石油鉆機自動化技術現狀與建議

崔成

（遼河油田公司茨榆坨采油廠，遼寧 盤錦124010）

石油是現代社會中極為重要的資源，石油技術則是獲取資源的最佳方式。伴隨著科學技術的高速發展，石油鉆井技術逐步實現自動化轉變，通過加入了先進的智能化控制方式，全面提升到開采效率[1]。但是在具體的應用環節，石油鉆機的自動化還存在著明顯的缺陷，因此，要根據目前的石油鉆機自動化技術實際情況，總結出切實可行的應對措施，從而可以促進我國石油領域的發展。

1 石油鉆機自動化技術發展現狀

1.1 變頻傳動技術及晶閘管整流傳動技術。石油鉆機技術的持續發展過程中，電力拖動技術被廣泛的使用到機械設備領域中，利用傳動與調速的裝置，極大的影響了當前鉆機領域的發展。在交流變頻鉆機技術的研發和應用中，西門子公司所研發的S120 系列變頻器成為鉆機中關鍵性的部件，雖然國產電機能夠達到性能的使用需要，但是因為市場的授信度和技術方面的影響，造成國產電機普及率較低[2]。此外，結合交流電機傳動差異，可以分成多傳動、單傳動等方式，多傳動的結構性能好且成本低，單傳動的方式兼容性好。

在直流石油鉆機技術高速發展的過程中，我國主要引入到的是RossHILL公司的驅動技術，并且配合西門子公司的調速器進行使用。從這個方面可以發現，我國的自動化技術領域依然以國外技術為主，國產技術并未取得較好的發展，應用范圍也比較較小。

1.2 動力源發展現狀。石油鉆井技術的應用過程中，最為主要的方式就是柴油發電機，利用發電來控制整個電網系統，同時還能夠給鉸車、輔助系統等部分供電。該技術實踐應用中，利用數字和模擬發電機，來實現多臺機組的聯合運行。但是當前的柴油發電機實踐應用中，依然以美國CAT 公司的產品，對于其他設備來說，即為中國石油集團研發的輔助設備。對于資源較為豐富的地區來說，很多油田已經逐步引入燃氣機組的結構形式，這種形式卻無法滿足負載過大的工程，供電能力稍微差些。

對于這些存在的問題，我國石油企業已經成功研發出燃氣與柴油混合動力機組形式，可以按照鉆井施工的需要來設置比例，但是還處在試驗階段，應用實踐價值較高[3]。此外，對于電網系統便利的地帶，可以選擇使用變壓器來進行電源接入，但是因為該設備并不會增加無功功率，會直接導致電能質量較差，所以并不需要布置無功補償裝置來進行調整，鉆井技術可行性和穩定性都比較高。

1.3 PLC技術發展現狀。現代科學技術的高速發展，自動化技術被廣泛的應用到各個領域中，PLC 技術已經是當前鉆機控制技術的核心結構。我國的鉆機控制系統內，應用的是西門子S7-300控制器，應用備用設備來進行輔助生產。如果控制系統發生故障，可以通過切換方式來應用備用方案。但是啟動環節中極易發生停機問題，目前還沒有改進措施。對于這些問題，S7 400H 的開發，逐步的替代原系統。該系統內包含2 套處理器，能夠結合實際情況進行自動轉換，可以大大提升工作質量和效率。此外，對于通信和操作環節，Profibus 通信技術以及光線技術目前成為了鉆機的關鍵性技術，整個系統的集成化性能比較強。

1.4 自動化工具的應用。我國的石油鉆機自動化技術全面發展階段，石油公司發展速度逐步加快，HSE 要求也逐步達到要求。這種條件之下，石油企業開始重點研發自主技術，并且逐步的應用自動化技術，使得整個系統自動化水平得到很大的提升。

1.5 電機直驅方式以及自動化功能現狀。鉆機技術高速發展之下，電機直驅的方式由于內部組成簡單、體積小等優勢，已經被大量的應用到鉆機系統內。石油公司投入更多的力量開展研發，直驅鉆井泵和頂驅技術被大量的應用到實踐中，最為核心的技術就是永磁電機。

自動化技術研發應用階段，由于融入了PLC技術，可以實現自動送鉆、扭矩限定以及電氣液的聯動功能，可以預警鉆機運行的速度、壓力與流量，可以提高自動化控制水平。

2 發展問題剖析

從我國的石油鉆機自動化系統的研發和應用階段，還存在很多的現實問題無法解決，具體體現在如下的幾個方面：

2.1 缺乏規劃。自動化技術研發和應用階段，很多都是使用第三方設備實現輔助生產，但是因為接口、尺寸等都存在不匹配的情況，造成系統兼容性較差。

2.2 電機功率不匹配。目前的開發環節，還存在電機功率合理化無法達到要求的情況，進而影響整個系統的運行。如在F1600 鉆井泵組在開采實施階段，系統運行功率必須要達到1200kW，但是當前我國只能使用2 臺800kW 的電機帶動，導致功率存在不匹配的問題。

2.3 缺乏一體化電機。石油鉆井技術研發過程中，對于鉸車和鉆井泵的體系有著嚴格的限制條件，但是當前電機設計還存在一定的問題，根本不能達到一體化的要求。

2.4 缺乏安全等級高的電機。石油鉆井實施階段，很多施工地區都是海洋或者其他惡劣的條件，電氣設備要長期暴露在露天環境下進行施工，我國對于設備的電力安全等級要求為IP56，但是很多設備還無法達到這些安全性的標準，造成設備散熱問題無法保證，系統運行成本非常高。

2.5 安裝缺陷。石油鉆機在設備的安裝施工階段，還存在很多的缺陷，比如電纜安裝不合格、密封性不達標、接地質量較差、標識不清晰、隔離措施不當、痛風性不足等，嚴重影響自動化生產的需要。

2.6 各個元件的使用無法達到我國電氣設備的運行標準。從目前的電氣設備市場情況分析可以發現，存在供應混亂的問題，根本無法滿足設備的使用需要，很多設備供應商還存在偽造證書的情況導致石油鉆井安全性無法保證，嚴重影響整個系統運行質量。

3 石油鉆機自動化技術發展建議

3.1 開發自動化工具。石油鉆井技術應用到我國的石油鉆探領域，逐步的實現地面和管柱自動化設備的研發和應用，但是和國外企業對比分析，還存在著明顯的差距。是NOV 公司所研發出的隔水管處理系統圖，整體技術水平要高于我國。因此，在目前我國的石油鉆井技術研發階段，要幾何實際的作業工藝，在制定出合理的工作流程，實現自動化技術的全面應用。此外，鉆機的研發環節，應該全面的提高設備運行的可靠性，從而可以使得設備的總體性能得到提升。

3.2 加強對集成控制技術的應用。當前的鉆井技術中，以電動機、儀表、監控技術為主，但是還沒有達到信息和運行各個系統的集成，無法達到信息共享的要求，因此，在系統開發階段，應該實現集成控制的研發和應用。當前世界范圍內集成技術已經被NOV等幾家大公司壟斷，其售價非常高，而我國當前的集成控制技術的研發，還處于落后階段，只有寶雞石油公司投入了一定的精力進行集成控制技術的試驗階段，還沒有正式投入使用，所以還需要投入更多的精力進行研發，不斷的推動我國集成控制技術的發展。

3.3 開發節能技術。石油鉆井技術在具體的實踐應用中，浪費的情況比較嚴重，不僅會導致石油資源的浪費，還會導致巨大的損失，所以應該積極的開發先進的節能技術。比如變頻絞車技術應用環節，具體就是利用電阻轉化以提升熱能，容易存在能源浪費的問題。在節能技術應用環節，可以利用超級電容進行電能的回收再利用，以更好的促進我國的鉆機技術實現可持續發展。

3.4 開發故障診斷系統。石油鉆井技術研發階段，極易存在設備而運行故障等問題，要通過技術人員來進行設備的故障診斷，導致人力資源浪費比較嚴重，且這種方式診斷效率和質量都比較低，所以應該開發出智能故障診斷系統，利用數據的材料，計算機進行數據的分析，然后應用符合要求的軟件技術，達到故障準確分析和判斷。

4 結論

石油鉆井技術在實現自動化應用階段，我國的技術水平整體比較低，與國外技術還存在明顯的差異，總體上來說，電機、自動化技術水平較低，根本不能達到集成化運行和故障診斷，所以還需要加強研發和應用，以切實提升自動化水平，滿足我國石油開采領域的使用需要，也能夠推動社會的全面發展和進步。