淺談國內(nèi)石油鉆機(jī)自動(dòng)化技術(shù)現(xiàn)狀與建議

楊勇

摘 要 石油是現(xiàn)代工業(yè)的“血液”，它是國家發(fā)展最重要的戰(zhàn)略資源之一。石油鉆井技術(shù)是獲取石油資源的最重要手段，石油鉆進(jìn)技術(shù)越先進(jìn)，則其開采石油則越方便、高效?，F(xiàn)今自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，石油鉆井技術(shù)中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)也不例外，提升了開采效率；但是在實(shí)際應(yīng)用中，自動(dòng)化技術(shù)在石油鉆機(jī)中的應(yīng)用依然存在不足之處。因此，結(jié)合石油鉆機(jī)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，制定可行性建議以其為有關(guān)石油鉆井方面工作者提供參考。

關(guān)鍵詞 石油鉆機(jī) 自動(dòng)化 技術(shù) 現(xiàn)狀 建議

中圖分類號(hào)：TE928 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

目前，自動(dòng)化控制技術(shù)已滲透到石油開采行業(yè)，力求通過鉆井自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)提高開采作業(yè)效率和安全性，降低開采成本的目的，提高開采效率，保障開采安全；減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，工作環(huán)境也更加安全舒適。自動(dòng)化鉆井系統(tǒng)將自動(dòng)化控制技術(shù)、交流變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)、傳感檢測技和液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)等結(jié)合，能夠通過傳感器網(wǎng)絡(luò)把鉆井作業(yè)過程中的地層結(jié)構(gòu)變化、鉆面鉆進(jìn)進(jìn)度、油藏位置等信息實(shí)時(shí)傳輸給地面控制站和遠(yuǎn)程監(jiān)測中心，可以做到遠(yuǎn)程監(jiān)視和操控指令的下達(dá)。目前我國在鉆井深度領(lǐng)域的研究位于世界前列，但在鉆機(jī)自動(dòng)化方面稍顯落后，國內(nèi)相關(guān)行業(yè)技術(shù)人員也做了大量研究工作。

1國內(nèi)石油鉆機(jī)自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)狀

1.1電動(dòng)鉆機(jī)動(dòng)力源出現(xiàn)多種形式

就目前而言，國內(nèi)的電動(dòng)鉆機(jī)動(dòng)力源大部分依舊是通過柴油發(fā)電機(jī)組將電流向鉆場區(qū)域內(nèi)進(jìn)行小范圍供電，其中也包括了頂驅(qū)以及生活用電等方面。在目前的柴油發(fā)電機(jī)技術(shù)中，主要是運(yùn)用美國CAT公司的產(chǎn)品，而在配套設(shè)備的應(yīng)用方面，主要是采用中國石油集團(tuán)開發(fā)的輔助設(shè)備。在天然氣較多的地方，有一部分鉆井公司或部門已經(jīng)采用了燃?xì)鈾C(jī)組的工作方式，但是對(duì)于負(fù)載較重的工程，則無法滿足電力需求。針對(duì)這種現(xiàn)象，石油企業(yè)研制出燃?xì)馀c柴油混合動(dòng)力的機(jī)組，其可以根據(jù)工程的實(shí)際情況來設(shè)置比例，目前尚且處于試驗(yàn)中，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

1.2基于PLC的數(shù)字控制系統(tǒng)成為鉆機(jī)控制核心

隨著用戶對(duì)鉆機(jī)自動(dòng)化性能和安全性能要求的提高，相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)僅依靠電氣硬件電路來實(shí)現(xiàn)己經(jīng)非常困難，為此，以PLC為核心主控制器并輔以軟件程序的數(shù)字控制系統(tǒng)成為鉆機(jī)電控系統(tǒng)的“司令部”。 觸摸屏操作、工業(yè)Profibus通信或光纖通信等新技術(shù)在石油鉆機(jī)中也成為標(biāo)準(zhǔn)配置，為鉆機(jī)的信息化、集成化提供了硬件支撐平臺(tái)。近年來出現(xiàn)了應(yīng)用一套S7 400H作為控制器的“熱冗余”方案，該P(yáng)LC具有2套核心處理器，可同時(shí)在線運(yùn)行，當(dāng)一套處理器出現(xiàn)故障，第2套會(huì)自動(dòng)投入運(yùn)行，不會(huì)影響設(shè)備的工作，但系統(tǒng)成本會(huì)有所增加。

1.3海洋鉆機(jī)能夠自給自足

因?yàn)楹Ｑ筱@機(jī)模塊化有極高的要求，所以其發(fā)展水平是國家石油鉆機(jī)技水平的標(biāo)志我國自主研制的海洋鉆機(jī)表現(xiàn)出色，比如之前服沒的ZJ45鉆機(jī)、ZJ32鉆機(jī)，現(xiàn)在使用的7000m直流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)所以說，我國現(xiàn)在的生產(chǎn)水平已經(jīng)基本與國際持平，能夠滿足自我需求；但是，還是要重點(diǎn)關(guān)注石油鉆機(jī)整體水平與國外的差距，這是我國發(fā)展國外市場主要的障礙。

1.4傳動(dòng)技術(shù)與國際持平

現(xiàn)如今可喜的是我國生產(chǎn)的交流變頻電傳鉆機(jī)甚至達(dá)到了國外的標(biāo)準(zhǔn)它主要使用交流變頻的技術(shù)，使得能夠?qū)α悴考母鞯燃?jí)調(diào)速相比于國外的同類產(chǎn)品，我國的鉆機(jī)十分的輕巧方便，極少出現(xiàn)問題，并且對(duì)人造成的危險(xiǎn)小，還能夠?qū)崿F(xiàn)在低速下的扭矩輸出和對(duì)恒鉆壓的自動(dòng)控制。

2國內(nèi)石油鉆機(jī)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展建議

2.1積極研發(fā)自動(dòng)化工具，加快基于集成控制的自動(dòng)化鉆機(jī)研制步伐

（1）為了能夠提升石油企業(yè)的利潤空間和運(yùn)作效率，國內(nèi)許多鉆井公司或部門開始研發(fā)與引進(jìn)動(dòng)化工具。而筍已進(jìn)的自動(dòng)化工具可以提升作業(yè)品質(zhì)與作業(yè)安全，同時(shí)也節(jié)約了大量的成木投入。目前國內(nèi)也有一些地面以及鉆臺(tái)管柱等自動(dòng)化設(shè)備，可是其性能與質(zhì)量仍然與國外有明顯距離。因此國內(nèi)必項(xiàng)要積極投入技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新，擴(kuò)大產(chǎn)品范圍以滿足市場的需要。同時(shí)對(duì)于國產(chǎn)設(shè)備的實(shí)用性與質(zhì)量進(jìn)行全面提升，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆機(jī)拆卸以及海洋鉆機(jī)的有效防護(hù)。

（2）國內(nèi)鉆機(jī)制造業(yè)要及時(shí)開展對(duì)各類自動(dòng)化工具的研發(fā)，同時(shí)重視優(yōu)化和改良集成控制系統(tǒng)綜合用戶的要求與建議，確保設(shè)備工具的設(shè)計(jì)方案與用戶的需求完全契合，生產(chǎn)主機(jī)的廠商必須完成對(duì)相關(guān)自動(dòng)化設(shè)備的組裝并做好集成控制工作，引進(jìn)和借鑒相關(guān)的專業(yè)技術(shù)，以提高自身的技術(shù)能力，比如其它行業(yè)中使用機(jī)器人來控制管柱的運(yùn)輸或者排放作業(yè)，我們就可以借鑒和學(xué)習(xí)，提高自身的技術(shù)能力與效率。自動(dòng)化鉆機(jī)的樣機(jī)制造完成后，必須做好現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)工作，統(tǒng)計(jì)和分析實(shí)際作業(yè)中各種狀態(tài)參數(shù)，對(duì)出現(xiàn)的缺陷或者不足進(jìn)行改良和優(yōu)化。

2.2開發(fā)節(jié)能技術(shù)，并且開發(fā)專家故障診斷系統(tǒng)，進(jìn)一步延續(xù)鉆機(jī)后續(xù)增值服務(wù)

（1）在石油鉆機(jī)技術(shù)的運(yùn)用中，存在較高的浪費(fèi)行為，不利于節(jié)約石油資源，因而需要不斷的開發(fā)節(jié)能技術(shù)。如在變頻絞車的應(yīng)用中，主要是通過電阻轉(zhuǎn)化的方式來提供熱能，造成了資源的浪費(fèi)。在節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用中，可以通過超級(jí)電容進(jìn)行回收再利用，從而可以提升石油鉆機(jī)技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

（2）專家故障診斷系統(tǒng)通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集終端將各設(shè)備參數(shù)通過無線傳輸方式反饋給鉆機(jī)制造廠和鉆井公司管理部門，通過系統(tǒng)自動(dòng)判別分析，最終為即將到達(dá)生命周期的設(shè)備提出警示信息，提高鉆機(jī)故障征兆分析能力，一方面便于設(shè)備生產(chǎn)商提前進(jìn)行備件生產(chǎn)，另一方面作業(yè)人員可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況做好更換準(zhǔn)備預(yù)案。美國NOV公司“eHawk”優(yōu)化服務(wù)就是此類產(chǎn)品，其具有在線技術(shù)支持、故障診斷、遠(yuǎn)程監(jiān)視及維護(hù)提醒分析等功能。該技術(shù)是一項(xiàng)長期的“軟”服務(wù)，一直可延續(xù)到鉆機(jī)的整個(gè)生命周期，是提升廠商服務(wù)水平的重要體現(xiàn)。

2.3重視鉆機(jī)操作培訓(xùn)系統(tǒng)開發(fā)

隨著鉆機(jī)自動(dòng)化技術(shù)不斷升級(jí)，尤其是未來集成控制系統(tǒng)的應(yīng)用，對(duì)鉆機(jī)司鉆以及設(shè)備維護(hù)人員素質(zhì)提出了更高的要求，這就迫使鉆井裝備供應(yīng)商在為用戶提供優(yōu)質(zhì)的設(shè)備同時(shí)，還要為其使用人員提供良好的培訓(xùn)服務(wù)。國內(nèi)依靠產(chǎn)品樣本、圖片、視頻資料理論培訓(xùn)的方式，缺乏互動(dòng)性，無法實(shí)現(xiàn)真實(shí)的操作體驗(yàn)。國外鉆機(jī)培訓(xùn)系統(tǒng)己經(jīng)采用基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)交互式的操作，即建立一套包含有所有設(shè)備的鉆機(jī)數(shù)字樣機(jī)模型，制造一套真實(shí)的司鉆操作臺(tái)，利用計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序，營造鉆機(jī)現(xiàn)場操作時(shí)設(shè)備的動(dòng)作場景，通過人機(jī)交互的方式使培訓(xùn)人員學(xué)習(xí)到鉆機(jī)設(shè)備性能特點(diǎn)和使用方法。

參考文獻(xiàn)

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[2] 齊思遠(yuǎn).石油鉆機(jī)自動(dòng)化技術(shù)研究[J].石化技術(shù)，2016（07）：76.