石油鉆機(jī)自動(dòng)化技術(shù)現(xiàn)狀與建議

崔成

（遼河油田公司茨榆坨采油廠，遼寧 盤錦124010）

石油是現(xiàn)代社會(huì)中極為重要的資源，石油技術(shù)則是獲取資源的最佳方式。伴隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，石油鉆井技術(shù)逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化轉(zhuǎn)變，通過加入了先進(jìn)的智能化控制方式，全面提升到開采效率[1]。但是在具體的應(yīng)用環(huán)節(jié)，石油鉆機(jī)的自動(dòng)化還存在著明顯的缺陷，因此，要根據(jù)目前的石油鉆機(jī)自動(dòng)化技術(shù)實(shí)際情況，總結(jié)出切實(shí)可行的應(yīng)對(duì)措施，從而可以促進(jìn)我國石油領(lǐng)域的發(fā)展。

1 石油鉆機(jī)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 變頻傳動(dòng)技術(shù)及晶閘管整流傳動(dòng)技術(shù)。石油鉆機(jī)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展過程中，電力拖動(dòng)技術(shù)被廣泛的使用到機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域中，利用傳動(dòng)與調(diào)速的裝置，極大的影響了當(dāng)前鉆機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展。在交流變頻鉆機(jī)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用中，西門子公司所研發(fā)的S120 系列變頻器成為鉆機(jī)中關(guān)鍵性的部件，雖然國產(chǎn)電機(jī)能夠達(dá)到性能的使用需要，但是因?yàn)槭袌?chǎng)的授信度和技術(shù)方面的影響，造成國產(chǎn)電機(jī)普及率較低[2]。此外，結(jié)合交流電機(jī)傳動(dòng)差異，可以分成多傳動(dòng)、單傳動(dòng)等方式，多傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)性能好且成本低，單傳動(dòng)的方式兼容性好。

在直流石油鉆機(jī)技術(shù)高速發(fā)展的過程中，我國主要引入到的是RossHILL公司的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，并且配合西門子公司的調(diào)速器進(jìn)行使用。從這個(gè)方面可以發(fā)現(xiàn)，我國的自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域依然以國外技術(shù)為主，國產(chǎn)技術(shù)并未取得較好的發(fā)展，應(yīng)用范圍也比較較小。

1.2 動(dòng)力源發(fā)展現(xiàn)狀。石油鉆井技術(shù)的應(yīng)用過程中，最為主要的方式就是柴油發(fā)電機(jī)，利用發(fā)電來控制整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)，同時(shí)還能夠給鉸車、輔助系統(tǒng)等部分供電。該技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用中，利用數(shù)字和模擬發(fā)電機(jī)，來實(shí)現(xiàn)多臺(tái)機(jī)組的聯(lián)合運(yùn)行。但是當(dāng)前的柴油發(fā)電機(jī)實(shí)踐應(yīng)用中，依然以美國CAT 公司的產(chǎn)品，對(duì)于其他設(shè)備來說，即為中國石油集團(tuán)研發(fā)的輔助設(shè)備。對(duì)于資源較為豐富的地區(qū)來說，很多油田已經(jīng)逐步引入燃?xì)鈾C(jī)組的結(jié)構(gòu)形式，這種形式卻無法滿足負(fù)載過大的工程，供電能力稍微差些。

對(duì)于這些存在的問題，我國石油企業(yè)已經(jīng)成功研發(fā)出燃?xì)馀c柴油混合動(dòng)力機(jī)組形式，可以按照鉆井施工的需要來設(shè)置比例，但是還處在試驗(yàn)階段，應(yīng)用實(shí)踐價(jià)值較高[3]。此外，對(duì)于電網(wǎng)系統(tǒng)便利的地帶，可以選擇使用變壓器來進(jìn)行電源接入，但是因?yàn)樵撛O(shè)備并不會(huì)增加無功功率，會(huì)直接導(dǎo)致電能質(zhì)量較差，所以并不需要布置無功補(bǔ)償裝置來進(jìn)行調(diào)整，鉆井技術(shù)可行性和穩(wěn)定性都比較高。

1.3 PLC技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)被廣泛的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中，PLC 技術(shù)已經(jīng)是當(dāng)前鉆機(jī)控制技術(shù)的核心結(jié)構(gòu)。我國的鉆機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)，應(yīng)用的是西門子S7-300控制器，應(yīng)用備用設(shè)備來進(jìn)行輔助生產(chǎn)。如果控制系統(tǒng)發(fā)生故障，可以通過切換方式來應(yīng)用備用方案。但是啟動(dòng)環(huán)節(jié)中極易發(fā)生停機(jī)問題，目前還沒有改進(jìn)措施。對(duì)于這些問題，S7 400H 的開發(fā)，逐步的替代原系統(tǒng)。該系統(tǒng)內(nèi)包含2 套處理器，能夠結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)換，可以大大提升工作質(zhì)量和效率。此外，對(duì)于通信和操作環(huán)節(jié)，Profibus 通信技術(shù)以及光線技術(shù)目前成為了鉆機(jī)的關(guān)鍵性技術(shù)，整個(gè)系統(tǒng)的集成化性能比較強(qiáng)。

1.4 自動(dòng)化工具的應(yīng)用。我國的石油鉆機(jī)自動(dòng)化技術(shù)全面發(fā)展階段，石油公司發(fā)展速度逐步加快，HSE 要求也逐步達(dá)到要求。這種條件之下，石油企業(yè)開始重點(diǎn)研發(fā)自主技術(shù)，并且逐步的應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，使得整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化水平得到很大的提升。

1.5 電機(jī)直驅(qū)方式以及自動(dòng)化功能現(xiàn)狀。鉆機(jī)技術(shù)高速發(fā)展之下，電機(jī)直驅(qū)的方式由于內(nèi)部組成簡(jiǎn)單、體積小等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)被大量的應(yīng)用到鉆機(jī)系統(tǒng)內(nèi)。石油公司投入更多的力量開展研發(fā)，直驅(qū)鉆井泵和頂驅(qū)技術(shù)被大量的應(yīng)用到實(shí)踐中，最為核心的技術(shù)就是永磁電機(jī)。

自動(dòng)化技術(shù)研發(fā)應(yīng)用階段，由于融入了PLC技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送鉆、扭矩限定以及電氣液的聯(lián)動(dòng)功能，可以預(yù)警鉆機(jī)運(yùn)行的速度、壓力與流量，可以提高自動(dòng)化控制水平。

2 發(fā)展問題剖析

從我國的石油鉆機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用階段，還存在很多的現(xiàn)實(shí)問題無法解決，具體體現(xiàn)在如下的幾個(gè)方面：

2.1 缺乏規(guī)劃。自動(dòng)化技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用階段，很多都是使用第三方設(shè)備實(shí)現(xiàn)輔助生產(chǎn)，但是因?yàn)榻涌?、尺寸等都存在不匹配的情況，造成系統(tǒng)兼容性較差。

2.2 電機(jī)功率不匹配。目前的開發(fā)環(huán)節(jié)，還存在電機(jī)功率合理化無法達(dá)到要求的情況，進(jìn)而影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。如在F1600 鉆井泵組在開采實(shí)施階段，系統(tǒng)運(yùn)行功率必須要達(dá)到1200kW，但是當(dāng)前我國只能使用2 臺(tái)800kW 的電機(jī)帶動(dòng)，導(dǎo)致功率存在不匹配的問題。

2.3 缺乏一體化電機(jī)。石油鉆井技術(shù)研發(fā)過程中，對(duì)于鉸車和鉆井泵的體系有著嚴(yán)格的限制條件，但是當(dāng)前電機(jī)設(shè)計(jì)還存在一定的問題，根本不能達(dá)到一體化的要求。

2.4 缺乏安全等級(jí)高的電機(jī)。石油鉆井實(shí)施階段，很多施工地區(qū)都是海洋或者其他惡劣的條件，電氣設(shè)備要長期暴露在露天環(huán)境下進(jìn)行施工，我國對(duì)于設(shè)備的電力安全等級(jí)要求為IP56，但是很多設(shè)備還無法達(dá)到這些安全性的標(biāo)準(zhǔn)，造成設(shè)備散熱問題無法保證，系統(tǒng)運(yùn)行成本非常高。

2.5 安裝缺陷。石油鉆機(jī)在設(shè)備的安裝施工階段，還存在很多的缺陷，比如電纜安裝不合格、密封性不達(dá)標(biāo)、接地質(zhì)量較差、標(biāo)識(shí)不清晰、隔離措施不當(dāng)、痛風(fēng)性不足等，嚴(yán)重影響自動(dòng)化生產(chǎn)的需要。

2.6 各個(gè)元件的使用無法達(dá)到我國電氣設(shè)備的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。從目前的電氣設(shè)備市場(chǎng)情況分析可以發(fā)現(xiàn)，存在供應(yīng)混亂的問題，根本無法滿足設(shè)備的使用需要，很多設(shè)備供應(yīng)商還存在偽造證書的情況導(dǎo)致石油鉆井安全性無法保證，嚴(yán)重影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量。

3 石油鉆機(jī)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展建議

3.1 開發(fā)自動(dòng)化工具。石油鉆井技術(shù)應(yīng)用到我國的石油鉆探領(lǐng)域，逐步的實(shí)現(xiàn)地面和管柱自動(dòng)化設(shè)備的研發(fā)和應(yīng)用，但是和國外企業(yè)對(duì)比分析，還存在著明顯的差距。是NOV 公司所研發(fā)出的隔水管處理系統(tǒng)圖，整體技術(shù)水平要高于我國。因此，在目前我國的石油鉆井技術(shù)研發(fā)階段，要幾何實(shí)際的作業(yè)工藝，在制定出合理的工作流程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化技術(shù)的全面應(yīng)用。此外，鉆機(jī)的研發(fā)環(huán)節(jié)，應(yīng)該全面的提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，從而可以使得設(shè)備的總體性能得到提升。

3.2 加強(qiáng)對(duì)集成控制技術(shù)的應(yīng)用。當(dāng)前的鉆井技術(shù)中，以電動(dòng)機(jī)、儀表、監(jiān)控技術(shù)為主，但是還沒有達(dá)到信息和運(yùn)行各個(gè)系統(tǒng)的集成，無法達(dá)到信息共享的要求，因此，在系統(tǒng)開發(fā)階段，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)集成控制的研發(fā)和應(yīng)用。當(dāng)前世界范圍內(nèi)集成技術(shù)已經(jīng)被NOV等幾家大公司壟斷，其售價(jià)非常高，而我國當(dāng)前的集成控制技術(shù)的研發(fā)，還處于落后階段，只有寶雞石油公司投入了一定的精力進(jìn)行集成控制技術(shù)的試驗(yàn)階段，還沒有正式投入使用，所以還需要投入更多的精力進(jìn)行研發(fā)，不斷的推動(dòng)我國集成控制技術(shù)的發(fā)展。

3.3 開發(fā)節(jié)能技術(shù)。石油鉆井技術(shù)在具體的實(shí)踐應(yīng)用中，浪費(fèi)的情況比較嚴(yán)重，不僅會(huì)導(dǎo)致石油資源的浪費(fèi)，還會(huì)導(dǎo)致巨大的損失，所以應(yīng)該積極的開發(fā)先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)。比如變頻絞車技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)，具體就是利用電阻轉(zhuǎn)化以提升熱能，容易存在能源浪費(fèi)的問題。在節(jié)能技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)，可以利用超級(jí)電容進(jìn)行電能的回收再利用，以更好的促進(jìn)我國的鉆機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

3.4 開發(fā)故障診斷系統(tǒng)。石油鉆井技術(shù)研發(fā)階段，極易存在設(shè)備而運(yùn)行故障等問題，要通過技術(shù)人員來進(jìn)行設(shè)備的故障診斷，導(dǎo)致人力資源浪費(fèi)比較嚴(yán)重，且這種方式診斷效率和質(zhì)量都比較低，所以應(yīng)該開發(fā)出智能故障診斷系統(tǒng)，利用數(shù)據(jù)的材料，計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析，然后應(yīng)用符合要求的軟件技術(shù)，達(dá)到故障準(zhǔn)確分析和判斷。

4 結(jié)論

石油鉆井技術(shù)在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化應(yīng)用階段，我國的技術(shù)水平整體比較低，與國外技術(shù)還存在明顯的差異，總體上來說，電機(jī)、自動(dòng)化技術(shù)水平較低，根本不能達(dá)到集成化運(yùn)行和故障診斷，所以還需要加強(qiáng)研發(fā)和應(yīng)用，以切實(shí)提升自動(dòng)化水平，滿足我國石油開采領(lǐng)域的使用需要，也能夠推動(dòng)社會(huì)的全面發(fā)展和進(jìn)步。