石油鉆機自動化智能化技術研究及發展建議

李靖，高艷坤，孔祥偉

（中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司遼河鉆采裝備分公司，遼寧 盤錦 124010）

1 我國鉆機技術發展現狀

（1）直流傳動、變頻傳動技術。我國在20 世紀70 年代的時候對電力拖動技術進行了廣泛應用，這種技術具有很強的調速和傳動功能，所以也被廣泛應用到石油行業當中，而且迅速占據了非常重要的地位。電力拖動技術包含有變頻傳動和直流傳動兩種，相比較而言，變頻傳動技術應用更為廣泛，其不但在一定程度上簡化了鉆機的機械結構，而且還有效提高了設備的穩定性和安全性，更好地促進鉆機自動化和智能化控制的實現?？墒且驗槲覈娏ν蟿蛹夹g在石油鉆機中的應用起步比較晚，一直到20 世紀末期才被應用到企業實際生產過程中，所以技術發展還不夠成熟，在具體應用過程中存在較多缺陷。我國目前石油鉆機傳動技術主要包括單傳和多傳兩種方式，每一種傳動技術有著各自的優勢，都對我國鉆機智能化技術的發展起到了一定的推動作用。

（2）鉆機動力的發展。我國最早的鉆機動力主要以柴油驅動為主，這種方式主要是借助發電機的電力推動鉆機轉盤和泵的正常運轉，現如今已經逐漸發展成以電力和其他新能源為主的驅動模式。如果想要實現多臺鉆機的同時運轉，可以在發電機控制中引入數字化設備，從而實現對多臺鉆機的統一控制，需要注意的是，在此過程中和諧波和無功功率會有所增強，對電網造成一定的影響，這就需要技術人員給其中添加一定的抑制和諧波裝置，將不良影響降至最低。除此之外，以往傳統的柴油驅動模式只適合一些較為普通的地區，如果遇到資源非常豐富的區域則一般采用燃氣能源驅動模式，但是存在一定的局限性，在負載較大的時候就會發生動力不足現象。近些年我國不斷加大對各種新型能源的研發力度，希望可以為鉆機驅動提供新的動力，不斷提高鉆機使用效率。

（3）自動化和智能化控制技術。隨著時代的快速發展和科學技術水平的不斷提高，各個行業都發生了翻天覆地的變化，石油領域同樣也不例外，鉆機技術逐漸向著自動化和智能化方向發展，以不斷提高鉆機作業效率和質量。自動化和智能化控制技術主要包括交流變頻、液壓驅動以及傳感檢測等，和西方發達國家相比較而言，我國目前還處在不斷完善階段，比如，在發展過程中借鑒了英國的RAD 和德國的Bentee 鉆機。在實際鉆進過程中應用自動化和智能化技術還需要對井下的具體環境和各項參數進行綜合考慮，并將其及時反饋給控制中心，此類參數主要包括流量和速度，通過適當的調整不斷提高鉆進過程的準確性和安全性，并最大程度節約成本。

（4）計算機集成控制技術。隨著互聯網時代的到來，計算機控制技術被廣泛應用到各行各業當中，其在石油開采過程中的應用發揮著不可替代的作用，為鉆機智能化目標的實現奠定了堅實的前提基礎，其中計算機集成控制技術體現地尤為明顯，從機械和儀表操控到對可編程邏輯器的控制，再到后來的工控機和嵌入式控制，現如今已經被運用到鉆機設備當中，而且集成控制技術在鉆機設備中的應用也越來越完善，增添了數據服務器、視頻監控以及控制站等多種控制系統，優化了各項鉆井參數和鉆機的功能。在鉆井作業中應用集成控制技術可以對鉆機設備參數設置和鉆井過程進行實時監控，很好地促進石油企業鉆機技術的不斷優化。

2 石油鉆機自動化技術發展建議分析

（1）注重自動化工具開發。工具對石油鉆機技術實際應用效果具有很大的影響，我國目前已經實現了管柱和地面鉆機設備的自動化，可是和其他發達國家還是存在較大的差距，當然我國的鉆機自動化技術水平也在不斷提升，而且不斷普及全國范圍，有效提升了鉆機設備的自動化應用成效。需要注意的是，在開始操作之前，相關工作人員應該提前制定最為科學合理的操作流程，做好自動化技術應用和普及工作，并對鉆機設備使用過程的安全性和可靠性引起重點關注，在對各種自動化工具研發的時候就要圍繞其應用可靠性，使其更好地滿足企業實際生產要求。

（2）注重集成控制技術研發應用。集成控制技術在鉆機中的應用很好地規避了以往傳統操作過程中在人力和能源方面的過大消耗問題，我國現如今鉆機技術所采用的各種儀表、電動機基本上都是獨立運行的，在實際運行過程中需要采用人工方式對其實施調試，在運行和信息化技術之間的集成管理存在較大的缺陷，根本無法實現數據信息的共享，這就在一定程度上影響著鉆機后續一系列工作的順利開展，甚至還會影響鉆機的正常作業，所以還需要我們對其不斷加大研究，提高鉆機自動化完善程度。相關研究人員應該對鉆機集成控制系統的研發以及應用引起重點關注，更好地推動鉆機技術的快速提升和發展。

（3）注重研發節能技術。根據以往經驗總結發現，無論實際鉆機技術還是石油資源開采過程都存在較大的能耗，在一定程度上浪費了石油資源，所以我們還需要加大在節能技術方面的研發和應用。比如，在變頻絞車實際應用過程中，其熱能的供應主要是通過對電阻的轉化，所以會造成資源的嚴重浪費，給企業帶來一定的經濟損失。想要實現該過程的節能效果，可以通過對超級電容的回收利用以不斷提高鉆井作業的經濟性，對以往傳統開采過程的能源消耗過大現象進行了很好地改善和彌補，不斷提高自動化技術研發的有效性。

3 鉆機智能化技術發展建議探究

只有不斷提高鉆機自動化和智能化技術水平才能更好地保證其實際應用過程的高效性、安全性和優質性，在保證鉆井效率和質量基礎之上，還可以在一定程度上降低鉆井作業成本。

（1）研發鉆機實時運行參數和工況集中監管系統。鉆機集中監管系統的實現可以將發電機、泥漿泵、柴油機、絞車以及井架等多種設備實際運用過程中的實時工況和參數通過無線傳輸方式即使輸送到控制中心，而且如果出現異常工況或者是異常參數會立即報警，這樣就大大減少了機房值班人員，也減輕了管理部門的現場巡檢工作量，在保證鉆機使用效果基礎之上，大大降低了鉆井作業人工成本和設備維修費用。

（2）研發專家故障診斷系統。專家故障診斷系統的應用實現了對鉆機設備各種運行參數的快速收集，而且還可以對各種故障進行自動化分析和處理，更好地避免了鉆機故障的發生和給生產所帶來的不良影響。

（3）加快智能化自動化工具的成熟步伐。不斷加強對鐵架工、鐵鉆工和自動貓道自動化智能化裝置的研發，促進各種智能化鉆機工具的不斷發展和成熟。

（4）研發交互式虛擬現實技術操作培訓系統。就我國目前情況來看，大多數石油企業鉆機操作培訓工作都是利用圖紙、產品樣本和一些相關視頻資料，這種培訓方式在互動性和實踐操作性方面存在較大的欠缺。隨著我國社會經濟的飛速發展和科學技術的不斷進步，這樣單一的培訓方式已經不再能很好地適應現代化社會快速發展實際需求，特別是航空領域更是需要交互式虛擬顯示技術的應用，這種培訓方式是利用實體操作終端來操作，同時還需要借助顯示和數字樣機進行投影以創設工作場景，從而使操作人員有一種身臨其境的感受，部分外國公司已經將該項鉆機應用到業務當中，我國國內還需要不斷加強在該方面的投入和研發。智能化技術的不斷發展可以實現整個鉆井過程的全自動化操作，全程無需人工勞動力的參與，而只需要工作人員按下啟動按鈕即可，鉆機便可以實現整套鉆進流程，各套程序之間實現真正的無縫鏈接，當然還需要技術人員進行不斷地研發。

總而言之，在石油資源開采過程中應用自動化和智能化鉆機技術具有十分重大的意義，其不但可以實現鉆井過程和設備維修檢測工作的自動化，而且還能在一定程度上節約人力物力成本，提高鉆井作業實際效率和質量。當然還需要我國石油鉆井工作人員不斷加大對自動化和智能化鉆機技術的研發力度，完善系統設置，創新培訓教育環節，提高鉆機操作人員的素質，使得鉆機智能化技術有著更好的發展，推動石油企業的進步。