石油鉆機生產與智能控制系統探究

劉勇(中石化石油工程機械有限公司第四石油機械廠， 湖北 荊州 434024)

石油鉆機生產與智能控制系統探究

劉勇(中石化石油工程機械有限公司第四石油機械廠， 湖北 荊州 434024)

隨著人們對石油需求量的增多，以及現代石油開采工程的不斷深入，對相關機械設備的要求也越來越高。在石油開采生產中，離不開對石油鉆機的應用，而進一步提高石油鉆機的智能化水平是一項關鍵要務。本文通過研究石油鉆機生產的具體過程，提出在不同工作環境下應用石油鉆機時引入學習控制系統。依據某地區首次操作判斷的實際過程，結合鉆井儀表數據，建立相應數據庫，以提高石油鉆機的智能控制系統化程度，減輕人工工作強度。

石油鉆機；鉆機生產；智能控制系統

當今時代，隨著科技的發展，石油鉆機的研發制造技術也越來越先進，正不斷朝向高可靠性、高實用化及高性價比方向發展。不過，就現今實際情況來看，雖然智能控制系統已經在石油鉆機生產中得到了一定的應用，但總體上而言其智能控制系統對外部環境的適應性仍然較差，尚無法很好地滿足不同工作環境下石油鉆機的生產需求。而引入學習控制系統，則有效打破了在石油鉆機智能化發展道路上的瓶頸。本文主要針對石油鉆機生產與智能控制系統進行了淺要分析，僅作拋磚引玉之用。

1 石油鉆機生產的現狀

目前，智能控制系統在石油鉆機生產中的應用主要體現在盤剎送鉆及交流變頻小電機送鉆等方面，其原理是利用傳感器采集懸重等數據，通過計算取得最優值，從而實現智能化控制。雖然，這使得石油鉆機的智能化程度得到了一定的提升，人工工作強度得到了一定的減輕，但從整體上而言仍舊不是很理想。這主要是因為現有程序多為出廠預設的，不能隨意更改，所以無法很好地滿足不同工作環境下石油鉆機的生產需求。在實際使用中也可以發現，因智能控制系統不夠完善所引起的頻繁報警、停鉆等現象經常出現，極大地影響了石油鉆機的正常運行。具體來說，分析石油鉆機生產的現狀問題，主要有以下兩點：一者，石油鉆機的工作環境較差，多處于地質復雜、氣候多變的環境下工作，這導致包括石油鉆機在內的許多精密儀器都無法正常運行，同時又由于石油鉆機生產的特殊性，也無法提前有效地勘探開采環境；二者，石油鉆機的工作狀態較差，經常需要遠距離打鉆，而距離越遠則意味著信號傳輸速度越慢，因此智能控制也就比較滯后，即使有的石油鉆機引入了模糊控制系統等，但受制于我國技術的發展水平，仍然無法從根本上解決這一問題。

2 石油鉆機當前的智能控制模式

從現今情況來看，在我國大部分的石油鉆機生產中，都并未充分考慮到外界環境因素對石油鉆機智能控制系統運行的影響，甚至有的根本就完全不考慮外界環境因素的影響，而只根據事先的程序來完成各項工作。但是，一般這種程序都只是針對常規工作環境下石油鉆機的生產而進行設定的，無法針對不同的地質環境、氣候環境等進行智能的切換和調整，因此對外界環境的適應性較差，在實際應用中很容易遇到“水土不服”的情況。以交流變頻小電機送鉆為例，其在現代石油開采中比較常用，原理是先采集電壓、電流、頻率等參數，然后計算出鉆壓、鉆速等的實際值與預設值間的誤差，之后由控制部門發出相應的指令信號，對石油鉆機實現動態控制，使其以設定的參數自動進行生產。雖然這是一種自動化的生產模式，但其缺點也是十分明顯的。由于程序是提早就設定好的，所以無法根據實際工作環境狀況進行適當調整，當遇到一些復雜地形或者惡劣天氣時，就會頻繁出現報警、停鉆等現象，從而極大地影響了石油鉆機的正常運行，降低了生產效率，也提高了維護維修成本。

3 提高石油鉆機的智能控制系統化程度的幾點對策

首先，在打井時劃分區塊進行打井，由于同一區塊的工作環境也基本相同，所以可以在一定程度上減輕因環境變化所造成的問題；其次，打井前先鉆探井，對不同地層進行取樣分析，以方便引入學習控制系統；第三，引入學習控制系統，該系統是一種模擬人類的控制調節機制的系統，其可以通過重復輸入信號來實現對系統的校正，以使系統能夠特定響應特定的輸入，逐步獲得實際工作環境信息，并依據相應的標準來進行評估、分類、決策及改善，最終實現智能控制系統化程度的特高。學習控制系統運行的具體步驟為：

①記憶學習。在打探井過程中開始對不同地層的工作環境及特點等進行記錄，然后建立對應關系，建立地層變化-操作模式。②優化設計。通過整理和編輯探井操作過程數據，結合操作經驗，對系統進行二次優化，以進一步滿足實際工作環境需求。③半自動控制模式：鉆井時采取以自動控制為主、以人工監督為輔的半自動控制模式，從而既減輕了人工工作強度，同時又可更貼近實際工作環境。④設定偏差值：對相關參數設定允許范圍，當超過允許范圍時機器即發出報警，同時轉為手動模式。

4 結語

綜上所述，在石油開采生產中，應用石油鉆機時對智能化的要求很高。但目前的石油鉆機智能控制系統多無法滿足不同工作環境的生產需求，所以亟需更新完善。通過引入學習控制系統，使得石油鉆機的環境適應性得到了增強、可靠性和人性化得到了提升、風險得以減少，同時更為相關技術的創新奠定了基礎。

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劉勇(1974- )，男，山東滕州人，助理工程師，本科，主要從事生產管理工作。