淺談國內石油鉆機自動化技術現狀與建議

楊勇

摘 要 石油是現代工業的“血液”，它是國家發展最重要的戰略資源之一。石油鉆井技術是獲取石油資源的最重要手段，石油鉆進技術越先進，則其開采石油則越方便、高效。現今自動化技術已經逐漸應用社會各個領域，石油鉆井技術中應用自動化技術也不例外，提升了開采效率；但是在實際應用中，自動化技術在石油鉆機中的應用依然存在不足之處。因此，結合石油鉆機自動化技術的發展現狀，制定可行性建議以其為有關石油鉆井方面工作者提供參考。

關鍵詞 石油鉆機 自動化 技術 現狀 建議

中圖分類號：TE928 文獻標識碼：A

目前，自動化控制技術已滲透到石油開采行業，力求通過鉆井自動化實現提高開采作業效率和安全性，降低開采成本的目的，提高開采效率，保障開采安全；減輕了工人勞動強度，工作環境也更加安全舒適。自動化鉆井系統將自動化控制技術、交流變頻驅動技術、傳感檢測技和液壓驅動技術等結合，能夠通過傳感器網絡把鉆井作業過程中的地層結構變化、鉆面鉆進進度、油藏位置等信息實時傳輸給地面控制站和遠程監測中心，可以做到遠程監視和操控指令的下達。目前我國在鉆井深度領域的研究位于世界前列，但在鉆機自動化方面稍顯落后，國內相關行業技術人員也做了大量研究工作。

1國內石油鉆機自動化技術的現狀

1.1電動鉆機動力源出現多種形式

就目前而言，國內的電動鉆機動力源大部分依舊是通過柴油發電機組將電流向鉆場區域內進行小范圍供電，其中也包括了頂驅以及生活用電等方面。在目前的柴油發電機技術中，主要是運用美國CAT公司的產品，而在配套設備的應用方面，主要是采用中國石油集團開發的輔助設備。在天然氣較多的地方，有一部分鉆井公司或部門已經采用了燃氣機組的工作方式，但是對于負載較重的工程，則無法滿足電力需求。針對這種現象，石油企業研制出燃氣與柴油混合動力的機組，其可以根據工程的實際情況來設置比例，目前尚且處于試驗中，具有較高的應用價值。

1.2基于PLC的數字控制系統成為鉆機控制核心

隨著用戶對鉆機自動化性能和安全性能要求的提高，相關功能的實現僅依靠電氣硬件電路來實現己經非常困難，為此，以PLC為核心主控制器并輔以軟件程序的數字控制系統成為鉆機電控系統的“司令部”。 觸摸屏操作、工業Profibus通信或光纖通信等新技術在石油鉆機中也成為標準配置，為鉆機的信息化、集成化提供了硬件支撐平臺。近年來出現了應用一套S7 400H作為控制器的“熱冗余”方案，該PLC具有2套核心處理器，可同時在線運行，當一套處理器出現故障，第2套會自動投入運行，不會影響設備的工作，但系統成本會有所增加。

1.3海洋鉆機能夠自給自足

因為海洋鉆機模塊化有極高的要求，所以其發展水平是國家石油鉆機技水平的標志我國自主研制的海洋鉆機表現出色，比如之前服沒的ZJ45鉆機、ZJ32鉆機，現在使用的7000m直流電驅動鉆機所以說，我國現在的生產水平已經基本與國際持平，能夠滿足自我需求；但是，還是要重點關注石油鉆機整體水平與國外的差距，這是我國發展國外市場主要的障礙。

1.4傳動技術與國際持平

現如今可喜的是我國生產的交流變頻電傳鉆機甚至達到了國外的標準它主要使用交流變頻的技術，使得能夠對零部件的各等級調速相比于國外的同類產品，我國的鉆機十分的輕巧方便，極少出現問題，并且對人造成的危險小，還能夠實現在低速下的扭矩輸出和對恒鉆壓的自動控制。

2國內石油鉆機自動化技術發展建議

2.1積極研發自動化工具，加快基于集成控制的自動化鉆機研制步伐

（1）為了能夠提升石油企業的利潤空間和運作效率，國內許多鉆井公司或部門開始研發與引進動化工具。而筍已進的自動化工具可以提升作業品質與作業安全，同時也節約了大量的成木投入。目前國內也有一些地面以及鉆臺管柱等自動化設備，可是其性能與質量仍然與國外有明顯距離。因此國內必項要積極投入技術的研發與創新，擴大產品范圍以滿足市場的需要。同時對于國產設備的實用性與質量進行全面提升，實現對鉆機拆卸以及海洋鉆機的有效防護。

（2）國內鉆機制造業要及時開展對各類自動化工具的研發，同時重視優化和改良集成控制系統綜合用戶的要求與建議，確保設備工具的設計方案與用戶的需求完全契合，生產主機的廠商必須完成對相關自動化設備的組裝并做好集成控制工作，引進和借鑒相關的專業技術，以提高自身的技術能力，比如其它行業中使用機器人來控制管柱的運輸或者排放作業，我們就可以借鑒和學習，提高自身的技術能力與效率。自動化鉆機的樣機制造完成后，必須做好現場實驗工作，統計和分析實際作業中各種狀態參數，對出現的缺陷或者不足進行改良和優化。

2.2開發節能技術，并且開發專家故障診斷系統，進一步延續鉆機后續增值服務

（1）在石油鉆機技術的運用中，存在較高的浪費行為，不利于節約石油資源，因而需要不斷的開發節能技術。如在變頻絞車的應用中，主要是通過電阻轉化的方式來提供熱能，造成了資源的浪費。在節能技術的應用中，可以通過超級電容進行回收再利用，從而可以提升石油鉆機技術的可持續發展。

（2）專家故障診斷系統通過現場數據采集終端將各設備參數通過無線傳輸方式反饋給鉆機制造廠和鉆井公司管理部門，通過系統自動判別分析，最終為即將到達生命周期的設備提出警示信息，提高鉆機故障征兆分析能力，一方面便于設備生產商提前進行備件生產，另一方面作業人員可根據現場實際情況做好更換準備預案。美國NOV公司“eHawk”優化服務就是此類產品，其具有在線技術支持、故障診斷、遠程監視及維護提醒分析等功能。該技術是一項長期的“軟”服務，一直可延續到鉆機的整個生命周期，是提升廠商服務水平的重要體現。

2.3重視鉆機操作培訓系統開發

隨著鉆機自動化技術不斷升級，尤其是未來集成控制系統的應用，對鉆機司鉆以及設備維護人員素質提出了更高的要求，這就迫使鉆井裝備供應商在為用戶提供優質的設備同時，還要為其使用人員提供良好的培訓服務。國內依靠產品樣本、圖片、視頻資料理論培訓的方式，缺乏互動性，無法實現真實的操作體驗。國外鉆機培訓系統己經采用基于虛擬現實技術實現交互式的操作，即建立一套包含有所有設備的鉆機數字樣機模型，制造一套真實的司鉆操作臺，利用計算機虛擬現實技術開發驅動程序，營造鉆機現場操作時設備的動作場景，通過人機交互的方式使培訓人員學習到鉆機設備性能特點和使用方法。

參考文獻

[1] 楊漢立.國內外石油鉆機現狀及我國鉆機發展探討[J].石油機械，2003（07）：59-63；

[2] 齊思遠.石油鉆機自動化技術研究[J].石化技術，2016（07）：76.