管柱自動化處理系統(tǒng)在鉆機(jī)改造升級中的應(yīng)用

倪沛增

（中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司長慶鉆井總公司，陜西西安 710018）

管柱自動化處理系統(tǒng)在鉆機(jī)改造升級中的應(yīng)用

倪沛增

（中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司長慶鉆井總公司，陜西西安 710018）

在進(jìn)行鉆井作業(yè)的過程中，工作人員的勞動強(qiáng)度較大，且施工中具有較高的危險系數(shù)，有時施工所處的環(huán)境也十分惡劣，因此，我們需要針對當(dāng)前鉆井作業(yè)中的問題，從而提出一些管柱自動化的處理相關(guān)方案，這樣才能使得鉆井施工中的危險系數(shù)得到有效控制，最終保障我國使用鉆井施工的順利。

管柱；自動化；處理系統(tǒng)；鉆機(jī)；改造升級

當(dāng)前我國的石油鉆井一般采用的是電驅(qū)動的鉆井技術(shù)，而這種技術(shù)應(yīng)用在井深度為5×103m 以上的鉆井作業(yè)中所需要花費(fèi)的周期較長，這是因為該種類型的井往往具有較為復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，這種復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)會使得鉆井過程中的消耗變大，從而使得鉆井的下鉆和起鉆的次數(shù)都增加。有時，在針對較深井的施工作業(yè)中，鉆井的消耗時間為平均鉆井時間的30%以上。根據(jù)不完全統(tǒng)計，在進(jìn)行5×103m 的石油井鉆井過程中，一般需要建立一百多個立柱，當(dāng)鉆井的深度超過7×103m 時，需要的立柱數(shù)量將更多。[1]傳統(tǒng)的鉆井方法，需要專業(yè)的人員在外面長期的駐守，因此在施工作業(yè)中具有較高的危險系數(shù)。而在外環(huán)境中進(jìn)行外鉗工和內(nèi)鉗工的施工則具有較大的施工強(qiáng)度，且施工的效果低下。而石油井的井架施工往往具有十分高的危險系數(shù)，且施工的環(huán)境也十分惡劣。

1 管柱的自動化處理系統(tǒng)分析

一般來說，在進(jìn)行鉆井機(jī)的關(guān)注自動化改造的設(shè)備一般是動力貓道，集控以及氣控指梁等。

1.1 動力貓道的分析

動力貓道一般是通過無線遙控以及本地應(yīng)急和集成司鉆幾個方法進(jìn)行的，且這些控制方法都有著不同的優(yōu)先級別以及不同的操作權(quán)限。因此，在具體的施工作業(yè)中，需要對不同的控制方法采取不同的操作終端權(quán)限，才能使得設(shè)備正常的運(yùn)行。而設(shè)備的控制程序往往是對貓道本體傳感器的信號進(jìn)行反饋，從而在設(shè)備的控制器的邏輯運(yùn)算中使得管柱的自動化控制等操作功能得到實現(xiàn)，這樣既使得工作的效率得到大大的提升，還使得人力被有效節(jié)約，使得人力資源得到合理的配置。而現(xiàn)代化的動力貓道和傳統(tǒng)的貓道相互比較，其在控制方式方面具有較大的優(yōu)勢，且自動化的程度較高，因此現(xiàn)代化的貓道較為智能化。

1.2 鐵鉆工分析

鐵鉆工一般采用的是電液的控制方式，因此其在運(yùn)行的過程中往往是依靠施工前準(zhǔn)備好的預(yù)設(shè)程序的邏輯執(zhí)行，所以可以在施工中實現(xiàn)一鍵式的操作控制。一般利用集成司鉆控制和遙控盒的控制方式使得設(shè)備卸扣作業(yè)中的無人操作，進(jìn)而保障了施工中的內(nèi)鉗工和外鉗工可以遠(yuǎn)離井口，這樣有便于安全系數(shù)的提升，并在一定程度上減少了人員的操作強(qiáng)度。在設(shè)備的自動模式下，進(jìn)行旋扣等操作一般一氣呵成，所以應(yīng)用在現(xiàn)場具有較高的工作效率。

1.3 集成司鉆控制系統(tǒng)分析

管柱自動化系統(tǒng)若想保持正常的運(yùn)行，需要配備專門的人員進(jìn)行操作。為此，需要在原有的控制系統(tǒng)中加入一些專門控制管柱的司鉆系統(tǒng)，而這種系統(tǒng)需要結(jié)合多功能的座椅，從而使得人機(jī)界面的系統(tǒng)得到顯示，因此稱其為司鉆控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了司鉆設(shè)備的所有操作，對于現(xiàn)場的設(shè)備狀態(tài)的運(yùn)行監(jiān)控以及操作制定的各種提示等均具有關(guān)鍵性的作用。

首先，設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控是對現(xiàn)場所有數(shù)據(jù)的收集，從而把收集到的信息進(jìn)行集中化的處理，隨后把設(shè)備所收集到的數(shù)據(jù)輸送到人機(jī)控制截面，從而對管柱處理的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的分析。這其中包含設(shè)備當(dāng)前所處的地理位置、設(shè)備的運(yùn)行速度和設(shè)備的即時溫度等情況。此外，對于設(shè)備目前的作業(yè)條件也需要進(jìn)行一定的判斷。

其次，管柱自動化操作的提示需要和多功能的操作手柄和鍵盤搭配使用。利用人機(jī)的交互截面對不同的提示進(jìn)行操作可以實現(xiàn)多個管柱設(shè)備的控制。而多功能的座椅除此之外還有系統(tǒng)的急停功能等，以便實現(xiàn)設(shè)備的緊急控制。

此外，管柱自動化處理系統(tǒng)在報警消息的提示功能方面需要一個相互匹配的數(shù)據(jù)庫。而設(shè)備的傳感器所接收到的信息會在人機(jī)界面上顯示出來，若出現(xiàn)設(shè)備的異常情況，將會第一時間發(fā)現(xiàn)報警信息，而設(shè)備的監(jiān)察人員將會根據(jù)設(shè)備的報警信息對出現(xiàn)問題的地方進(jìn)行判斷。比如中控室獲得系統(tǒng)報警的壓力值，將會第一時間對報警值進(jìn)行判斷，從而對系統(tǒng)的壓力值進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)。

2 結(jié)束語

對管柱自動化處理系統(tǒng)在鉆井升級改造中的應(yīng)用進(jìn)行分析，為了使得管柱的自動化處理系統(tǒng)和原鉆井系統(tǒng)保持較好的集成狀態(tài)，同時使得設(shè)備的功能被全部發(fā)揮出來。需要對原有的設(shè)備進(jìn)行改造和升級從而提高原有井架的強(qiáng)度，提高其負(fù)荷保準(zhǔn)。此外，還需要注重井場地面的平整處理，以便滿足動力貓道對平整度的要求。同時，在進(jìn)行鉆臺布局方面，要對鐵鉆工等鉆房的位置進(jìn)行安置。若設(shè)備需要增加液壓管以及電纜等，需要進(jìn)行合理的規(guī)劃和布置。在原有的鉆井中加入動力貓道以及鐵鉆工等設(shè)備可以使得管柱處理過程更加趨于自動化，減少人員的操作，進(jìn)而保持人員和井口的距離，從而維持工作的安全環(huán)境，保障施工作業(yè)的安全性和穩(wěn)定性，此外，還可以提高傳統(tǒng)井的工作開采效率，提升作業(yè)質(zhì)量，減輕工作人員的工作量，實現(xiàn)人力資源的合理配置。

Application of Pipe String Automation Processing System in Drilling Rig Upgrade

Ni Pei-zeng

In the process of drilling，the labor intensity of the staff is relatively large，and the construction has a high risk coefficient，and sometimes the construction environment is very bad，so we need to deal with the current drilling problems，So as to put forward some related solutions of string automation，so as to make the risk coefficient in drilling construction be effectively controlled，and ultimately to ensure the smooth use of drilling in China.

pipe string；automation；processing system；rig；transformation and upgrading

TE928

A

1003-6490（2017）06-0235-01

2017-05-02

倪沛增（1984—），男，陜西西安人，工程師，主要從事石油鉆井工作。