試析石油鉆機(jī)中的新技術(shù)及應(yīng)用

王寶忠，吳萬起，馬永恒

（1.中國石油渤海鉆探第三鉆井工程公司， 天津 300280）

（2.中國石油渤海裝備石油機(jī)械廠， 河北 任丘 062552）

根據(jù)國家統(tǒng)計局公布的數(shù)據(jù)，2018年我國原油總產(chǎn)量1.9億噸，原油進(jìn)口量4.6億噸，國內(nèi)原油生產(chǎn)量與進(jìn)口量間的巨大差距，造成國內(nèi)原油價格波動較大，給企業(yè)增加了生產(chǎn)成本，給百姓生活增加了支出。為保證能源安全，提高國內(nèi)原油產(chǎn)量，石油勘探開發(fā)企業(yè)通過技術(shù)創(chuàng)新與調(diào)整，進(jìn)一步增強(qiáng)原油開發(fā)能力。文章在明確石油鉆機(jī)應(yīng)用重要性的基礎(chǔ)上，探討相關(guān)鉆機(jī)技術(shù)的應(yīng)用方式，旨在為后續(xù)相關(guān)鉆井技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用等工作奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

1 石油鉆機(jī)技術(shù)應(yīng)用的重要性

對石油鉆機(jī)技術(shù)應(yīng)用重要性的探討，促進(jìn)石油企業(yè)以及技術(shù)人員從整體層面，掌握石油鉆井作業(yè)的特性以及我國在石油鉆機(jī)技術(shù)應(yīng)用方面的現(xiàn)狀，逐步明確石油鉆機(jī)技術(shù)應(yīng)用的重要性，為后續(xù)相關(guān)分析研究以及技術(shù)應(yīng)用的開展提供方向性引導(dǎo)。

我國石油資源開采環(huán)境較為復(fù)雜，為保證鉆井的順利進(jìn)行，石油企業(yè)投入大量資源進(jìn)行有關(guān)生產(chǎn)活動。與其他產(chǎn)業(yè)部門相比，石油產(chǎn)業(yè)投資規(guī)模大、工作負(fù)荷大、風(fēng)險系數(shù)高，基于此情況，石油企業(yè)為了保證石油開采的速度，提升開采活動的安全性，增加經(jīng)濟(jì)收益，滿足區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會生活的消費(fèi)需求[1]。往往根據(jù)需要對技術(shù)設(shè)備進(jìn)行更新升級，鉆機(jī)技術(shù)作為石油生產(chǎn)體系的重要組成部分，鉆機(jī)技術(shù)的穩(wěn)定性、安全性對于石油鉆井作業(yè)的整體質(zhì)效以及安全性有著直接影響。從以往經(jīng)驗(yàn)看，通過對石油鉆機(jī)的有效使用，能夠在短時間內(nèi)，大幅度提升石油鉆井作業(yè)的效率，降低生產(chǎn)成本，減少不必要的費(fèi)用支出，因此越來越多的石油企業(yè)在日常生產(chǎn)過程中，逐步認(rèn)識到鉆機(jī)技術(shù)的重要性，嘗試進(jìn)行鉆機(jī)技術(shù)的引進(jìn)以及研發(fā)[2]。從實(shí)際情況看，我國石油鉆機(jī)技術(shù)起步相對較晚，與國外石油鉆機(jī)技術(shù)相比仍存在一定差距，為充分發(fā)揮石油鉆機(jī)的生產(chǎn)優(yōu)勢，縮短與發(fā)達(dá)國家在技術(shù)方面的差距，擴(kuò)大石油勘探與開采規(guī)模，增加石油開采力度，相關(guān)企業(yè)以及技術(shù)團(tuán)隊(duì)，通過技術(shù)創(chuàng)新，逐步形成變頻驅(qū)動技術(shù)、計算機(jī)集成控制技術(shù)、自動化控制技術(shù)、激光鉆井技術(shù)等多元化、新型鉆機(jī)技術(shù)體系。從實(shí)際應(yīng)用效果看，石油鉆機(jī)新技術(shù)更符合現(xiàn)階段石油鉆探開采需求?；谶@種實(shí)際，有必要對石油鉆機(jī)新技術(shù)的特點(diǎn)以及應(yīng)用方式進(jìn)行全面探討，總結(jié)和梳理技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，確保石油鉆機(jī)新技術(shù)的應(yīng)用水平。

2 石油鉆機(jī)新技術(shù)類型與應(yīng)用方法

隨著技術(shù)的不斷成熟，石油鉆機(jī)新技術(shù)類型日益多元，變頻驅(qū)動技術(shù)、計算機(jī)集成控制技術(shù)、自動化控制技術(shù)、激光鉆井技術(shù)等作為現(xiàn)代高效的石油鉆機(jī)技術(shù)，在很大程度上滿足了不同環(huán)境下，石油鉆井作業(yè)的使用需求。

2.1變頻驅(qū)動技術(shù)

在上世紀(jì)，我國的石油鉆機(jī)曾經(jīng)長期采用機(jī)械傳動方式，主要通過柴油機(jī)驅(qū)動。這種驅(qū)動機(jī)制動力損耗大，無法在復(fù)雜工況下有序開展石油開采作業(yè)。由于我國石油開采的環(huán)境較為復(fù)雜，相關(guān)石油企業(yè)以及技術(shù)團(tuán)隊(duì)，在吸收國外技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在上世紀(jì)80年代研發(fā)出變頻驅(qū)動技術(shù)，變頻驅(qū)動技術(shù)在石油鉆機(jī)上的應(yīng)用，大幅度提升了鉆機(jī)鉆探開采的深度，如我國研發(fā)的新型變頻電驅(qū)動鉆機(jī)，可以完成3000m到12000m的石油開采[3]。變頻電驅(qū)動技術(shù)在石油鉆機(jī)中的應(yīng)用，進(jìn)一步提升了鉆機(jī)動力系統(tǒng)的調(diào)速能力，減少了電力損耗，控制鉆機(jī)運(yùn)行成本，從相關(guān)研究數(shù)據(jù)看，通過變頻驅(qū)動技術(shù)的使用，石油鉆機(jī)的動力成本可以降低40%，同時變頻驅(qū)動技術(shù)的應(yīng)用范圍較為廣泛，鉆機(jī)的提升裝置、控制設(shè)備、傳動裝置等都能應(yīng)用。在實(shí)際使用過程中，技術(shù)人員可以根據(jù)石油鉆機(jī)的驅(qū)動需求，進(jìn)行必要的技術(shù)調(diào)整以及優(yōu)化，例如采取交流異步電動機(jī)或交流同步電動機(jī)等多種方式，實(shí)現(xiàn)對石油鉆機(jī)驅(qū)動裝置的科學(xué)設(shè)置，除了進(jìn)行電動機(jī)的針對性選擇外，技術(shù)人員在變頻驅(qū)動技術(shù)應(yīng)用的過程中，還需要在科學(xué)性、實(shí)用性的引導(dǎo)下，做好控制技術(shù)的優(yōu)化，例如通過PWM控制技術(shù)以及SPWM控制技術(shù)等方式，使得變頻驅(qū)動裝置在運(yùn)行過程中，能夠根據(jù)實(shí)際使用需求，靈活調(diào)整各類電壓、電力輸出能力，在此基礎(chǔ)上，做好變頻驅(qū)動裝置的主電路優(yōu)化，完成電路整合、中間電路以及逆變電路的控制，進(jìn)一步增強(qiáng)變頻驅(qū)動技術(shù)的控制效能，滿足石油鉆機(jī)對動力的使用需求。

2.2 計算機(jī)集成控制技術(shù)

在計算機(jī)集成控制技術(shù)應(yīng)用的過程中，技術(shù)人員需要做好計算機(jī)硬件與軟件系統(tǒng)的更新優(yōu)化工作，通過不斷升級，使得整個計算機(jī)集成控制技術(shù)得到穩(wěn)步提升，增強(qiáng)計算機(jī)對于石油鉆機(jī)的控制水平[4]。同時考慮到石油鉆機(jī)的部件較多，工作環(huán)境復(fù)雜，在計算機(jī)集成控制技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)，技術(shù)人員需要計算機(jī)控制系統(tǒng)的集成化管理，借助于PLC對變頻驅(qū)動系統(tǒng)、鉆機(jī)儀表設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備等進(jìn)行集成化管理，將各個控制單元進(jìn)行優(yōu)化，通過計算機(jī)集成控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了石油鉆機(jī)自我診斷、設(shè)備監(jiān)控等功能的完善，在石油鉆機(jī)內(nèi)部構(gòu)建起完備的鉆機(jī)運(yùn)行機(jī)制，工作人員可以根據(jù)實(shí)際石油開采需求，通過計算機(jī)集成控制技術(shù)，對開采流程進(jìn)行優(yōu)化，減輕工作強(qiáng)度，縮短石油開采周期，降低石油開采成本。

2.3 自動化控制技術(shù)

我國在較長的一段時間內(nèi)，在石油鉆機(jī)鉆探中，人員使用較多，鉆井作業(yè)強(qiáng)度較大，工作效率不高，極易發(fā)生安全風(fēng)險。為了應(yīng)對這種情況，在石油鉆機(jī)應(yīng)用中，石油企業(yè)以及相關(guān)技術(shù)人員，將自動化控制技術(shù)引入石油勘探開采領(lǐng)域，借助于自動化控制技術(shù)，不斷提升石油鉆井開采的整體質(zhì)效，降低開采勞動強(qiáng)度，管控安全風(fēng)險，有效控制生產(chǎn)成本。自動化控制技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用過程中，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)在科學(xué)性、實(shí)用性的引導(dǎo)下，結(jié)合石油鉆機(jī)的使用實(shí)際，進(jìn)行自動化控制技術(shù)的有效應(yīng)用。具體而言，技術(shù)人員通過傳感器合理規(guī)劃，形成傳感器網(wǎng)絡(luò)，對石油鉆井內(nèi)各個地層的結(jié)構(gòu)變化、鉆機(jī)鉆進(jìn)速度、藏油位置等數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行快速獲取以及有效傳輸，地面控制站工作人員則依據(jù)相關(guān)傳感器提供的數(shù)據(jù)信息，下達(dá)相應(yīng)的控制指令，對自動化控制技術(shù)內(nèi)部的控制器等設(shè)備組件，采取相應(yīng)的措施，保證石油鉆機(jī)的有序運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)石油開采的順利進(jìn)行。

2.4 激光鉆井技術(shù)

激光鉆井技術(shù)與其他技術(shù)相比，其穿透性更強(qiáng)，在很大程度上，增強(qiáng)了鉆機(jī)鉆進(jìn)的速度[5]。在實(shí)際激光鉆井技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)，技術(shù)人員可借助各類傳感器以及圖像顯示系統(tǒng)，將鉆機(jī)鉆井過程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)信息進(jìn)行快速傳輸，通過這種方式，技術(shù)人員能夠有效在短時間內(nèi)，快速獲取鉆井過程中井下的各類數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際情況，靈活調(diào)整鉆井技術(shù)方案，增強(qiáng)鉆井的整體質(zhì)效。同時激光鉆井技術(shù)使用環(huán)節(jié)，技術(shù)人員可以通過計算機(jī)自動化控制技術(shù)等手段，對激光鉆井技術(shù)的管控能力進(jìn)行提升，使得技術(shù)人員在相關(guān)技術(shù)手段的支持下，靈活調(diào)整激光鉆井設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)，增強(qiáng)鉆進(jìn)的有效性。

3 結(jié)語

我國石油鉆井作業(yè)環(huán)境較為復(fù)雜，鉆機(jī)技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新起步較晚，在一定程度上限制了石油鉆井開采的整體質(zhì)效。變頻驅(qū)動技術(shù)、計算機(jī)集成控制技術(shù)、自動化控制技術(shù)、激光鉆井技術(shù)等石油鉆機(jī)新技術(shù)的出現(xiàn)與應(yīng)用，可以在很大程度上滿足不同工況下石油鉆井開采的相關(guān)要求，增加石油開采的整體規(guī)模，降低對外部石油進(jìn)口的依賴程度，降低石油化工產(chǎn)品的價格波動，大大提升我國的能源安全。

◆參考文獻(xiàn)

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