我國(guó)石油鉆機(jī)控制技術(shù)現(xiàn)狀與未來發(fā)展

孫路路 王紅妹 朱帥祁

(山東科瑞機(jī)械制造有限公司，山東 東營(yíng) 257000)

1.1 電力拖動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用改善了鉆井操作的舒適程度

當(dāng)前我國(guó)的石油鉆機(jī)應(yīng)用較多的就是電力拖動(dòng)技術(shù)，主要是基于功率元件實(shí)現(xiàn)電氣調(diào)速的變頻技術(shù)，鉆機(jī)將這種驅(qū)動(dòng)技術(shù)在各類型電動(dòng)鉆機(jī)中進(jìn)行應(yīng)用，關(guān)鍵設(shè)備絞車、鉆井泵、頂驅(qū)與轉(zhuǎn)盤等之間實(shí)現(xiàn)了無極調(diào)速操控，提高了鉆井操作的舒適程度。在變頻驅(qū)動(dòng)方式占據(jù)主導(dǎo)的同時(shí)，直流SCR裝置業(yè)同樣具備較高的性價(jià)比，也存在一定的市場(chǎng)需求。

1.2 邏輯程序控制的應(yīng)用提高了鉆機(jī)的自動(dòng)化水平

PLC或者專用控制器裝載軟件程序作為鉆機(jī)電控系統(tǒng)的指導(dǎo)者，為鉆機(jī)的多項(xiàng)安全保護(hù)工作提供了保障。設(shè)備配置運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)傳感器，會(huì)根據(jù)設(shè)備工藝參數(shù)做出反饋，并能結(jié)合設(shè)備工作流程進(jìn)行安全保護(hù)工作，鉆機(jī)控制保護(hù)性能得到了提高，鉆機(jī)的各個(gè)運(yùn)行環(huán)節(jié)：絞車智能防溜鉆保護(hù)、泵壓安全控制、鉆井泵軟泵控制、立柱排放軌跡自動(dòng)規(guī)劃等等，都能實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制。

1.3 鉆機(jī)管柱自動(dòng)化處理技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用

當(dāng)前國(guó)內(nèi)石油裝備制造企業(yè)不斷地開展管柱自動(dòng)化技術(shù)研發(fā)，并在工業(yè)化過程中進(jìn)行應(yīng)用。管柱自動(dòng)化裝備具有很強(qiáng)的優(yōu)越性，能夠降低用人成本，提高生產(chǎn)效率，生產(chǎn)起來自動(dòng)快捷，具有安全可靠的工作特征。鉆機(jī)管柱機(jī)械化處理作業(yè)，方便了鉆柱在地面與鉆臺(tái)面之間的輸送工作，鉆機(jī)管柱自動(dòng)化處理技術(shù)更加智能。

2 我國(guó)石油鉆機(jī)控制技術(shù)存在的問題

2.1 石油鉆機(jī)的系統(tǒng)集成水平還需要進(jìn)一步提升

當(dāng)前我國(guó)的石油裝備制造企業(yè)以機(jī)械加工與集成配套相互結(jié)合的方式，集成配套需要視頻監(jiān)控、儀表檢測(cè)與電傳動(dòng)控制等子系統(tǒng)的配合。由于產(chǎn)品的型號(hào)、結(jié)構(gòu)形式、技術(shù)參數(shù)的差異性等，容易產(chǎn)生一些問題，比如設(shè)備接口不匹配，線路容易混亂或者配置重復(fù)等問題，讓整個(gè)集成化程度不能達(dá)到一個(gè)最佳水平。

2.2 石油鉆機(jī)的信息化程度還需深度拓展

當(dāng)前我國(guó)推行“互聯(lián)網(wǎng)+”政策，石油鉆機(jī)的信息化控制也在其中之列。集成司鉆控制系統(tǒng)的開發(fā)，讓讓鉆機(jī)各設(shè)備參數(shù)以及工藝參數(shù)得到有效應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了司鉆房的全數(shù)字化監(jiān)視。然而與鉆探企業(yè)的機(jī)關(guān)部門相比，卻只能獲得有限的現(xiàn)場(chǎng)信息，得到的信息反饋比較滯后，設(shè)備管理起來不易，需要深度拓展石油鉆機(jī)的信息化程度。

2.3 管柱自動(dòng)化裝備缺乏一定的原始化創(chuàng)新

現(xiàn)階段我國(guó)的管柱自動(dòng)化裝備研發(fā)思路，主要是根據(jù)模擬人工排放動(dòng)作流程開發(fā)設(shè)計(jì)開展，基本的研發(fā)路徑與設(shè)計(jì)方法都缺乏一定的原始創(chuàng)新，從一定程度上限制了產(chǎn)品的工作效率。對(duì)比來說，國(guó)外的一些公司在這方面卻進(jìn)行了大膽的革新，比如德國(guó)海瑞克全液壓鉆機(jī)，就采用了無二層臺(tái)雙立根低位離線接立柱技術(shù)，讓鉆機(jī)的下鉆速度變得很快。國(guó)內(nèi)的管柱自動(dòng)化缺乏此類核心技術(shù)的理論算法，無法形成具備核心競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)產(chǎn)品。

3 我國(guó)石油鉆機(jī)自動(dòng)化、智能化與信息化的技術(shù)發(fā)展展望

3.1 通過管柱自動(dòng)化裝備的自發(fā)研究，促使產(chǎn)品類型升級(jí)與創(chuàng)新

一方面，國(guó)內(nèi)相關(guān)的鉆井裝備制造商也要緊隨時(shí)代的步伐，加強(qiáng)對(duì)于此類需求的研發(fā)力度，利用跨行業(yè)橫向聯(lián)合的方式不斷實(shí)施改革，更改管柱輸送、交接、排放等工作路徑，通過創(chuàng)新完成新型產(chǎn)品的成型。另一方面，石油鉆井的工作環(huán)境比較特殊，尤其是冬季低溫情況、海洋強(qiáng)腐蝕等環(huán)境，還要面臨地質(zhì)、地層、鉆深等差異性工作狀況，對(duì)于開展產(chǎn)品技術(shù)的升級(jí)研究提出了更高的要求。不同類型產(chǎn)品的開發(fā)需要結(jié)合液驅(qū)、電驅(qū)與電液復(fù)合驅(qū)動(dòng)等，盡最大可能為用戶提供多功能性產(chǎn)品，提高用戶的受眾體驗(yàn)，確保其安全可靠。

3.2 加強(qiáng)升級(jí)鉆井優(yōu)化系統(tǒng)，提高智能化鉆井水平

現(xiàn)階段我國(guó)國(guó)內(nèi)的鉆井作業(yè)還處于自動(dòng)化的完善期，具體來說，就是地面鉆機(jī)自動(dòng)化裝備與井下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向自動(dòng)化產(chǎn)品的完善。根據(jù)相關(guān)專家的預(yù)測(cè)，估計(jì)還有9年時(shí)間，完成石油勘探開發(fā)向依賴鉆井專家優(yōu)化數(shù)據(jù)庫智能鉆井的轉(zhuǎn)化。依據(jù)以往多年的人工鉆井經(jīng)驗(yàn)與作業(yè)工藝參數(shù)的規(guī)律來做出總結(jié)，逐漸形成了一套數(shù)據(jù)豐富的鉆井專家優(yōu)化數(shù)據(jù)系統(tǒng)。利用井下工具檢測(cè)系統(tǒng)，智能地提取當(dāng)前井下的地層特征數(shù)據(jù)，與其相關(guān)聯(lián)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫會(huì)自動(dòng)匹配出最佳參數(shù)，做出鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)設(shè)備與鉆井液系統(tǒng)等的工作給定指令，進(jìn)而完成自動(dòng)控制鉆機(jī)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。此類模式下，人工的干預(yù)將會(huì)大幅減少，鉆井優(yōu)化系統(tǒng)的升級(jí)形成了地面與井下設(shè)備的整體自動(dòng)控制，讓鉆井的智能化更加地明顯。因此，加強(qiáng)對(duì)國(guó)內(nèi)鉆井專家優(yōu)化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研究，將會(huì)為未來鉆機(jī)滿足智能化鉆井工作提供先決條件。

3.3 強(qiáng)化設(shè)備故障針對(duì)系統(tǒng)的升級(jí)，完善鉆機(jī)技術(shù)服務(wù)

未來的鉆井作業(yè)將會(huì)逐漸機(jī)械化，在機(jī)械化的服務(wù)過程中將面臨著一個(gè)重要的課題，就是要及時(shí)地完成各個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)與故障修復(fù)。這方面的業(yè)務(wù)需求會(huì)隨著機(jī)械化程度加強(qiáng)而逐漸激增，國(guó)內(nèi)的石油開采企業(yè)要加強(qiáng)基于大數(shù)據(jù)的故障診斷系統(tǒng)建設(shè)。一方面，要細(xì)分鉆井設(shè)備的故障類型，對(duì)于頻繁出現(xiàn)的故障做出統(tǒng)計(jì)分析，并建立基于檢測(cè)參數(shù)、特征波形的故障特征數(shù)據(jù)庫；另一方面，加快自動(dòng)預(yù)警與處置系統(tǒng)的技術(shù)開發(fā)，借助無線通信讓計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)各類故障的智能化預(yù)警，設(shè)備需要維修和保養(yǎng)的時(shí)候做出自動(dòng)提示，降低因?yàn)樵O(shè)備停機(jī)而給生產(chǎn)造成的損失。

4 結(jié)語

目前我國(guó)石油鉆機(jī)的系統(tǒng)集成水平、信息化程度還處在探索階段，還需要進(jìn)一步提升。筆者建議提高管柱自動(dòng)化裝備的自發(fā)研究力度，促使產(chǎn)品類型升級(jí)與創(chuàng)新；加快升級(jí)鉆井優(yōu)化系統(tǒng)，提高智能化鉆井水平；強(qiáng)化設(shè)備故障針對(duì)系統(tǒng)的升級(jí)，完善鉆機(jī)技術(shù)服務(wù)，從多維角度提升石油鉆機(jī)的智能水平，通過多種技術(shù)的融合，不斷滿足市場(chǎng)的需求。