石油鉆機智能化應(yīng)用研究

汪巧

摘 要 石油鉆機是石油開采的關(guān)鍵設(shè)備，智能化技術(shù)是引領(lǐng)新時代工業(yè)發(fā)展的核心技術(shù)，石油鉆機的智能化應(yīng)用在石油開采方面具有重要意義。本文以鉆機智能化發(fā)展背景為切入點，論述了石油鉆機智能技術(shù)應(yīng)用中存在的技術(shù)與管理問題。論文根據(jù)技術(shù)背景提出了推廣全面應(yīng)用、增強培訓以及能源節(jié)約三個方向的加速智能化應(yīng)用措施，對石油企業(yè)在鉆機智能化應(yīng)用上具有參考價值。

關(guān)鍵詞 石油鉆機;智能化技術(shù);智能化推廣

引言

近年來，全球能源需求不斷擴大，石油工業(yè)高速發(fā)展，石油開采市場競爭激烈。石油企業(yè)希望將石油鉆機實現(xiàn)智能化來達到提高工作效率，降低成本的目的。

1石油鉆機智能化發(fā)展背景

（1）直流與變頻傳動技術(shù)的應(yīng)用。電力拖動技術(shù)具有調(diào)速方便靈活且傳動功能強的特點，我國在20世紀末將此技術(shù)引入到石油鉆機的生產(chǎn)制造上[1]。電力拖動分直流與變頻兩種傳動模式，直流傳動具有良好的性價比且占據(jù)了一定市場地位，變頻傳動簡化了鉆機結(jié)構(gòu)，提高了鉆機穩(wěn)定性。直流與變頻傳動技術(shù)的應(yīng)用為鉆機向智能化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

（2）石油鉆機驅(qū)動模式。鉆機的驅(qū)動模式主要有柴油發(fā)電機、電網(wǎng)供電以及新能源發(fā)電供電等。柴油發(fā)電機是應(yīng)用較早的驅(qū)動模式，該驅(qū)動模式可用數(shù)字控制來實現(xiàn)多臺機組聯(lián)動。電網(wǎng)供電適用于電力資源充足地區(qū)，但需要配置功率補償與諧波抑制裝置來提高用電穩(wěn)定性。新能源驅(qū)動是我國大力發(fā)展的驅(qū)動模式，由于該驅(qū)動模式受地域條件限制，因此在推廣應(yīng)用上有一定難度。驅(qū)動模式的多樣性為鉆機智能化提供了動力保障。

（3）石油鉆機智能化發(fā)展。智能技術(shù)的發(fā)展推動了全新的工業(yè)技術(shù)革命，智能化技術(shù)在鉆機液壓系統(tǒng)控制、變頻系統(tǒng)控制、傳感器檢測、設(shè)備運行監(jiān)測等方面具有獨特優(yōu)勢[2]。目前智能化鉆機已經(jīng)走向市場，以德國Bentec公司生產(chǎn)的智能化鉆機為例，智能化鉆機根據(jù)作業(yè)環(huán)境將作業(yè)信息反饋給控制中心，進而自動調(diào)節(jié)速度、流量，壓力等工作參數(shù)。國產(chǎn)石油鉆機正朝著智能化方向發(fā)展，在鉆井控制系統(tǒng)等方面已經(jīng)取得技術(shù)突破。

2石油鉆機智能化應(yīng)用中的問題

（1）電機開發(fā)深度不足。目前成熟系列的電機產(chǎn)品無法滿足鉆機的非標定制以及批量生產(chǎn)需求。石油鉆機為多電機協(xié)同工作，當對某項參數(shù)設(shè)置時，會影響其他部位設(shè)置給控制調(diào)試帶來困難。石油設(shè)備中鉆井泵、絞車等的外形尺寸有限制要求，在傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計中需電機與設(shè)備一體化、模塊化，此類電機在國內(nèi)型號較少。石油鉆機設(shè)備在海上等惡劣環(huán)境中工作，極易出現(xiàn)腐蝕、生銹等情況，這就需要具有高防護等級的電機。符合海洋露天作業(yè)防護等級的國產(chǎn)電機存在散熱性差的問題，因此長期依賴進口電機，這不利于鉆機的成本與貨期控制。研發(fā)具有可定制性，產(chǎn)品一體化與模塊化，高防護等級的電機產(chǎn)品，是鉆機智能化發(fā)展重要因素。

（2）司鉆控制房與電氣布線缺乏規(guī)范。司鉆房由顯示系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、房身結(jié)構(gòu)及輔助設(shè)備等組成，是控制石油鉆機工作的操作間。鉆機高效工作需要規(guī)范的司鉆房工作制度與管理體系，但在實際生產(chǎn)中，司鉆房操作混亂并缺少標準與規(guī)范。鉆機電氣布線缺乏細節(jié)規(guī)范標準，布線施工隨意性較大。鉆機電氣的電纜及電纜槽安裝不規(guī)范是較為突出問題，電纜在控制箱穿接時缺少必要的密封保護，導致控制箱內(nèi)部受潮，使各電氣元件壽命較少或直接損壞。電纜槽及相關(guān)附件的接地保護施工不規(guī)范，使電纜線路在運行時增大額外電阻，這會縮短電纜壽命。此外，電纜標識易損壞、信號線與動力線混合敷設(shè)、線路信號干擾等問題都成為鉆機智能化的障礙。

3加快石油鉆機智能化的有效措施

（1）增加智能技術(shù)在鉆機上的應(yīng)用項目。開發(fā)鉆機運行的參數(shù)及工況監(jiān)測系統(tǒng)，通過安裝在設(shè)備上的傳感器來檢測設(shè)備運行數(shù)據(jù)，再傳輸給檢測中心并錄入數(shù)據(jù)庫。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)來實時掌握發(fā)電機、絞車、泵機等設(shè)備的運行參數(shù)。當數(shù)據(jù)控制中心收到設(shè)備的運行參數(shù)異常時會立即報警，這樣可以減少值班人員數(shù)量，減輕設(shè)備巡檢工作壓力。在此基礎(chǔ)上，深度研發(fā)石油鉆機的故障診斷系統(tǒng)，利用大數(shù)據(jù)加智能云計算的技術(shù)快速診斷出設(shè)備的故障機理鎖定故障位置。基于智能技術(shù)的操作培訓，國內(nèi)石油企業(yè)對鉆機操作員工的培訓主要靠自編培訓手冊、項目圖紙、影像視頻資料等傳統(tǒng)方式。現(xiàn)今，航空領(lǐng)域應(yīng)用虛擬現(xiàn)實的智能技術(shù)在培訓工作上已經(jīng)取得了顯著的成效，石油企業(yè)也可應(yīng)用該技術(shù)對員工進行鉆機操作培訓，從而避免了傳統(tǒng)培訓的互動性不強、實際體驗效果不佳等問題。

（2）推廣智能技術(shù)在鉆機節(jié)能方面的應(yīng)用。石油鉆探過程中需要電能、燃油等能源驅(qū)動，其中存在大量能源運用不合理造成的浪費現(xiàn)象。開采作業(yè)過程中的能源浪費必須引起石油企業(yè)足夠重視，智能技術(shù)在合理分配鉆機功率、速度等參數(shù)上有著顯著效果，這無疑起到了節(jié)約能源的作用。不僅如此，智能技術(shù)還應(yīng)在節(jié)約能源上有更多應(yīng)用，例如，變頻鉆機利用超級電容替換傳動電阻，這樣不僅節(jié)約了能源還有利于資源回收再利用。

4結(jié)束語

總而言之，石油鉆機是石油開采的核心設(shè)備，鉆機智能化的實現(xiàn)不僅提高了鉆機的工作效率，也是為企業(yè)節(jié)省人力及能源等方面的成本。石油鉆機智能化應(yīng)用包括了數(shù)據(jù)庫建立、智能系統(tǒng)完善等多項工作，基于智能化平臺可為石油開采相關(guān)設(shè)備及管理系統(tǒng)的全面智能化升級打下基礎(chǔ)。

參考文獻

[1] 張振中，王鵬霄，楊新華.石油鉆機微電網(wǎng)混合儲能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略[J].電氣傳動，2020，50（2）：82-87.

[2] 邱錦波.滾筒采煤機自動化與智能化控制技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用[J].煤炭科學技術(shù)，2013，41（11）：10-13.