泵量参数、钻速参数五种类型的派生参数信息，对其进行综合性的分析处理。

上位机通过双绞线以及ＲＳ－２３２／ＲＳ－４８５接口对其进行转换卡等进行连接，连接的串行端口为ＣＯＭ１，在处理中将其通信波特率参数设置为９６００ｂｉｔ／ｓ，其中无奇偶校验位，８位数据位，2位停止为，通过多功能的网络电力仪表进行处理，其波特率参数同样设置为９６００ｂｉｔ／ｓ。在完成设置处理中，通过上位机发送指令，接受到指令之后，进行数据处理。Ａｄａｍ．ＮＥＴＵｔｉｌｉｔｙ软件在处理中可以应用用ＯＰＣＳｅｒｖｅｒ软件中的ＭｏｄｂｕｓＴＣＰＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｏｒ建立一个Ｉ／ＯＳｅｒｖｅｒ模块，则可以提供ＯＰＣ接口，通过约束变量的方式进行处理，则可以实现传感器信号的有效连接，在完成系统的编程处理之后则可以获得各项参数数值，以及对应的开关控制系统。

第二，远程无线数据传输系统

远程数据传输模块的应用主要就是在无线网络数据的支持之下实现对钻进处理作业中各项信息数据的处理，利用网络技术对参数以及影视资料等进行传输，在远程基底中对其进行动态分析，了解具体的工况。

进行远程无线数据信息的传输处理中，基于网络信号质量，确定具体的传输时间间隔，实现数据以及图像信息的传输处理。可以实现对图像数据的控制。通过共享变量则可以有效的满足远程信息传输的需求。通过计算机则可以有效的实现信息数据的循环交换处理。在处理中，可以利用ＲＪ－４５连接器与系统模块有效的连接，在通过网线与无线HUB进行有效的连接，则可以满足通信网速的实际需求。计算机终端Ａｄａｍ．ＮＥＴＵｔｉｌｉｔｙ软件配置测试，进行传输设备的功能分析，其各个模块的配置界面如图2所示。

三、实验分析

实验主要划分为三个部分，主要包括实际操作、电子监控以及电脑终端。同时实验检验，采集信号可以正确的显示采集数值，在操作中主要将钻机上安装传感器以及模块，将其与和２４Ｖ电源线路进行对接出差，要做好油缸、上下腔压力等相关模拟量信号，并且与模块进行连接，保障计算机程度通道与实际连接的通道符合。

然后进行电源连接，通过计算机搜索无线网络，对其进行模块配置处理，准备完毕之后进行钻机自动化处理以及实时检测。在实验中获得数据如表1所示。

通过分析可以发现，在启动运行之后，其获得的电力参数符合预估数值，表面系统运行可靠。在进行自动化处理分析中发现了几点问题，其主要如下：

第一，无线路由器问题。钻进环境辅助，在工作中路由器受到环境等因素的影响，限制其功能。

第二，在钻进作业中，要做好钻压以及进尺等相关参数的控制以及优化处理。利用改变DI地质偏移量的方式则可以有效的解决此种问题。

第三，通过计算机对现场电磁换向阀进行控制处理，则可以实现钻机设备立轴的自动导杆处理，在处理中通过与线路进行连接处理，进行液压油路的切换处理，则可以利用对收溢流阀的控制以及电磁换向阀的控制处理，了解在钻机钻进中出现的问题与不足。

由此可见，通过自动化技术的应用可以有效的提高了钻机的智能化以及自动化能力，对于地质勘探行业的健康持续发展来说具有重要的价值与意义。

结束语：

随着地质勘探钻孔深度的日益加深，自动化控制技术的应用可以有效的提高整体作业的安全性、经济性以及高效性。整体上来说，合理应用自动化控制系统可以有效的降低传统钻探的安全隐患，有效的提高了工作效率。地质勘探轻便全液压岩心钻机自动化控制技术的合理应用，可以有效的提高地质勘探的工作质量，在实践中综合实际状况以及需求进行优化完善，则可以有效的拓展勘探领域，对于整个地质勘探行业来说具有重要的价值与作用。通过自动化技术进行处理，可以实现钻机钻进数据的自动化采集处理，在模块化系统的支持之下，有效的优化了数据采集模块、钻进过程的自动化控制以及钻井工况的自动化识别模块的处理，在通信连接系统的支持之下进行数据的传输以及分析处理。

参考文献：

[1]程志.CSD1800A动力头式全液压岩心钻机使用体会[J].内蒙古煤炭经济，2019（03）：33-34.

[2]郎霞俊.全液压岩心钻机提下钻机械手的设计[J].机械管理开发，2018，33（10）：9-10.