檢測技術在鉆井設備維修中的應用

郭俊亮

（中石化華北石油工程有限公司五普鉆井分公司，河南新鄉(xiāng) 453700）

0 引言

在鉆井設備的維護方面既需要我國科研人員努力研究，更需要我國加大對鉆井設備維護方面監(jiān)測技術的研發(fā)力度。我國鉆井設備維護監(jiān)測技術的產業(yè)鏈條需要資金進入，特別是大型鉆井設備維護這樣綜合性、具有國防產業(yè)性質的重大平臺，國家必須有絕對控制力與戰(zhàn)略領導力。

1 檢測技術在鉆井設備維護的背景

進入21 世紀，在綜合考慮國內經濟發(fā)展以及國外緊張的國際環(huán)境基礎上，我國提出大力開發(fā)海洋環(huán)境的戰(zhàn)略。正是在這樣的大背景下，我國海洋石油天然氣的開發(fā)開采進入了一個嶄新的發(fā)展階段。國際油價的大幅度上升以及國外對石油天然氣鉆井技術的嚴格保密控制，使得我國油氣開采發(fā)展舉步維艱?；诖?，國家高度重視石油天然氣鉆井開采技術，有開采就有相應的技術維修，有維修就涉及到維修的實時檢測設備。尤其在大海上，脫離了陸地比較穩(wěn)定的環(huán)境，實時檢測設備需要接受更加嚴酷的挑戰(zhàn)[1]。

目前，我國的深海油氣探測已經進入重要的發(fā)展階段，更加要求有質量好、產品效果佳的檢測產品。在海洋鉆井發(fā)展中，維修技術接受了嚴格考驗。由于鉆井設備本身結構復雜多元化，而且零部件結構眾多，檢測維修難度巨大，需要投入巨大資金以及必不可少的人力物力。由于我國大型油氣設備多數進口，價格高昂。一旦損壞零部件的替換品緊缺，會造成工作停滯，影響整個海洋鉆井的正常運行。正是由于海洋鉆井設備發(fā)揮著如此重要作用，所以海洋鉆井的維修與保養(yǎng)是整個系統(tǒng)運營的關鍵。

海洋石油天然氣鉆井設備有著相當復雜的工藝與技術，功能強大的同時，其自身研究難度以及設備可分析性也值得引起人們關注，在大數據模式的綜合處理分析下，設備現場運行狀況一目了然，各項指標數據都值得人們推敲和驗證。

2 國內外鉆井設備的研究現狀對比

工業(yè)革命的發(fā)展，人們迎來了機器時代，各種工業(yè)的工程設備開始被生產制造出來，應用到各行各業(yè)。人們在使用機器的過程中慢慢發(fā)現機器的損壞率持續(xù)增高，經歷技術變革，人們得出了一些結論。在機械設備的維修中大量使用維修檢測技術能起到事半功倍的功效。國外的鉆井設備監(jiān)測技術已經發(fā)展的具有相當規(guī)模，經歷了理論到實踐的發(fā)展過程，在很多方面已經日漸成熟，如，大數據視野下的設障排除；機械多元化處理模塊建設；邏輯想法分析診斷等。

2.1 鉆井井架的檢測技術

國外技術在經歷了技術變革的洗禮后，理論化的事物充分運用到了現實事物中。外國的井架技術經過外部測評和內部分析兩個重要階段，形成了一套自主獨立的發(fā)展模式。近年來美國公司開發(fā)出了無線GPS 檢測系統(tǒng)，可以對井架進行360°無死角檢測。通過一定技術對接，可以通過大數據的分析控制，找出整個設備中的漏洞。這就是所謂的“準確定位，精準分析”，簡單來說，這種模式區(qū)別于一般常見問題分析方式，可以直接簡單有效解決出現的問題[2]。

2.2 鉆機設備的檢測與維護

國外鉆機設備常見的主要有絞車與鉆井泵等多種。它們共同的特征都是利用模式化的振動特征以及離心化診斷模式進行外部的實時狀態(tài)理論分析。美國與加拿大公司運用實時檢測技術進行智能化的數據分析處理，由于先進的檢測設備和豐富經驗，使得他們的石油天然氣海洋鉆井公司在檢測維護方面得到了巨大經濟利益與巨大的影響力，它們開發(fā)的故障診斷技術設備在市場上也很受歡迎。

2.3 發(fā)展趨勢

（1）國外的設備在設計之初，就有良好的前瞻性，緊跟時代前沿，研究方法也很先進。

（2）根據系統(tǒng)的研究測評數據，及時進行調控與分析，在線實時進行智能化、多元化、機動化的檢測技術指導分析，使每一步操作都向精確化方面發(fā)展。

（3）一體化智能服務。根據設備之間的協(xié)調性以及發(fā)揮作用的部位不同，設定出許多無線檢測系統(tǒng)，讓檢測研究更加具有理論依靠。同時，精細化的控制發(fā)展使得設備的檢測更加多樣化。

我國的鉆井維修技術經歷了長時間的發(fā)展與沉淀，在某些研究領域以及行業(yè)中已經處于先進地位。如，我國自主研制的智能化控制技術，特別是行業(yè)尖端的理論化模糊以及診斷性邏輯等專業(yè)的神經網路建造系統(tǒng)。正是在我國行業(yè)內外共同努力下，我國鉆井設備制造、建造、維修維護領域各種測評與檢測水平提升了一個巨大臺階。首先，值得注意的是，石油井架檢測動態(tài)安全技術和柴油鉆井機檢測診斷的科技是我國自主研發(fā)的大型海洋鉆井設備控制技術。在設備后期運行過程中發(fā)揮了不可估量的作用。我國發(fā)展海洋鉆機近幾年呈現出穩(wěn)步發(fā)展的局面，根據最新的科研成果以及高等研究所、高等教育院校的研究數據來看，我國的理論化研究主要力量集中。我國院校以及科研單位集中的研究思路如下[3]。

（1）模型化的建設方案。依托鉆井設備現有的后期維護處理數據，建立信息的終端數據庫。在大數據的分析模式下，對鉆井設備運行中的復雜情況進行細致有效地分析，將分析后的數據進行模型化的整理與分類。運用現代科研技術對設備信號的接收源進行合理診斷分析，將數據庫中的數據與現實狀況進行一一分析對比。

（2）實現鉆井設備的高效化與模式化操作。依據海洋石油鉆井設備本身固有的精密化操作流程，研究開發(fā)出鉆井的高效測評與控制系統(tǒng)，用現代化管理模式去研究診斷鉆井設備的漏洞。

（3）結合現實狀況，研發(fā)出智能化、多元化的檢測系統(tǒng)。加大資金投入與研究，研發(fā)世界先進的神經網絡開發(fā)測評檢測平臺，線上線下共同努力，使檢測系統(tǒng)發(fā)揮其真正價值。

（4）實驗的研究要充分結合實際，只有理論與實際的結合才能制造出高效、高性能、有質量和多元化的產品。

3 研究的意義與思維的廣度

我國的海洋開發(fā)，特別是深海領域的開發(fā)已經進入了一個全新的發(fā)展階段。深海處的石油天然氣開發(fā)必然需要大型勘探設備以及鉆井設備。因此，檢測技術的發(fā)展是海洋石油天然氣開發(fā)的一個核心重要環(huán)節(jié)，我國從淺海向深海進軍的戰(zhàn)略構想必然需要技術的支持與支撐。檢測技術的充分合理應用也有非常大的前景，所帶來的經濟效益也不可估量。依據現在戰(zhàn)略構想的發(fā)展步驟而言，我國在深海領域的戰(zhàn)略構想是完全正確的，并且已經在一步一步的事件過程中得到驗證和落實[4]。

面對目前的尷尬境遇，如設備落后性以及技術力量的匱乏，我國在海洋勘探與檢測方面將采取以下措施。

（1）提升鉆井機驅動力量，改善鉆井機的動力環(huán)境。從鉆井機的多元化控制操作系統(tǒng)出發(fā)，依據驅動設備的多元化以及特殊作業(yè)環(huán)境、在高難度操作視野下，進行集中攻堅克難。

（2）優(yōu)化系統(tǒng)結構，改變原有設備操作法，促進操作方式的靈活性發(fā)展。由于設備在深海中，海水侵蝕狀況嚴重，我國科研小組與攻堅克難的專門小組通力合作，研發(fā)出設備可靠性良好的操作系統(tǒng)。

（3）提升運行效率，降低運行成本。由于設備自身重，運行需要科技支持和現代化技術的診斷，因此如何實現低成本、高效率運行，是我國現階段設備的研究難題。設備內部結構具有很強的邏輯聯(lián)系關系以及復雜性的維修法則，要實現全優(yōu)化的設備管理，必須提升設備功率以及荷載運行能力。

（4）降低設備運行以及維修維護的危險性系數。鉆井設備出現漏洞后，第一時間會威脅到鉆井平臺人員的人身安全，造成重大安全責任事故，所以統(tǒng)籌考慮整個鉆井平臺的設備運行狀況，對其數據進行定點定時分析，確保整個運行過程安全。

4 半潛式鉆井平臺結構組成

（1）工作平臺。放置鉆井設備，提供作業(yè)場所以及工作人員生活場所。

（2）立柱。用于支撐平臺，連接平臺與沉墊。

（3）沉墊。是一個浮箱結構，有許多各自獨立的艙室。

（4）錨泊系統(tǒng)。用于給平臺定位，通過錨和錨鏈控制平臺的水平位置。

5 井架結構概述分析

海洋井架結構是最主要的海洋鉆井提升設備，它主要是將天車、游車、頂驅等大型設備進行安裝處理。鉆井工程中對井架的要求極高，主要使用要求：承載能力、工作面的長寬高、設備的靈活移動性能、良好的抗腐蝕性能。

目前，由于安裝海洋鉆井設備需要花費大量時間，在綜合考慮各方面因素后，我國采取的方式是將兩套系統(tǒng)有機安裝在一個深海智能化操作平臺中，從而實現效率化生產[5]。

6 結論

（1）充分的運用故障透析的分析模式，鉆井可靠性理論研究。故障透析的分析模式是經過一層一層的分析比較模式，找到解決問題的關鍵性環(huán)節(jié)。在設備零部件扭結原點以及易被磨損、腐蝕的故障點安裝精密的分析儀器和接收傳感器。

（2）檢測系統(tǒng)的良好運營性，必須依據強大的數據分析。對于檢測的內容進行實時分析處理，加強設備裂縫、噪聲等細部分析。

（3）數據處理依據詳細、具體的指標。根據計算結果以及警報預測數值，綜合考慮前提下，進行可靠性分析，對檢測的信號端內容進行模式化處理。不同的檢測手段、不同的信號源呈現出不一樣的實時結果。