鉆井自動化技術在石油行業中的應用

吳冬亮

（中國石油集團海洋工程有限公司鉆井工程事業部，天津 300280）

自動化技術在國內很多領域中都發揮著非常關鍵性的作用，對于石油開采行業來說，鉆井自動化技術不僅可以有效提高鉆井作業的施工效率，同時還可以顯著提升鉆井作業最終所呈現的效果，降低在鉆井作業中可能會發生安全事故的概率。接下來，筆者將以鉆井自動化技術為核心內容，從國內的石油開采現狀、關鍵技術以及技術應用等方面，對其展開詳細地探討。

1 石油開采現狀

近幾年來，國內工業的發展速度越來越快，人們對于石油資源的需求量也越來越大。目前國內石油開采領域的現狀主要具有以下幾點特征：第一，石油資源開采效率普遍偏低，通常因操作人員不能熟練應用鉆井設備；第二，石油資源生產量偏低，雖然我國潛在的石油資源非常豐富，但是勘測技術還存在一些弊端，因此常常會造成開采企業在進行鉆井作業時，出現油氣層位置偏移或者油井定位異常等問題，對石油資源產量造成不利影響；第三，前期成本投入過高，且成本回收期較長，油井的日常維護以及原油儲存都需要消耗大量的資金，因此對石油開采企業的經濟實力有著較高的要求；第四，傳統的石油鉆井技術以人力為主，不僅生產效率低，同時也浪費了大量的人力資源。對于一些具有堅硬程度較高的巖石層區域而言，傳統的鉆井技術已經無法滿足其基本的鉆井要求，工作人員需要引進更加先進的自動化技術來完成石油工程項目中的鉆井作業。

2 關鍵技術

（1）閉環鉆井技術。該技術是鉆井自動化技術中非常重要的一項內容，工作人員在進行石油資源的開采工作時，通過該技術可以有效控制井下施工作業中井眼的運動軌跡，并且將鉆井作業中所探測到的數據信息及時傳輸至工作人員的中心系統。通過計算機技術的進一步分析和判斷，制定出合理的鉆井方案。向井下施工作業的機械設備傳遞新的運動軌跡，完成閉環鉆井技術的自動化應用。在這個過程中，所有的控制程序都由計算機進行全過程控制，幾乎不需要人工操作，因此也就降低了人工操作在鉆井施工作業中可能會出現操作失誤的概率。此外，工作人員在使用該技術時，還可以通過計算機系統與井下的閉環鉆井系統相互結合，實現對井下施工情況的實時監測，提高井眼運動軌跡的精確性，促進井下鉆井施工作業向自動化方向發展。

（2）智能鉆柱技術。為了可以更好的順應時代的發展，很多石油開采企業也將智能鉆柱技術引進到了石油開采作業當中，不僅有效實現了鉆井工作的智能化管理，同時還大幅度提高了鉆井作業自身的安全性、可靠性，顯著降低了工作人員在開展鉆井作業時發生安全事故的概率。智能鉆柱技術在實際應用中所涉及到的核心設備是傳感器，通常以分布式為主，該類型傳感器的主要作用是幫助工作人員對機械設備在進行鉆井作業時所對應的輸送功率等相關參數信息進行詳細記錄，并且根據所獲得的數據結果進行準確判斷，確保該技術在應用中的傳輸速率符合設計標準。在實際的鉆井作業中，工作人員常常為了可以進一步加強傳感器的準確性和及時性，而在傳感器的內部添加了一些微處理元件或者耦合電子元件，通過這種方式來提高傳感器對外界信號的敏感性，同時還可以加強傳感器的智能化效果，為智能鉆柱技術在鉆井工程項目中的良好應用奠定了堅實的技術基礎。

（3）遠程控制技術。信息技術在現代社會中的很多領域都有著非常廣泛的應用，石油開采行業也不例外。合理使用信息技術，不僅可以有效提高鉆井作業的施工效率和整體的質量水平，同時也可以有效促進石油開采行業的信息化發展。而遠程控制技術則是信息技術在鉆井工程項目中具有較強應用價值的一種技術，通過該技術可以將鉆井工程項目進行施工自動化的轉變，工作人員僅僅需要遠程對其進行操控，便可以順利完成井下鉆孔作業的全部施工任務。從客觀的角度上來說，目前該技術在西方一些發達國家內都有所應用。以英國一家石油開發企業為例，該企業所研發出的型號為LADS的鉆機，是目前石油開采市場上比較先進的一種輕便式鉆機。與其他傳統的鉆機相比，該LADS鉆機的主要應用優勢體現在其具有高度的靈活性，適用性也較強，工作人員可以使用LADS鉆機在任何復雜地形中進行鉆孔作業。與此同時，LADS鉆機在研發時還結合了CAD技術，通過這些方式來進一步提高該類型鉆機內部控模塊之間的緊密性。LADS鉆機的操作和使用僅由1名工作人員便可以獨立完成，所開采出的石油資源也具有較高的質量水平，工作人員可以對鉆井作業進行遠程的操作和控制，從而規避了很多隱性的鉆井風險，提高鉆作業的安全性。

（4）測控傳貯技術。對于任何石油開采領域中的鉆井作業，工作人員都需要在鉆井作業開展的同時做好相應的監測和勘察工作，通過這種方式來有效提高鉆井作業的安全性。傳統的鉆井勘察作業通常以有線測量和傳輸為主，后來逐漸轉換為無線測量和傳輸。雖然將有線的方式轉換為無線的方式，可以提高井下數據信息傳輸的效率和安全性，但是其傳輸的距離相對較短，可以進行傳輸的數據信息類型較少。隨著國內科學技術的發展，測控傳貯技術得到了一些石油開采企業的廣泛應用和認可，該技術在鉆井作業中進行實際應用時，可以靈活地進行大角度的導向旋轉，這樣不僅可以有利于工作人員大幅度提高對鉆井作業路徑控制的準確性，同時還有效提高了鉆井作業的控制人員設備操作的便捷性。

3 技術應用

（1）監控系統的應用。鉆井自動化技術在鉆井作業中的主要應用體現在自動化的技術層面上，而監控系統則是鉆井自動化技術中非常重要的一種表現形式。該自動化監控系統在實際應用時，主要通過該計算機設備對其進行控制，實現對鉆井作業開展過程中的數據信息進行獲取和收集、分析和判斷、傳輸等指令，在最短的時間內完成。與此同時，鉆井施工企業還可以根據監控系統中所收集的數據信息，建立一個獨立的數據信息庫，為施工作業的設計、管理、技術和施工等部門提供真實可靠的數據信息參考，幫助鉆井作業相關人員能夠實時掌握和明確鉆井作業的具體施工情況，工作人員也可以借助監控系統所獲取的信息資料，對后續的一些難度系數較大的鉆井作業進行虛擬施工，找出虛擬鉆井作業中的不足之處，并且對其進行及時地改進，優化鉆井作業的施工方案，以此來進一步提高鉆井在作業中的整體施工質量與水平。

（2）鉆井設備的應用。鉆井設備在鉆井作業中發揮著非常重要的作用，而鉆井自動化技術與鉆井設備相結合，不僅可以有效提高鉆井作業的施工效率，同時還可以盡可能去降低鉆井作業對工作人員產生的一些潛在的安全威脅。自動化鉆井設備也是國內未來幾年非常重要的一種發展趨勢，該類型的鉆井設備在實際應用中，可以脫離人工操作而獨立完成施工狀態檢測、井下數據信息的獲取和收集等。石油開采企業的自動化發展需要建立在鉆井設備的自動化基礎之上，這也是鉆井工程項目實現高效性施工的重要途徑之一。

（3）通訊網絡的應用。通信網絡系統在鉆井自動化技術中的主要作用是為了可以有效提高井下作業與地面工作臺之間數據信息的傳輸效率。在自動化技術的應用基礎上，建立的通信網絡系統不僅可以有效實現數據信息的雙向傳輸，同時還可以在一定范圍內擴大數據信息的傳輸量，提高信息傳輸過程中的安全性，為鉆井作業的工作人員提供真實的數據參考，幫助工作人員制定出更具有針對性的施工計劃。由于網絡通信系統的傳輸效率極高，因此可以有效地避免很多因井下信息不能及時反饋，或者井上工作指令未在第一時間內進行傳達等情況而引發的一些安全事故，從而進一步提高鉆井施工作業的安全性。

4 結語

總之，鉆井自動化技術在石油開采企業施工中，所涉及到的監控系統、鉆井設備以及通訊網絡系統中都有所應用，并且都得到不錯的應用效果。