淺談石油鉆井自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用

尹東流

（中海油田服務(wù)股份有限公司，河北廊坊 065201）

0 引言

石油能源是重要的戰(zhàn)略能源，對于社會(huì)發(fā)展和國防力量建設(shè)具有重要意義，其生產(chǎn)工藝是國家綜合實(shí)力的體現(xiàn)。石油鉆井技術(shù)是開采石油的關(guān)鍵工藝，石油鉆井技術(shù)會(huì)根據(jù)不同石油的開采環(huán)境進(jìn)行鉆井裝備選擇，其中機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)、液壓驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)、電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)、模塊化鉆機(jī)等大型鉆井設(shè)備為了降低人工操作難度，都會(huì)采用自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行作業(yè)，提高石油鉆井效率，保障鉆井施工安全。但目前在石油鉆井自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用中仍需完善的方面，需要進(jìn)行技術(shù)改善和升級。基于此，本文以石油鉆井裝備自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)為核心內(nèi)容，對石油鉆井自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行分析研究。

1 石油鉆井自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)

石油鉆井施工中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)不僅能減輕石油工人的工作強(qiáng)度，提高鉆井效率，對于施工安全方面也有顯著作用，在石油開采工作中取得了廣泛的實(shí)踐效果。石油鉆井自動(dòng)化技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下4 個(gè)方面。

1.1 智能化勘探技術(shù)

石油勘探是石油鉆井、開采的前提，在石油勘探中利用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)，能夠?qū)Σ煌刭|(zhì)環(huán)境進(jìn)行全方位石油探測，精準(zhǔn)定位石油井位置，為后續(xù)的石油鉆井、開采提供基礎(chǔ)和有力的保障。利用智能化的勘探技術(shù)能夠降低勘探人員的工作難度，利用其智能分析能力來提升技術(shù)人員的勘測工作效率，在具體應(yīng)用中主要表現(xiàn)在以下3 個(gè)方面。

（1）實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)油氣定位，智能化勘探技術(shù)利用GPS 技術(shù)、北斗技術(shù)等衛(wèi)星定位技術(shù)在石油勘探中能夠在最快的時(shí)間內(nèi)找到油氣資源位置，并進(jìn)行油氣井定位。有效提高勘測效率，縮短勘探周期，并利用智能化精準(zhǔn)定位有效的避免人工出錯(cuò)率。通過智能化及大數(shù)據(jù)分析，能夠?qū)Φ叵虏煌挠蜌夥植歼M(jìn)行散點(diǎn)定位，為接下來的鉆井計(jì)劃提供數(shù)據(jù)支撐。

（2）實(shí)現(xiàn)智能評估，智能化勘探技術(shù)利用其電子感應(yīng)設(shè)備，可以對地下200 m 的物質(zhì)進(jìn)行全方位探測，針對區(qū)域的油氣分布、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、油氣含量、地質(zhì)條件等進(jìn)行詳細(xì)勘測，并進(jìn)行有效的畫面?zhèn)鬏?，幫助勘探人員更好地了解地下實(shí)際情況。智能化勘探技術(shù)也能根據(jù)所勘測的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能評估，分析出該區(qū)域油井的開采價(jià)值和開采強(qiáng)度。為后期施工做有效的評估。

（3）自動(dòng)化數(shù)據(jù)分析功能，針對智能勘探中收集的大量數(shù)據(jù)和地下畫面，借助計(jì)算機(jī)軟件的自動(dòng)分析功能，能夠?qū)睖y數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的量化處理，針對油井內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、油氣分布、地質(zhì)情況等指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)分析，為后續(xù)的石油鉆井和開采計(jì)劃提供參考依據(jù)。

1.2 儲(chǔ)存虛擬化技術(shù)

石油鉆井工作中會(huì)產(chǎn)生大量的信息數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的處理和儲(chǔ)存關(guān)乎整個(gè)鉆井施工工作的有序推進(jìn)。儲(chǔ)存虛擬化技術(shù)正是石油鉆井工作中針對數(shù)據(jù)儲(chǔ)存處理工作創(chuàng)新的關(guān)鍵技術(shù)，有效地將計(jì)算機(jī)信息技術(shù)與石油技術(shù)相融合，使得石油鉆井?dāng)?shù)據(jù)存儲(chǔ)擁有了大量的儲(chǔ)存空間，有效提高了資源利用率，具體功能如下。

（1）實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展作用。在傳統(tǒng)的石油鉆井過程中，只能通過特定的儲(chǔ)存設(shè)備對鉆井過程中資料和數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存和利用，不僅增加了數(shù)據(jù)資源處理成本，本身對于數(shù)據(jù)資源的使用也具有一定的局限性，在虛擬化儲(chǔ)存技術(shù)中，能夠借助計(jì)算機(jī)運(yùn)算、空間語言編程來改善傳統(tǒng)石油鉆井的存儲(chǔ)容量的局限性，利用虛擬技術(shù)來進(jìn)行動(dòng)態(tài)擴(kuò)展儲(chǔ)存空間，優(yōu)化計(jì)算機(jī)軟件運(yùn)算效率，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)技術(shù)對于數(shù)據(jù)資源的精準(zhǔn)控制，提高信息資源運(yùn)用效率。

（2）實(shí)現(xiàn)復(fù)合分層。儲(chǔ)存虛擬化技術(shù)將石油鉆井?dāng)?shù)據(jù)資源進(jìn)行云平臺(tái)儲(chǔ)存管理，并借助大數(shù)據(jù)技術(shù)建立石油鉆井?dāng)?shù)據(jù)庫，根據(jù)數(shù)據(jù)的種類和功能進(jìn)行整合分層，按照標(biāo)準(zhǔn)的指令進(jìn)行劃分儲(chǔ)存。在數(shù)據(jù)利用中，鉆井工作人員可以根據(jù)自身的工作需求最快速的獲取全面的信息數(shù)據(jù)，幫助石油鉆井工作人員在施工作業(yè)中獲取到最佳信息數(shù)據(jù)，保障鉆井施工的有序推進(jìn)，提高工作效率。

（3）具備較強(qiáng)的容錯(cuò)能力。儲(chǔ)存虛擬化技術(shù)在應(yīng)用中，石油鉆井?dāng)?shù)據(jù)是通過計(jì)算機(jī)信息技術(shù)來控制處理，但是儲(chǔ)存空間是在于云端，這樣有效的避免了因?yàn)橛?jì)算機(jī)或者儲(chǔ)存設(shè)備遭受破損、外界入侵等問題造成數(shù)據(jù)資源破損、丟失。云端儲(chǔ)存的安全性、備份性有效提升了鉆井?dāng)?shù)據(jù)資源的容錯(cuò)性，能夠在數(shù)據(jù)處理錯(cuò)誤可以通過云端進(jìn)行恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫的安全管理。

1.3 智能鉆柱技術(shù)

智能鉆柱技術(shù)是實(shí)現(xiàn)石油鉆井智能化的關(guān)鍵技術(shù)，能夠通過井下至地面的雙向通信及動(dòng)力傳輸功能改善傳統(tǒng)鉆井導(dǎo)線技術(shù)的弊端，能提高鉆井作業(yè)的安全性和高效性，降低鉆井作業(yè)中出現(xiàn)的安全性問題。智能鉆柱技術(shù)采用光纖技術(shù)，以分布式的方式來進(jìn)行傳感器設(shè)備配置，實(shí)現(xiàn)地上—井下雙向電力傳輸，將地下鉆井作業(yè)對應(yīng)的輸送功能和鉆井相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)記錄，并實(shí)時(shí)傳輸至地面工作人員，以此來高效獲取數(shù)據(jù)評估結(jié)果，保障鉆井作業(yè)的高效進(jìn)行。

1.4 調(diào)控自動(dòng)化技術(shù)

調(diào)控自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，能夠?yàn)槭豌@井作業(yè)構(gòu)建良好的信息數(shù)據(jù)平臺(tái)。調(diào)控自動(dòng)化技術(shù)能夠?qū)κ豌@井作業(yè)的工作細(xì)節(jié)和施工流程進(jìn)行細(xì)節(jié)調(diào)控，保障石油鉆井工作的安全高效運(yùn)轉(zhuǎn)，具體表現(xiàn)在以下3 個(gè)方面。

（1）實(shí)現(xiàn)石油鉆井自動(dòng)操作。在石油鉆井工作中利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、無線互聯(lián)通信技術(shù)來進(jìn)行操作指令發(fā)布，實(shí)現(xiàn)鉆井設(shè)備的自動(dòng)化作業(yè)。調(diào)控自動(dòng)化技術(shù)通過建立調(diào)控平臺(tái)，對不同環(huán)節(jié)的鉆井設(shè)備作業(yè)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，打破傳統(tǒng)鉆井作業(yè)的局限性和人為操作受限于經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)、知識(shí)積累等方面，提升石油鉆井工作的自動(dòng)化水平和安全性能。

（2）實(shí)現(xiàn)石油鉆井工作中邏輯表達(dá)技術(shù)應(yīng)用。調(diào)控自動(dòng)化技術(shù)通過借助虛擬化儲(chǔ)存技術(shù)的數(shù)據(jù)資源來實(shí)現(xiàn)邏輯表達(dá)技術(shù)應(yīng)用，針對石油鉆井工作中各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯處理，讓鉆井作業(yè)流程符合邏輯標(biāo)準(zhǔn)，提升鉆井施工中各項(xiàng)優(yōu)化措施的使用率，起到優(yōu)化石油鉆井施工工藝的作用。

（3）實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)貢獻(xiàn)。調(diào)控自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用取決于石油鉆井的信息數(shù)據(jù)共享，調(diào)控自動(dòng)化技術(shù)借助智能鉆柱技術(shù)收集地下鉆井?dāng)?shù)據(jù)，針對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行合理分析，并結(jié)合數(shù)據(jù)結(jié)果對鉆井設(shè)備進(jìn)行調(diào)控操作。

2 石油鉆井自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

石油鉆井自動(dòng)化技術(shù)最大的作用就是讓石油鉆井工作自動(dòng)化作業(yè)，監(jiān)控系統(tǒng)則是鉆井設(shè)備自動(dòng)化作業(yè)的重要保障，不僅能起到分析鉆井作業(yè)程序、優(yōu)化鉆井作業(yè)操作的目的，也能起到風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、事后評估的作用，在監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)踐應(yīng)用中，利用計(jì)算機(jī)軟件對鉆井設(shè)備作業(yè)的數(shù)據(jù)和進(jìn)度進(jìn)行收集，并且在短時(shí)間內(nèi)形成評估報(bào)告，幫助作業(yè)人員更清晰的評估作業(yè)進(jìn)程和井下具體情況。作業(yè)完成后，也能通過監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行作業(yè)回顧，來優(yōu)化作業(yè)流程，提高自動(dòng)化作業(yè)水平。特別是針對某些難度大、地質(zhì)特殊的鉆井環(huán)境，可以利用監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬鉆井，挖掘出鉆井施工中可能存在問題，并作出針對性方案和措施，優(yōu)化石油鉆井作業(yè)方案，提高鉆井施工水平。

2.2 石油鉆井設(shè)備的應(yīng)用

鉆井設(shè)備是石油鉆井開采的基礎(chǔ)，鉆井設(shè)備的自動(dòng)化能夠有效的減輕施工人員的工作難度，提高鉆井工作效率，也能提高施工人員的安全系數(shù)，降低風(fēng)險(xiǎn)源。自動(dòng)化鉆井設(shè)備能夠利用計(jì)算機(jī)指令進(jìn)行獨(dú)立完成鉆井施工作業(yè)，實(shí)現(xiàn)無人工操作。

2.3 通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

利用智能鉆井技術(shù)的雙向出傳輸功能，實(shí)現(xiàn)地面與的井下作業(yè)的信息有效傳遞，在自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，建立通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)井下數(shù)據(jù)的高效收集，也能結(jié)合虛擬化儲(chǔ)存技術(shù)來擴(kuò)充數(shù)據(jù)信息傳輸量，為鉆井作業(yè)提供及時(shí)的數(shù)據(jù)參考，幫助作業(yè)人員更加科學(xué)、合理地評估鉆井作業(yè)條件和優(yōu)化鉆井工藝。

3 石油鉆井自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1 鉆井設(shè)備的智能化、自動(dòng)化發(fā)展

在石油企業(yè)發(fā)展中，鉆井施工將向智能化、自動(dòng)化的方向發(fā)展，對石油鉆井設(shè)備進(jìn)行智能化、自動(dòng)化水平提升是技術(shù)創(chuàng)新的重要途徑，智能鉆井技術(shù)、智能化勘探技術(shù)的應(yīng)用將催生一系列的智能化鉆井設(shè)備。

3.2 遠(yuǎn)程控制技術(shù)的應(yīng)用

隨著5G 技術(shù)的應(yīng)用，在石油鉆井施工中能夠借助5G 互聯(lián)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，在鉆井作業(yè)中實(shí)現(xiàn)智能化鉆井，降低人工操作率，提升施工安全和鉆井工作效率。針對鉆井機(jī)械設(shè)備進(jìn)行一體化定制，利用終端遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)對鉆井設(shè)備的作業(yè)進(jìn)行有效控制，利用計(jì)算機(jī)的程序化指令來優(yōu)化鉆井工藝，提升石油企業(yè)工作效率。如在鉆井作業(yè)中利用5G 互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將一體化的鉆井設(shè)備接入到遠(yuǎn)程控制技術(shù)中，進(jìn)行統(tǒng)一指令控制管理。利用智能化勘探技術(shù)對鉆井環(huán)境、地質(zhì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行評估報(bào)告分析，找到最佳井口位置，通過遠(yuǎn)程控制技術(shù)來對井口機(jī)型鉆井操作，并輔助其他鉆井設(shè)備，實(shí)現(xiàn)鉆井作業(yè)。

在施工過程中利用監(jiān)控系統(tǒng)來獲取作業(yè)數(shù)據(jù)信息，及時(shí)根據(jù)井下作業(yè)情況來調(diào)整指令，實(shí)現(xiàn)無人化鉆井作業(yè)，不僅能利用計(jì)算機(jī)程序指令的細(xì)節(jié)性來優(yōu)化鉆井工藝，也能提高鉆井作業(yè)效率和鉆井進(jìn)度。

3.3 鉆井自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的管理

未來智能化鉆井技術(shù)中，對于鉆井作業(yè)的管理會(huì)由操作人員管理轉(zhuǎn)向?yàn)樽詣?dòng)化技術(shù)管理，因此石油企業(yè)在鉆井工作中，首先要進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，成立專門管理部門，對智能化程序和鉆井設(shè)備進(jìn)行集中管理，避免出現(xiàn)因?yàn)橛?jì)算機(jī)語言或程序故障造成施工誤差。其次，要開發(fā)對應(yīng)的預(yù)警機(jī)制，智能化鉆井技術(shù)對于鉆井作業(yè)完全依靠計(jì)算機(jī)指令，不具備鉆井經(jīng)驗(yàn)，因此對于在鉆井作業(yè)中地質(zhì)環(huán)境、鉆井環(huán)境的變化要做到及時(shí)預(yù)警，幫助管理人員及時(shí)調(diào)整鉆井工藝，修改作業(yè)指令，保障鉆井作業(yè)的有序運(yùn)轉(zhuǎn)。