鉆井自動化技術(shù)在石油行業(yè)中的應(yīng)用

吳冬亮

（中國石油集團(tuán)海洋工程有限公司鉆井工程事業(yè)部，天津 300280）

自動化技術(shù)在國內(nèi)很多領(lǐng)域中都發(fā)揮著非常關(guān)鍵性的作用，對于石油開采行業(yè)來說，鉆井自動化技術(shù)不僅可以有效提高鉆井作業(yè)的施工效率，同時(shí)還可以顯著提升鉆井作業(yè)最終所呈現(xiàn)的效果，降低在鉆井作業(yè)中可能會發(fā)生安全事故的概率。接下來，筆者將以鉆井自動化技術(shù)為核心內(nèi)容，從國內(nèi)的石油開采現(xiàn)狀、關(guān)鍵技術(shù)以及技術(shù)應(yīng)用等方面，對其展開詳細(xì)地探討。

1 石油開采現(xiàn)狀

近幾年來，國內(nèi)工業(yè)的發(fā)展速度越來越快，人們對于石油資源的需求量也越來越大。目前國內(nèi)石油開采領(lǐng)域的現(xiàn)狀主要具有以下幾點(diǎn)特征：第一，石油資源開采效率普遍偏低，通常因操作人員不能熟練應(yīng)用鉆井設(shè)備；第二，石油資源生產(chǎn)量偏低，雖然我國潛在的石油資源非常豐富，但是勘測技術(shù)還存在一些弊端，因此常常會造成開采企業(yè)在進(jìn)行鉆井作業(yè)時(shí)，出現(xiàn)油氣層位置偏移或者油井定位異常等問題，對石油資源產(chǎn)量造成不利影響；第三，前期成本投入過高，且成本回收期較長，油井的日常維護(hù)以及原油儲存都需要消耗大量的資金，因此對石油開采企業(yè)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力有著較高的要求；第四，傳統(tǒng)的石油鉆井技術(shù)以人力為主，不僅生產(chǎn)效率低，同時(shí)也浪費(fèi)了大量的人力資源。對于一些具有堅(jiān)硬程度較高的巖石層區(qū)域而言，傳統(tǒng)的鉆井技術(shù)已經(jīng)無法滿足其基本的鉆井要求，工作人員需要引進(jìn)更加先進(jìn)的自動化技術(shù)來完成石油工程項(xiàng)目中的鉆井作業(yè)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

（1）閉環(huán)鉆井技術(shù)。該技術(shù)是鉆井自動化技術(shù)中非常重要的一項(xiàng)內(nèi)容，工作人員在進(jìn)行石油資源的開采工作時(shí)，通過該技術(shù)可以有效控制井下施工作業(yè)中井眼的運(yùn)動軌跡，并且將鉆井作業(yè)中所探測到的數(shù)據(jù)信息及時(shí)傳輸至工作人員的中心系統(tǒng)。通過計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步分析和判斷，制定出合理的鉆井方案。向井下施工作業(yè)的機(jī)械設(shè)備傳遞新的運(yùn)動軌跡，完成閉環(huán)鉆井技術(shù)的自動化應(yīng)用。在這個(gè)過程中，所有的控制程序都由計(jì)算機(jī)進(jìn)行全過程控制，幾乎不需要人工操作，因此也就降低了人工操作在鉆井施工作業(yè)中可能會出現(xiàn)操作失誤的概率。此外，工作人員在使用該技術(shù)時(shí)，還可以通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與井下的閉環(huán)鉆井系統(tǒng)相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對井下施工情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測，提高井眼運(yùn)動軌跡的精確性，促進(jìn)井下鉆井施工作業(yè)向自動化方向發(fā)展。

（2）智能鉆柱技術(shù)。為了可以更好的順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，很多石油開采企業(yè)也將智能鉆柱技術(shù)引進(jìn)到了石油開采作業(yè)當(dāng)中，不僅有效實(shí)現(xiàn)了鉆井工作的智能化管理，同時(shí)還大幅度提高了鉆井作業(yè)自身的安全性、可靠性，顯著降低了工作人員在開展鉆井作業(yè)時(shí)發(fā)生安全事故的概率。智能鉆柱技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中所涉及到的核心設(shè)備是傳感器，通常以分布式為主，該類型傳感器的主要作用是幫助工作人員對機(jī)械設(shè)備在進(jìn)行鉆井作業(yè)時(shí)所對應(yīng)的輸送功率等相關(guān)參數(shù)信息進(jìn)行詳細(xì)記錄，并且根據(jù)所獲得的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，確保該技術(shù)在應(yīng)用中的傳輸速率符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際的鉆井作業(yè)中，工作人員常常為了可以進(jìn)一步加強(qiáng)傳感器的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，而在傳感器的內(nèi)部添加了一些微處理元件或者耦合電子元件，通過這種方式來提高傳感器對外界信號的敏感性，同時(shí)還可以加強(qiáng)傳感器的智能化效果，為智能鉆柱技術(shù)在鉆井工程項(xiàng)目中的良好應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

（3）遠(yuǎn)程控制技術(shù)。信息技術(shù)在現(xiàn)代社會中的很多領(lǐng)域都有著非常廣泛的應(yīng)用，石油開采行業(yè)也不例外。合理使用信息技術(shù)，不僅可以有效提高鉆井作業(yè)的施工效率和整體的質(zhì)量水平，同時(shí)也可以有效促進(jìn)石油開采行業(yè)的信息化發(fā)展。而遠(yuǎn)程控制技術(shù)則是信息技術(shù)在鉆井工程項(xiàng)目中具有較強(qiáng)應(yīng)用價(jià)值的一種技術(shù)，通過該技術(shù)可以將鉆井工程項(xiàng)目進(jìn)行施工自動化的轉(zhuǎn)變，工作人員僅僅需要遠(yuǎn)程對其進(jìn)行操控，便可以順利完成井下鉆孔作業(yè)的全部施工任務(wù)。從客觀的角度上來說，目前該技術(shù)在西方一些發(fā)達(dá)國家內(nèi)都有所應(yīng)用。以英國一家石油開發(fā)企業(yè)為例，該企業(yè)所研發(fā)出的型號為LADS的鉆機(jī)，是目前石油開采市場上比較先進(jìn)的一種輕便式鉆機(jī)。與其他傳統(tǒng)的鉆機(jī)相比，該LADS鉆機(jī)的主要應(yīng)用優(yōu)勢體現(xiàn)在其具有高度的靈活性，適用性也較強(qiáng)，工作人員可以使用LADS鉆機(jī)在任何復(fù)雜地形中進(jìn)行鉆孔作業(yè)。與此同時(shí)，LADS鉆機(jī)在研發(fā)時(shí)還結(jié)合了CAD技術(shù)，通過這些方式來進(jìn)一步提高該類型鉆機(jī)內(nèi)部控模塊之間的緊密性。LADS鉆機(jī)的操作和使用僅由1名工作人員便可以獨(dú)立完成，所開采出的石油資源也具有較高的質(zhì)量水平，工作人員可以對鉆井作業(yè)進(jìn)行遠(yuǎn)程的操作和控制，從而規(guī)避了很多隱性的鉆井風(fēng)險(xiǎn)，提高鉆作業(yè)的安全性。

（4）測控傳貯技術(shù)。對于任何石油開采領(lǐng)域中的鉆井作業(yè)，工作人員都需要在鉆井作業(yè)開展的同時(shí)做好相應(yīng)的監(jiān)測和勘察工作，通過這種方式來有效提高鉆井作業(yè)的安全性。傳統(tǒng)的鉆井勘察作業(yè)通常以有線測量和傳輸為主，后來逐漸轉(zhuǎn)換為無線測量和傳輸。雖然將有線的方式轉(zhuǎn)換為無線的方式，可以提高井下數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)男屎桶踩?，但是其傳輸?shù)木嚯x相對較短，可以進(jìn)行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息類型較少。隨著國內(nèi)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，測控傳貯技術(shù)得到了一些石油開采企業(yè)的廣泛應(yīng)用和認(rèn)可，該技術(shù)在鉆井作業(yè)中進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以靈活地進(jìn)行大角度的導(dǎo)向旋轉(zhuǎn)，這樣不僅可以有利于工作人員大幅度提高對鉆井作業(yè)路徑控制的準(zhǔn)確性，同時(shí)還有效提高了鉆井作業(yè)的控制人員設(shè)備操作的便捷性。

3 技術(shù)應(yīng)用

（1）監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用。鉆井自動化技術(shù)在鉆井作業(yè)中的主要應(yīng)用體現(xiàn)在自動化的技術(shù)層面上，而監(jiān)控系統(tǒng)則是鉆井自動化技術(shù)中非常重要的一種表現(xiàn)形式。該自動化監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，主要通過該計(jì)算機(jī)設(shè)備對其進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對鉆井作業(yè)開展過程中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行獲取和收集、分析和判斷、傳輸?shù)戎噶睿谧疃痰臅r(shí)間內(nèi)完成。與此同時(shí)，鉆井施工企業(yè)還可以根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)中所收集的數(shù)據(jù)信息，建立一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)信息庫，為施工作業(yè)的設(shè)計(jì)、管理、技術(shù)和施工等部門提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)信息參考，幫助鉆井作業(yè)相關(guān)人員能夠?qū)崟r(shí)掌握和明確鉆井作業(yè)的具體施工情況，工作人員也可以借助監(jiān)控系統(tǒng)所獲取的信息資料，對后續(xù)的一些難度系數(shù)較大的鉆井作業(yè)進(jìn)行虛擬施工，找出虛擬鉆井作業(yè)中的不足之處，并且對其進(jìn)行及時(shí)地改進(jìn)，優(yōu)化鉆井作業(yè)的施工方案，以此來進(jìn)一步提高鉆井在作業(yè)中的整體施工質(zhì)量與水平。

（2）鉆井設(shè)備的應(yīng)用。鉆井設(shè)備在鉆井作業(yè)中發(fā)揮著非常重要的作用，而鉆井自動化技術(shù)與鉆井設(shè)備相結(jié)合，不僅可以有效提高鉆井作業(yè)的施工效率，同時(shí)還可以盡可能去降低鉆井作業(yè)對工作人員產(chǎn)生的一些潛在的安全威脅。自動化鉆井設(shè)備也是國內(nèi)未來幾年非常重要的一種發(fā)展趨勢，該類型的鉆井設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中，可以脫離人工操作而獨(dú)立完成施工狀態(tài)檢測、井下數(shù)據(jù)信息的獲取和收集等。石油開采企業(yè)的自動化發(fā)展需要建立在鉆井設(shè)備的自動化基礎(chǔ)之上，這也是鉆井工程項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)高效性施工的重要途徑之一。

（3）通訊網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在鉆井自動化技術(shù)中的主要作用是為了可以有效提高井下作業(yè)與地面工作臺之間數(shù)據(jù)信息的傳輸效率。在自動化技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)上，建立的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不僅可以有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的雙向傳輸，同時(shí)還可以在一定范圍內(nèi)擴(kuò)大數(shù)據(jù)信息的傳輸量，提高信息傳輸過程中的安全性，為鉆井作業(yè)的工作人員提供真實(shí)的數(shù)據(jù)參考，幫助工作人員制定出更具有針對性的施工計(jì)劃。由于網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的傳輸效率極高，因此可以有效地避免很多因井下信息不能及時(shí)反饋，或者井上工作指令未在第一時(shí)間內(nèi)進(jìn)行傳達(dá)等情況而引發(fā)的一些安全事故，從而進(jìn)一步提高鉆井施工作業(yè)的安全性。

4 結(jié)語

總之，鉆井自動化技術(shù)在石油開采企業(yè)施工中，所涉及到的監(jiān)控系統(tǒng)、鉆井設(shè)備以及通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中都有所應(yīng)用，并且都得到不錯(cuò)的應(yīng)用效果。