淺談石油鉆機(jī)的生產(chǎn)及智能控制系統(tǒng)

韓順坤，衛(wèi)帥兵，劉登

（中國石油寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721000）

鉆井作業(yè)具有復(fù)雜性的特點(diǎn)，其中包括許多內(nèi)容，例如，投入較大的資金，而且風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)也會很高。換句話來說，鉆井裝備技術(shù)含量對速度會產(chǎn)生極其嚴(yán)重影響，同時(shí)，也會對設(shè)備的安全帶來制約，在新形勢的大背景之下，我們國家的鉆井技術(shù)與國外的鉆井技術(shù)比較還存在著一定的距離，伴隨著不斷推移，石油企業(yè)的發(fā)展在研究方面投入了更多的資金，所以必定會進(jìn)一步提高鉆井裝備水平，縮小與國外之間的距離，幫助國內(nèi)石油專業(yè)技術(shù)更好的發(fā)展?；诖?，下文主要對石油鉆機(jī)的生產(chǎn)與智能化控制系統(tǒng)展開深入探討。

1 石油鉆機(jī)技術(shù)應(yīng)用的重要性

在石油開采工作展開的過程當(dāng)中，因?yàn)樗媾R的環(huán)境具有復(fù)雜性的特點(diǎn)，所以想要確保鉆井工作有序、順利地進(jìn)行，不會受到各種因素的影響，還需要石油企業(yè)投入一定的資金，從事生產(chǎn)經(jīng)營活動。石油產(chǎn)業(yè)與其他的產(chǎn)業(yè)進(jìn)行比較的話，二者之間的不同與差異較大，其中石油產(chǎn)業(yè)最明顯的特點(diǎn)就是投資規(guī)模大，而且工作負(fù)荷較高，風(fēng)險(xiǎn)很大，針對這樣的情況，石油企業(yè)想要真正加快石油開采速度，并不是一件容易的事情，還需要將相關(guān)要求作為基礎(chǔ)，不斷對技術(shù)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化與更新。在石油開采的過程當(dāng)中，鉆機(jī)技術(shù)是非常重要的組成部分，并且發(fā)揮出關(guān)鍵的作用，在某種程度上來說，鉆機(jī)技術(shù)自身的穩(wěn)定性與石油鉆井作業(yè)是否具有安全性之間有緊密的聯(lián)系，從總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的角度進(jìn)行分析，合理使用鉆機(jī)，無論是在保證鉆井作業(yè)水平、效率還是在節(jié)約生產(chǎn)成本等各個(gè)方面，發(fā)揮出來的作用非常顯著。因此，在新時(shí)代大背景下，石油企業(yè)在進(jìn)行生產(chǎn)的過程中，需要真正認(rèn)識到鉆機(jī)技術(shù)的重要性，之后加大對其研究的力度。

雖然說我國的石油鉆機(jī)技術(shù)與其他發(fā)達(dá)國家相比，還存在著一定的距離，但是相關(guān)工作人員不會有“畏難”的工作態(tài)度與心理，為了能夠?qū)⑹豌@機(jī)的作用真正發(fā)揮出來，縮小與國外技術(shù)之間的差距，加大開采規(guī)模，還要通過不斷實(shí)踐，之后形成具有多元化特點(diǎn)的石油鉆機(jī)技術(shù)體系，滿足石油鉆探過程當(dāng)中所提出來的要求。

2 石油鉆機(jī)生產(chǎn)的狀況和存在的問題

自動起下鉆技術(shù)的應(yīng)用，不僅在降低工作人員的勞動強(qiáng)度方面會發(fā)揮一定的作用，而且在提升鉆機(jī)自動化程度方面也有顯著效果，但是工作人員還需要特別注意：程序在出廠之前，就已經(jīng)設(shè)置好的數(shù)值，在面對不同的工作環(huán)境時(shí)，所呈現(xiàn)出來的適應(yīng)能力非常弱，同時(shí)控制系統(tǒng)也缺乏完善性，在使用過程當(dāng)中出現(xiàn)多次報(bào)警、停頓等各種問題，對開采工作有序進(jìn)行產(chǎn)生非常大的影響。

（1）鉆機(jī)工作環(huán)境問題。當(dāng)鉆機(jī)參與到工作過程中后，發(fā)現(xiàn)在很多情況下都會在地質(zhì)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜、氣候變化多樣的工作環(huán)境中進(jìn)行操作。同時(shí)，極低的溫度、高溫的沙漠等也會造成許多具有精密性特點(diǎn)的專業(yè)儀器無法將自己的作用發(fā)揮出來，甚至出現(xiàn)無法正常使用等各種嚴(yán)重問題。另外，開采工作具有復(fù)雜性的問題，即：反復(fù)、多次更換工作環(huán)境等，也需要由專業(yè)工作人員親身進(jìn)行地質(zhì)結(jié)構(gòu)的勘探，需要付出更多的物力、人力與財(cái)力。

（2）鉆機(jī)工作狀態(tài)問題。經(jīng)過認(rèn)真的了解和調(diào)查之后發(fā)現(xiàn)，鉆機(jī)在參與工作時(shí)，實(shí)際的工作距離并不是一層不變的，而是會伴隨著工作環(huán)境、深度的不同，進(jìn)行變化，由1000米至上萬米不等，距離的不斷變化，信號在傳輸?shù)倪^程當(dāng)中必然會非常緩慢，甚至有時(shí)會導(dǎo)致自動控制響應(yīng)時(shí)間以及判斷落后問題的出現(xiàn)。雖然說在更多的時(shí)候應(yīng)用模糊控制等模式，但是此類技術(shù)在非常容易受到發(fā)展水平所帶來的影響，工作效果差強(qiáng)人意。

3 現(xiàn)階段的控制模式分析

當(dāng)各個(gè)廠商在進(jìn)行自動送鉆生產(chǎn)的過程當(dāng)中，面對環(huán)境會對設(shè)備產(chǎn)生的影響產(chǎn)生忽視的態(tài)度，而是將關(guān)注重點(diǎn)完全放在其他方面，只是按照事先輸入程序完成相關(guān)的測量、控制等多個(gè)協(xié)同工作。但是這樣的設(shè)置，只適合在普通的工作環(huán)境當(dāng)中，無法按照地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及環(huán)境所呈現(xiàn)出來的變化進(jìn)行調(diào)整或者是切換，所呈現(xiàn)出來的適應(yīng)能力非常差，在具體工作的過程當(dāng)中遇到非常特殊的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，就會出現(xiàn)嚴(yán)重的不適應(yīng)問題。例如，現(xiàn)如今使用最頻繁的交流變頻小電機(jī)送鉆，主要的工作原理包括：PLC系統(tǒng)將自己的作用全部發(fā)揮出來，大量匯集送鉆電機(jī)的電壓、電流、頻率等關(guān)鍵參數(shù)，之后準(zhǔn)確計(jì)算鉆壓、鉆速以及泵壓實(shí)際值和預(yù)先設(shè)定值之間的不同與差異，然后通過數(shù)控系統(tǒng)總線將工作命令傳輸出去，以動態(tài)的方式對送鉆電機(jī)扭矩以及實(shí)際速度進(jìn)行嚴(yán)格管控，最終滿足已經(jīng)設(shè)置完成的鉆壓制動，展開鉆進(jìn)工作，補(bǔ)償鉆壓呈現(xiàn)出來的變化，真正實(shí)現(xiàn)送鉆電機(jī)低頻正常、有序工作目標(biāo)。

但是相關(guān)工作人員還需要特別注意控制模式當(dāng)中的缺點(diǎn)，那就是程序是在出廠之前就已經(jīng)設(shè)置完成，不能按照具體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)或者是其他情況進(jìn)行相關(guān)調(diào)整，所以一旦遇到非常復(fù)雜的地形，就會出現(xiàn)多次報(bào)警甚至是剎死問題，對鉆井工作順利的展開產(chǎn)生巨大影響，在這樣的背景，雖然有專家控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)等，但是由于石油地質(zhì)條件特殊，所獲得的工作結(jié)果差強(qiáng)人意，更是對自動化技術(shù)在石油行業(yè)更好的發(fā)展帶來影響，工作人員需要對此項(xiàng)問題加強(qiáng)關(guān)注，并且進(jìn)行深入的分析。圖1是交流變頻小電機(jī)送鉆原理圖。

圖1 交流變頻小電機(jī)送鉆原理圖

4 解決問題的方法

（1）井隊(duì)在打井之前，就需要對區(qū)塊進(jìn)行合理的規(guī)劃與設(shè)計(jì)，如果經(jīng)過專業(yè)工作人員的勘察之后發(fā)現(xiàn)，同一區(qū)塊之內(nèi)，地質(zhì)、地貌相同，那么就可以緩解地層變化帶來的不良影響。

（2）施工團(tuán)隊(duì)參與到同一區(qū)塊打井時(shí)，應(yīng)用先鉆“探井”，之后針對與不同地層的樣本，展開采集認(rèn)為，再進(jìn)入到分析過程當(dāng)中去，將最終的結(jié)果作為基礎(chǔ)與參考，為學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的加入提供幫助。

（3）學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，迅速受到大眾的歡迎，它主要的能力就是模仿，是一種最新的嘗試，通過重復(fù)的方式輸入信號，從外部對此系統(tǒng)進(jìn)行校正，最終的目的、最主要的作用就是能夠讓系統(tǒng)對特定輸入進(jìn)行響應(yīng)。也就是一個(gè)能在運(yùn)行過程當(dāng)中以緩慢方式獲得受控過程以及環(huán)境非預(yù)知信息積累控制經(jīng)驗(yàn)的自動控制系統(tǒng)。將其應(yīng)用到石油鉆井工作當(dāng)中去，可以體現(xiàn)出更好的工作效果。

（4）重要流程。①機(jī)器記憶學(xué)習(xí)的主要過程，在打“探井”的過程當(dāng)中，機(jī)器所發(fā)不出來的作用不言而喻，即使在不同的工作地點(diǎn)，也可以對實(shí)際的工作參數(shù)以及插入的特點(diǎn)展開如實(shí)的記錄，之后建立相關(guān)的聯(lián)系，地層變化-操作模式與傳感器數(shù)據(jù)-機(jī)器記錄。②對設(shè)計(jì)進(jìn)行更新。通過對“探井”過程當(dāng)中必然會有許多數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，通過對眾多的數(shù)據(jù)展開分析、處理與編輯，再憑借司鉆較為豐富的工作經(jīng)驗(yàn)展開革新，最終明確操作邏輯判斷以及與之相對應(yīng)的控制關(guān)系，保證符合施工當(dāng)中提出的要求。工作人員參與到操作過程當(dāng)中去之后會發(fā)現(xiàn)，專家系統(tǒng)想要以一次性的方法找到地質(zhì)關(guān)系，最終生成相關(guān)的控制邏輯，但是工作人員卻忽視了最重要的一點(diǎn)，那就是地質(zhì)條件具有復(fù)雜性的特點(diǎn)，還沒有辦法建立出滿足所有工作情況的控制對應(yīng)方式，所以這里面所說的設(shè)計(jì)優(yōu)化主要指的就是建立在某一個(gè)具體地質(zhì)情況上面，重點(diǎn)優(yōu)化過程是有序完成探井作業(yè)之后才展開的，這種工況各種優(yōu)化其針對性極強(qiáng)。③半自動控制模式。同一區(qū)塊展開鉆井工作時(shí)，“自動控制作為關(guān)鍵內(nèi)容，人工監(jiān)督當(dāng)作輔助”，這樣工作模式不僅可以降低相關(guān)工作人的勞動強(qiáng)度，而且同一區(qū)塊的地層共性可以使控制模式與真實(shí)情況之間更加符合。④偏差值的設(shè)計(jì)。對相關(guān)參數(shù)設(shè)定出允許的范圍，如果真實(shí)的情況已經(jīng)超出允許范圍，這時(shí)機(jī)器就會第一時(shí)間發(fā)出預(yù)警，之后快速變成手動模式。

5 技術(shù)的優(yōu)勢與特點(diǎn)分析

通過的智能控制系統(tǒng)進(jìn)行的分析，發(fā)現(xiàn)其優(yōu)勢與特點(diǎn)非常的明顯。

（1）適應(yīng)能力非常的強(qiáng)。主要就是因?yàn)檎归_再次優(yōu)化，所以即使面對更加復(fù)雜的工作環(huán)境，所呈現(xiàn)出來的工作效果也會更好一些。有著豐富經(jīng)驗(yàn)的司鉆工作人員，通過科學(xué)的操作，也可以有效降低和減少人為操作所帶來的誤差。

（2）更具可靠性與人性化特點(diǎn)?！白詣涌刂谱鳛楹诵?，人員監(jiān)督成為關(guān)鍵輔助”，這樣的工作模式優(yōu)勢很多，即：明顯降低相關(guān)工作人員的勞動強(qiáng)度，保證在具體生產(chǎn)過程當(dāng)中不會受到任何因素的影響，可以真正實(shí)現(xiàn)有序和順利。通過設(shè)置出偏差值，可以第一時(shí)間為報(bào)警和控制提供幫助與支持。

（3）有效降低風(fēng)險(xiǎn)，真正實(shí)現(xiàn)安全使用。因?yàn)檎嬲龑?shí)現(xiàn)為區(qū)塊的“量身定制”，所以適應(yīng)性非常強(qiáng)，可以節(jié)約更多的支出成本，并且在提高生產(chǎn)水平、效率等方面都可以發(fā)出非常關(guān)鍵的作用。

（4）為技術(shù)革新提供支持與幫助。多個(gè)連續(xù)性區(qū)塊的數(shù)據(jù)采集，最終真正形成一個(gè)綜合性較強(qiáng)的地質(zhì)板塊數(shù)據(jù)庫，即使在后期遇到非常復(fù)雜的工作情況或者是為無人值班作業(yè)技術(shù)的研究，都可以提供支持與幫助。

（5）應(yīng)用的關(guān)鍵對象。此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，在區(qū)塊范圍當(dāng)中，適合展開井位相對密集鉆井工礦，如果同一區(qū)域內(nèi)的井位非常多的，那么此項(xiàng)技術(shù)所呈現(xiàn)出來的優(yōu)勢特點(diǎn)也會非常明顯。

6 展望

伴隨著時(shí)間的不斷推移，安全管理體系的出現(xiàn)以及將“以人為本”作為主要的原則，在提高安全生產(chǎn)水平等方面起到非常關(guān)鍵的作用和意義，同時(shí)，也能夠滿足市場對自動化技術(shù)水平所提出的要求。但是據(jù)了解，國內(nèi)許多石油生產(chǎn)商以及國外用戶都沒有將自己關(guān)注的重點(diǎn)放在購買自動化程度非常高的鉆機(jī)產(chǎn)品上面，之所以會出現(xiàn)這樣的情況，主要就是因?yàn)殂@機(jī)的價(jià)格非常高，而且這樣的產(chǎn)品還存在著些許問題，在滿足不同用戶所提出來的不同要求方面，還存在一些問題，因此，智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用完善，可以在未來無人值班技術(shù)、無人鉆井技術(shù)快速發(fā)展等方面提供幫助與支持。

7 結(jié)語

簡而言之，當(dāng)石油企業(yè)開采工作在展開的過程當(dāng)中，石油鉆機(jī)憑借著自身強(qiáng)大的優(yōu)勢與特點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)用，同時(shí)，對智能化提出更高的要求，雖然說現(xiàn)階段石油鉆機(jī)智能化控制系統(tǒng)還沒有辦法滿足不同工作環(huán)境所提出的要求，但是相關(guān)工作人員必定不會有“畏難”的工作態(tài)度，不斷健全智能控制系統(tǒng)，再通過加入學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)等，幫助石油鉆機(jī)的適應(yīng)能力變得更強(qiáng)一些，降低和減少風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能和概率，更會為相關(guān)技術(shù)的快速革新提供幫助。