國(guó)內(nèi)修井機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望

摘"" 要：從修井機(jī)型譜、動(dòng)力、節(jié)能、維護(hù)和標(biāo)準(zhǔn)化等方面，分析了國(guó)內(nèi)修井機(jī)技術(shù)和應(yīng)用現(xiàn)狀，指出了修井機(jī)存在的問題。闡述了修井機(jī)自動(dòng)化設(shè)備及其控制系統(tǒng)技術(shù)和應(yīng)用現(xiàn)狀，并從散熱、集成控制技術(shù)、控制邏輯等方面指出了自動(dòng)化修井機(jī)存在的問題，提出了修井機(jī)“ZMS策略”、“三?！薄ⅰ叭Ｗo(hù)”以及“手、自、遙”多元控制技術(shù)等概念，修井機(jī)應(yīng)向高端、綠色、智能方向發(fā)展。研究結(jié)果可為新型修井機(jī)研制與應(yīng)用提供借鑒。

關(guān)鍵詞：修井機(jī);自動(dòng)化;智能化;綠色;展望

中圖分類號(hào)：TE935""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A"""""" doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2025.01.003

文章編號(hào)：1001-3482（2025）01-0012-07

收稿日期： 2024-07-14

基金項(xiàng)目： 中國(guó)石化設(shè)備采購項(xiàng)目“小修電池儲(chǔ)能修井機(jī)”（ZZ00202207039772 ）;中國(guó)石化設(shè)備采購項(xiàng)目“井下作業(yè)自動(dòng)化裝備”（QF00202205195959） 。

作者簡(jiǎn)介： 何軍國(guó)（1970-），男，湖南益陽人，教授級(jí)高級(jí)工程師，碩士，現(xiàn)從事石油鉆采裝備研發(fā)，E-mail：jg-hjn@163.com。

Current Status and Trends of Workover Rig Technology in China

HE Junguo

（RG Petro-Machinery Group Co.，Ltd.，Nanyang 473006，China）

Abstract： The current status of workover rig technology and application in China was analyzed in terms of workover rig type， performance， energy saving， maintenance and standardization. Existing problems of workover rigs were presented. The automatic equipment and control system technology of workover rigs were analyzed， and the application and existing problems of heat dissipation， integrated control technology， and control logic were also described. The concept of \"ZMS strategy\"， \"three-stop\"， \"three-protection\"， \"manual， automatic， and remote\" multi-control technology were put forward. The development direction of the workover rig to high-end， green， and？intelligent was proposed. It provides a reference for the development and application of a new type of workover rigs.

Key words： workover rig; automation; intelligence; green; prospect

為實(shí)現(xiàn)國(guó)家“碳達(dá)峰、碳中和”雙碳目標(biāo)，油氣裝備正在朝著綠色、智能方向發(fā)展。生活數(shù)字化和便利化改變了人們思想，重體力勞動(dòng)行業(yè)向“操控安全、舒適，低作業(yè)強(qiáng)度”進(jìn)行變革。我國(guó)修井機(jī)自動(dòng)化技術(shù)和裝備取得快速發(fā)展[1-4]。尤其是中國(guó)石化從2011年開始對(duì)修井機(jī)自動(dòng)化進(jìn)行布局，按照“機(jī)器化替人、自動(dòng)化減人到智能化無人”的思路，穩(wěn)步推進(jìn)機(jī)械修井機(jī)升級(jí)改造。自動(dòng)化修井機(jī)從2000年開始取得實(shí)質(zhì)性突破，截至2023年，大部分機(jī)械修井機(jī)已更換為自動(dòng)化修井機(jī)，并在勝利油田、中原油田、河南油田等油田建立了27個(gè)自動(dòng)化修井作業(yè)示范區(qū)。近年來，中國(guó)石油也全面啟動(dòng)修井機(jī)自動(dòng)化改造和升級(jí)換代工作。中國(guó)海油則按照成熟一個(gè)，應(yīng)用一個(gè)的思路，逐步應(yīng)用自動(dòng)化修井工具或成套設(shè)備。

以市場(chǎng)為導(dǎo)向，國(guó)內(nèi)修井機(jī)設(shè)計(jì)符合模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、輕量化、系列化設(shè)計(jì)和差異化配置要求，整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。但自動(dòng)化修井機(jī)仍存在自動(dòng)化作業(yè)流程不成熟、自動(dòng)化設(shè)備故障處理依賴OEM技術(shù)人員、修井機(jī)智能化尚有許多技術(shù)難題需要攻克等問題。

1 修井機(jī)總體技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 修井機(jī)型譜系列化

按照GB/T 23505—2017 《石油天然氣工業(yè) 鉆機(jī)和修井機(jī)》對(duì)修井機(jī)鉤載能力的劃分，目前市場(chǎng)能夠提供額定鉤載從350 kN到2 250 kN系列產(chǎn)品，且自動(dòng)化修井機(jī)逐步取代機(jī)械修井機(jī)。

按作業(yè)場(chǎng)所劃分，適應(yīng)各種井場(chǎng)的修井機(jī)均有產(chǎn)品應(yīng)用，包括陸地常規(guī)修井機(jī)、沙漠修井機(jī)、沼澤修井機(jī)、山地修井機(jī)、雨林修井機(jī)、海洋修井機(jī)等。

修井機(jī)研制廠家有南陽二機(jī)石油裝備集團(tuán)股份有限公司、中石化四機(jī)石油機(jī)械有限公司、天津市東方先科石油機(jī)械有限公司、蘭州蘭石石油裝備工程有限公司等。

1.2 修井機(jī)動(dòng)力多樣化

為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，修井機(jī)由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)為主走向油電雙驅(qū)及純電驅(qū)。最大鉤載900 kN以下噸位修井機(jī)發(fā)展純電驅(qū)修井機(jī)。最大鉤載900 kN及以上修井機(jī)以油電雙驅(qū)為主，柴油機(jī)主要作為行走動(dòng)力，電動(dòng)機(jī)作為作業(yè)動(dòng)力，且修井作業(yè)用柴油機(jī)基本完成國(guó)產(chǎn)化替代，如濰柴系列發(fā)動(dòng)機(jī)替代CAT系列發(fā)動(dòng)機(jī)。相對(duì)柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)或電驅(qū)動(dòng)修井機(jī)，液壓驅(qū)動(dòng)修井機(jī)在拖掛修井機(jī)或特種修井機(jī)上得到應(yīng)用，例如不壓井修井機(jī)、海上液壓舉升裝置等。

1.3 修井機(jī)作業(yè)節(jié)能化

900 kN及以下噸位修井機(jī)大多采用網(wǎng)電儲(chǔ)能電驅(qū)動(dòng)。修井機(jī)儲(chǔ)能方式包括電容儲(chǔ)能、電池儲(chǔ)能、液流儲(chǔ)能、飛能儲(chǔ)能等，目前主要采用磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能，電池廠家有寧德時(shí)代、中航鋰電、億緯鋰能等。網(wǎng)電儲(chǔ)能修井機(jī)優(yōu)先使用井口或發(fā)電機(jī)組電源，電池組也可作為動(dòng)力源單獨(dú)作業(yè)。儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池包及BMS通過四象限D(zhuǎn)C-DC變流器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充電和放電，為修井作業(yè)提供持續(xù)電力補(bǔ)償及重載下放鉆具時(shí)的能量回收。在儲(chǔ)能的同時(shí)，對(duì)修井機(jī)下放勢(shì)能進(jìn)行回收，進(jìn)一步減少了修井能耗，相對(duì)傳統(tǒng)柴油機(jī)作業(yè)，網(wǎng)電儲(chǔ)能修井機(jī)節(jié)約修井能耗65%以上，網(wǎng)電儲(chǔ)能原理如圖1所示。

電動(dòng)液壓泵、電動(dòng)空壓機(jī)等采用低功耗設(shè)計(jì)，具備自動(dòng)啟停功能。修井機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)負(fù)荷調(diào)整功率分配，減少能耗。

1.4 修井機(jī)維護(hù)便利化

結(jié)合傳感器精度與作業(yè)容許偏差，科學(xué)標(biāo)定程序設(shè)定值與傳感器測(cè)得值的偏差，超出標(biāo)定偏差判定為故障。通過高精度傳感器，先進(jìn)信息傳輸技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)等，建立修井機(jī)監(jiān)控及故障遠(yuǎn)程專家診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行參數(shù)的采集、遠(yuǎn)傳、儲(chǔ)存、查看、打印、報(bào)警、外部通訊以及故障的遠(yuǎn)程修復(fù)等，提高了修井機(jī)維護(hù)便利性。

修井機(jī)運(yùn)行參數(shù)包括但不限于游車參數(shù)（高度、速度、鉤載）、鉆壓、大繩千牛米、立管壓力、轉(zhuǎn)盤參數(shù)（扭矩、轉(zhuǎn)速）、吊鉗扭矩、泵沖、泥漿參數(shù)（密度、液位、返漿流量）、液壓系統(tǒng)參數(shù)（壓力、油溫、油質(zhì)）、氣路系統(tǒng)壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)（轉(zhuǎn)速、油壓、油耗、油量、水溫）、電動(dòng)機(jī)參數(shù)（轉(zhuǎn)速、電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、溫度）、動(dòng)力電池參數(shù)（電壓、電流、溫度等）、電驅(qū)動(dòng)控制參數(shù)（AFE整流、變頻器、DC-DC變流器等參數(shù)）、載車傾斜角度、井架參數(shù)（安全鎖銷狀態(tài)、傾角）、氣動(dòng)水冷輔助剎車參數(shù)（流量、水溫、水壓、氣壓）、起下鉆井口防噴狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)（風(fēng)速、氣溫、位置）、修井機(jī)運(yùn)行時(shí)間等等，根據(jù)修井作業(yè)需要和修井機(jī)配置選配不同參數(shù)，參數(shù)經(jīng)PLC和RTU收集處理，處理后的數(shù)據(jù)可在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行人機(jī)交互，同時(shí)通過RTU發(fā)送到云端，傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。二維碼銘牌如圖2所示，二維碼標(biāo)識(shí)在修井機(jī)上的應(yīng)用方便查閱設(shè)備信息。

1.5 修井機(jī)標(biāo)準(zhǔn)體系化

目前已形成相對(duì)完善的修井機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化體系，既包括GB/T、SY/T等標(biāo)準(zhǔn)，還包括了近三年來新制訂的T/CPI及T/CPSI標(biāo)準(zhǔn)。其中，GB/T、SY/T總結(jié)國(guó)內(nèi)技術(shù)，吸納了ISO、API、DNV-GL等國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，從修井機(jī)總體到部件，涵蓋了技術(shù)、產(chǎn)品、檢驗(yàn)等多個(gè)方面內(nèi)容，形成100多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。T/CPI及T/CPSI則結(jié)合了國(guó)內(nèi)有代表性企業(yè)的典型做法，對(duì)GB/T、SY/T未涉及產(chǎn)品或技術(shù)進(jìn)行歸納、總結(jié)，形成了具有共性要求的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)有修井機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化體系既指導(dǎo)修井機(jī)研發(fā)與應(yīng)用，又促進(jìn)修井機(jī)技術(shù)發(fā)展，起到了標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)和質(zhì)量支撐的作用。

1.6 修井機(jī)存在的技術(shù)問題

機(jī)械式修井機(jī)自上世紀(jì)九十年代從國(guó)外引進(jìn)到國(guó)產(chǎn)替代，經(jīng)過三十多年的發(fā)展，已技術(shù)可靠，應(yīng)用成熟。自動(dòng)化修井機(jī)經(jīng)過本世紀(jì)十多年的摸索，近年來取得快速發(fā)展。但面對(duì)新時(shí)代“高端、綠色、智能”的要求，需要進(jìn)一步提高修井機(jī)自動(dòng)化程度及自動(dòng)控制性能穩(wěn)定性。

2 修井機(jī)自動(dòng)化技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 自動(dòng)化工具和設(shè)備發(fā)展迅速

修井用自動(dòng)化工具和設(shè)備常用類型如表1所示。近幾年來，一方面?zhèn)€別鉆機(jī)自動(dòng)化工具和設(shè)備用于修井自動(dòng)化，另一方面修井專用自動(dòng)化工具和設(shè)備取得快速發(fā)展，修井自動(dòng)化設(shè)備研制廠家有南陽二機(jī)石油裝備集團(tuán)股份有限公司、三一能源裝備有限公司、勝利油田勝機(jī)石油裝備有限公司、北京捷杰西石油設(shè)備有限公司等。

鉆臺(tái)面管桿自動(dòng)扶正或擺放裝置、二層臺(tái)自動(dòng)排管裝置的位置精度通常取3～5 mm，單個(gè)動(dòng)作周期通常為30～45 s。

在各類修井自動(dòng)化工具和設(shè)備中，動(dòng)力貓道種類相對(duì)較多，品種齊全。從貓道移運(yùn)方式來說，既有橇裝式，又有拖掛式;從驅(qū)動(dòng)方式來說，既有全液壓式，又有全電驅(qū)式;從管桿上下鉆臺(tái)來說，既有折疊舉升式、單臂舉升式，雙臂舉升式，又有垂直翻轉(zhuǎn)式;按管桿進(jìn)出動(dòng)力貓道方式又分為推滾式、鉤臂式、抓手式、磁吸式等結(jié)構(gòu)。

2.2 自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用廣泛

目前關(guān)鍵修井工藝基本實(shí)現(xiàn)流程化一鍵操作，如一鍵上管桿（包括自動(dòng)測(cè)長(zhǎng)及涂抹絲扣油）、一鍵甩鉆、一鍵起鉆、一鍵下鉆、一鍵搶噴、一鍵緊急關(guān)井等，且一些自動(dòng)化控制系統(tǒng)獲得了軟件著作權(quán)[16-17]。開發(fā)自動(dòng)化控制程序，除修井機(jī)生產(chǎn)廠家外，還有專業(yè)的電控生產(chǎn)廠家，如北京四利通控制技術(shù)股份有限公司、北京西威嘉業(yè)科技有限公司、天津同創(chuàng)達(dá)科電氣設(shè)備有限公司、天津瑞靈石油設(shè)備股份有限公司等。

小修作業(yè)主要為提升與下放作業(yè)，容易實(shí)現(xiàn)修井全過程自動(dòng)化，小修綜合作業(yè)效率達(dá)35～48 根/h。大修作業(yè)工藝相對(duì)復(fù)雜且不固定，自動(dòng)化控制系統(tǒng)尚不成熟，大多采取半自動(dòng)化方式，大修綜合作業(yè)效率達(dá)25～38 根/h。

變頻器、傳感器、伺服電機(jī)等在內(nèi)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備或元器件以進(jìn)口為主。自動(dòng)化控制系統(tǒng)用傳感器包括旋轉(zhuǎn)編碼器、接近式編碼器、膠囊式壓力傳感器、拉力傳感器、拉線式行程傳感器、超聲波液位傳感器、渦磁式流量傳感器、三軸陀螺儀角度傳感器、全金屬風(fēng)速傳感器等。伺服電機(jī)、伺服電缸在自動(dòng)化修井機(jī)中廣泛應(yīng)用，技術(shù)成熟。

聯(lián)動(dòng)控制與互鎖技術(shù)的應(yīng)用提高了修井機(jī)安全性。例如，通過絞車和游車運(yùn)行參數(shù)與盤剎自動(dòng)控制系統(tǒng)集成，自動(dòng)控制盤剎工作鉗、安全鉗、剎車氣缸、輔助剎車等，實(shí)現(xiàn)超速自動(dòng)減速、緩降、軟著陸，防止游車大鉤上碰、下砸。

VI技術(shù)在自動(dòng)化修井機(jī)中逐步應(yīng)用。應(yīng)用VI技術(shù)對(duì)管桿本體及接箍進(jìn)行圖相識(shí)別和分析，精準(zhǔn)判斷其坐標(biāo)位置，實(shí)現(xiàn)管桿運(yùn)動(dòng)、上卸扣全過程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，代替人眼識(shí)別和人工判斷，確保接箍的準(zhǔn)確連接與分離，助力實(shí)現(xiàn)連續(xù)起下管桿流程的自動(dòng)化。VI設(shè)備及技術(shù)滿足油基、水基、絲扣油、雨天、夜晚、強(qiáng)光等復(fù)雜環(huán)境下的精確識(shí)別要求[18-19]。

司鉆控制系統(tǒng)對(duì)關(guān)鍵作業(yè)參數(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)顯與圖顯相結(jié)合，二層臺(tái)管桿排放設(shè)計(jì)界面如圖3所示，既實(shí)時(shí)顯示二層臺(tái)管桿排放數(shù)量，又實(shí)時(shí)圖示管桿排放位置。小修井絞車控制設(shè)計(jì)界面如圖4所示，既實(shí)時(shí)顯示游動(dòng)系統(tǒng)在井架的高度數(shù)值，又圖示在井架的工作位置;指重表既圖示鉤載，又有數(shù)字顯示。

區(qū)域安全管理系統(tǒng)（ZMS）嵌入自動(dòng)化控制系統(tǒng)。如表2所示為 ZMS策略表，ZMS可保障修井機(jī)各項(xiàng)動(dòng)作的關(guān)聯(lián)滿足防碰撞、防墜落、防拉扯的要求，

例如游車下放甩鉆時(shí)，貓道滑車應(yīng)同時(shí)下滑，防止管桿上端頂井架;往二層臺(tái)排管時(shí)，在鐵架工機(jī)械手關(guān)閉前，不能打開吊卡，防止管桿墜落;液壓鉗上扣時(shí)，不能提升游車等。"

2.3 自動(dòng)化作業(yè)系統(tǒng)存在的問題及應(yīng)對(duì)措施

2.3.1 設(shè)備或系統(tǒng)發(fā)熱需要治理

需要充分考慮自動(dòng)化修井機(jī)傳動(dòng)部件的散熱，防止齒輪箱、鏈條箱、傳動(dòng)軸等過快磨損。

電氣設(shè)備或其控制系統(tǒng)發(fā)熱，影響工作穩(wěn)定性，甚至損壞設(shè)備。電池、電氣設(shè)備及控制柜等需要采用耐熱材料和易散熱結(jié)構(gòu)，并且采取強(qiáng)制通風(fēng)或冷卻措施。

為防止液壓系統(tǒng)元器件損壞或系統(tǒng)性能下降，必要時(shí)設(shè)計(jì)液壓油強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)。液壓修井機(jī)通常采用負(fù)載敏感技術(shù)來降低能耗，減少系統(tǒng)發(fā)熱。

空壓機(jī)及控制箱除了需要適應(yīng)野外作業(yè)的能力，滿足防雨防塵防振的要求，也需要有足夠的潤(rùn)滑，根據(jù)控制邏輯自動(dòng)啟停冷卻風(fēng)機(jī)，防止空壓機(jī)軸承及電機(jī)燒毀。

2.3.2 司鉆集成控制技術(shù)有待提高

目前司鉆控制大多為分散式控制或部分集成式控制，控制系統(tǒng)復(fù)雜容易導(dǎo)致操作者疲勞、操作失誤。

司鉆集成控制座椅如圖5所示，司鉆控制系統(tǒng)需要集成所有設(shè)備的控制，例如數(shù)字管桿盒、自動(dòng)貓道、鉆臺(tái)扶正手、鐵鉆工、動(dòng)力吊卡、二層臺(tái)自動(dòng)排管裝置、頂驅(qū)、泥漿泵、井控系統(tǒng)等。修井機(jī)大多采用單司鉆控全程的模式。

按照修井工藝要求，區(qū)分經(jīng)常動(dòng)作、偶爾動(dòng)作與應(yīng)急動(dòng)作，重點(diǎn)監(jiān)控參數(shù)與輔助監(jiān)控參數(shù)，對(duì)操控屏進(jìn)行科學(xué)分屏設(shè)計(jì)和分畫面設(shè)計(jì)。

2.3.3 自動(dòng)控制邏輯的合理性有待優(yōu)化

自動(dòng)化控制系統(tǒng)需要在安全、可靠、適用的基礎(chǔ)上再追求先進(jìn)性和高效性。

網(wǎng)電儲(chǔ)能修井機(jī)電池備用模式下，例如給生活營(yíng)區(qū)供電，可采用滿充滿放模式。而修井作業(yè)時(shí)則須留有一定的充放裕度，例如電池在滿電情況下重載下放，無法充電進(jìn)行勢(shì)能回收，可能出現(xiàn)電機(jī)反拖失效，產(chǎn)生大量熱能，且能耗制動(dòng)又不能滿足剎車要求時(shí)，若主剎車也反應(yīng)不及時(shí)，則容易出現(xiàn)溜鉆現(xiàn)象，因此需要優(yōu)化電池充放電程序，避免上述現(xiàn)象發(fā)生。為便于電量校準(zhǔn)，通常需要對(duì)電池每月充滿一次。在滿電情況下，立即下放管桿需要預(yù)先放電2%以上，防止下砸的安全距離宜設(shè)置在1.5 m以上。

BMS具備開機(jī)自檢、數(shù)據(jù)采集、SOC估算、故障實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、均衡保護(hù)、通訊、熱管理等功能。修井機(jī)的BMS、電控系統(tǒng)（ECS）與修井工藝三者之間需要有機(jī)融合。電池具有快速的充放電特性，充放電可快速切換，絞車突然下放重載及重載快速剎車時(shí)，控制直流母線不出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象，逆向發(fā)電不應(yīng)回饋井場(chǎng)電網(wǎng)，以免對(duì)電網(wǎng)形成沖擊。

BMS觸發(fā)電池保護(hù)可能導(dǎo)致ECS無法工作。BMS與ECS控制邏輯表如表3所示，當(dāng)電池出現(xiàn)一般報(bào)警現(xiàn)象時(shí)，ECS應(yīng)能操控修井機(jī)降速、降功使用或延遲停機(jī)，以保證井架內(nèi)運(yùn)行的管桿下放到井口并座實(shí)或者處理完其它應(yīng)急作業(yè)。電池溫度監(jiān)控參數(shù)需要按充電和放電兩種狀態(tài)設(shè)置不同參數(shù)，充電狀態(tài)高溫限值比放電狀態(tài)要小2～3 ℃，夏季高溫限值比冬季設(shè)置要小。儲(chǔ)能作業(yè)應(yīng)考慮井場(chǎng)可充電與無充電兩種情況。

空壓機(jī)啟停壓力與修井機(jī)用氣壓力匹配，才能保證作業(yè)正常進(jìn)行。假定氣動(dòng)盤剎安全鉗工作壓力低于0.7 MPa，則觸發(fā)低氣壓自動(dòng)剎車。氣路系統(tǒng)壓力大于0.9 MPa時(shí)，空壓機(jī)自動(dòng)停機(jī)，低于0.6 MPa時(shí)，空壓機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)。當(dāng)空壓機(jī)處于自動(dòng)停機(jī)而不會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)的壓力區(qū)間0.6～0.7 MPa之間時(shí)，可能導(dǎo)致意外剎車。

吊環(huán)偏擺角度信號(hào)獲取或傳輸采用電池供電時(shí)，需要設(shè)計(jì)為低功耗系統(tǒng)[20]，以提高一次充電后持續(xù)正常工作時(shí)間，并具備低電壓報(bào)警功能，防止由于低電或無電情況下無法工作，甚至發(fā)生意外碰撞。

車裝修井機(jī)二層臺(tái)采用吊繩結(jié)構(gòu)，工作位置容易受到風(fēng)載荷、立根偏置的影響，預(yù)設(shè)位置的鐵架工機(jī)械手需要有較大卡持范圍，或者配置VI系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整機(jī)械手工作位置與工作行程，才能準(zhǔn)確抓取或釋放相應(yīng)管桿。

自動(dòng)修井作業(yè)程序的設(shè)定需要把風(fēng)速等級(jí)與作業(yè)許可相結(jié)合，例如風(fēng)速大于6級(jí)時(shí)，不能進(jìn)行井架起升。

應(yīng)急“三?！敝竼蝹€(gè)設(shè)備停機(jī)、多個(gè)設(shè)備聯(lián)動(dòng)停機(jī)、切斷系統(tǒng)動(dòng)力總停機(jī)，即“單停、聯(lián)停、總?！比Ｊ剑瑔蝹€(gè)設(shè)備急停不能影響其它設(shè)備的使用。設(shè)備聯(lián)鎖控制應(yīng)基于設(shè)備保護(hù)、人員保護(hù)、作業(yè)保護(hù)的“三保護(hù)”機(jī)制。

3 發(fā)展方向展望

3.1 從深井走向特深井

“雙魚001-H6井”深9 010 m，“躍進(jìn)3-3XC井”深9 432 m，“深地塔科1井”突破萬米，標(biāo)志著我國(guó)鉆井深度實(shí)現(xiàn)新的突破。隨著油氣田特深井的出現(xiàn)，超出現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)界定的特深井修井裝備成為必然。

3.2 從高能耗走向綠色節(jié)能

1） 新能源修井機(jī)成為主要發(fā)展方向。

按照國(guó)家積極培育新興產(chǎn)業(yè)和未來產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃，伴隨各大油田電網(wǎng)持續(xù)升級(jí)，儲(chǔ)能電池技術(shù)快速發(fā)展，電池容量加大、充電時(shí)間縮短及使用壽命延長(zhǎng)，陸地油田專用全電驅(qū)車輛里程焦慮將逐步得到解決，大噸位油電雙驅(qū)修井機(jī)也將得到進(jìn)一步發(fā)展。綜合利用“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)”一體化精細(xì)化用能技術(shù)，通過變配電設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化、設(shè)備錯(cuò)峰用電、“削峰填谷”、發(fā)電機(jī)組余電利用、作業(yè)勢(shì)能回收等措施，優(yōu)化油氣田生產(chǎn)，降低修井作業(yè)成本。

未來隨著“制、儲(chǔ)、運(yùn)、用”氫能技術(shù)逐步走向成熟，涉氫關(guān)鍵材料性能成熟穩(wěn)定，氫泄漏、氫脆、氫爆炸等安全隱患得以解決，氫能源發(fā)動(dòng)機(jī)、氫燃料電池在修井機(jī)上應(yīng)用將成為可能。

2） 環(huán)保修井機(jī)倍受關(guān)注。

一方面減少修井機(jī)用油設(shè)備，設(shè)備以電代油，采用太陽能等措施，減少碳排放量。另一方面對(duì)污油、污水、污泥等進(jìn)行自動(dòng)收集和集中處理，采用泥漿不落地設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)修井機(jī)污染物零排放。

3） 靜音修井機(jī)值得期待。

新一代靜音修井機(jī)可通過采用隔離降噪、吸音技術(shù)、低沖擊或無沖擊結(jié)構(gòu)等措施，將修井機(jī)總體噪音控制在65 dB以下。

3.3 從自動(dòng)化走向智能化

AI、VI、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)發(fā)展助力修井作業(yè)走向井口智能化、無人化。

采用數(shù)字孿生技術(shù)，司鉆臺(tái)和遠(yuǎn)程控制臺(tái)實(shí)時(shí)顯示各設(shè)備的仿真運(yùn)行狀態(tài)，為修井作業(yè)提供實(shí)時(shí)安全監(jiān)控與作業(yè)指導(dǎo)。

通過智能化控制系統(tǒng)，不同設(shè)備執(zhí)行并行與串行相結(jié)合的有序高效混動(dòng)模式，從單一性順序式流程化作業(yè)走向系統(tǒng)性協(xié)同式流程化作業(yè)，保證安全的同時(shí)，提高作業(yè)效率。

修井機(jī)操控可實(shí)現(xiàn)“手、自、遙”多元控制，即手動(dòng)控制、自動(dòng)控制與遠(yuǎn)程無線控制，且具備人臉識(shí)別、語音交換功能，實(shí)現(xiàn)多元化人機(jī)交互環(huán)境。

未來修井機(jī)控制系統(tǒng)能處理復(fù)雜的修井工況，針對(duì)不同修井工藝建立不同的修井機(jī)自動(dòng)化控制程序，并逐步具備復(fù)雜工況下的學(xué)習(xí)、記憶，自主判斷、決策與執(zhí)行功能。從小修修井作業(yè)完全自動(dòng)化，逐步過渡到大修修井作業(yè)完全自動(dòng)化;從分布式多個(gè)一鍵操作走向全流程一鍵操作。

4 結(jié)束語

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，修井機(jī)朝著高端、綠色、智能方向發(fā)展，且關(guān)鍵部件及元器件國(guó)產(chǎn)化成為未來發(fā)展的方向。建議瞄準(zhǔn)深層、極地、海洋、非常規(guī)等油氣鉆采方向，增強(qiáng)政府、生產(chǎn)廠家、大學(xué)、研究院所和用戶之間的合作，強(qiáng)化基礎(chǔ)技術(shù)和基礎(chǔ)材料的研究，加大創(chuàng)新投入，加快實(shí)現(xiàn)修井裝備數(shù)字化設(shè)計(jì)、智能制造、自動(dòng)化操控和信息化管理，為保障國(guó)家能源安全提供高精裝備支持，也為開拓修井機(jī)國(guó)外市場(chǎng)打下更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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（編輯：韓睿超）