我國石油鉆機控制技術現狀與未來發展

孫路路 王紅妹 朱帥祁

(山東科瑞機械制造有限公司，山東 東營 257000)

1.1 電力拖動技術的應用改善了鉆井操作的舒適程度

當前我國的石油鉆機應用較多的就是電力拖動技術，主要是基于功率元件實現電氣調速的變頻技術，鉆機將這種驅動技術在各類型電動鉆機中進行應用，關鍵設備絞車、鉆井泵、頂驅與轉盤等之間實現了無極調速操控，提高了鉆井操作的舒適程度。在變頻驅動方式占據主導的同時，直流SCR裝置業同樣具備較高的性價比，也存在一定的市場需求。

1.2 邏輯程序控制的應用提高了鉆機的自動化水平

PLC或者專用控制器裝載軟件程序作為鉆機電控系統的指導者，為鉆機的多項安全保護工作提供了保障。設備配置運行狀態檢測傳感器，會根據設備工藝參數做出反饋，并能結合設備工作流程進行安全保護工作，鉆機控制保護性能得到了提高，鉆機的各個運行環節：絞車智能防溜鉆保護、泵壓安全控制、鉆井泵軟泵控制、立柱排放軌跡自動規劃等等，都能實現聯動控制。

1.3 鉆機管柱自動化處理技術得到了廣泛應用

當前國內石油裝備制造企業不斷地開展管柱自動化技術研發，并在工業化過程中進行應用。管柱自動化裝備具有很強的優越性，能夠降低用人成本，提高生產效率，生產起來自動快捷，具有安全可靠的工作特征。鉆機管柱機械化處理作業，方便了鉆柱在地面與鉆臺面之間的輸送工作，鉆機管柱自動化處理技術更加智能。

2 我國石油鉆機控制技術存在的問題

2.1 石油鉆機的系統集成水平還需要進一步提升

當前我國的石油裝備制造企業以機械加工與集成配套相互結合的方式，集成配套需要視頻監控、儀表檢測與電傳動控制等子系統的配合。由于產品的型號、結構形式、技術參數的差異性等，容易產生一些問題，比如設備接口不匹配，線路容易混亂或者配置重復等問題，讓整個集成化程度不能達到一個最佳水平。

2.2 石油鉆機的信息化程度還需深度拓展

當前我國推行“互聯網+”政策，石油鉆機的信息化控制也在其中之列。集成司鉆控制系統的開發，讓讓鉆機各設備參數以及工藝參數得到有效應用，實現了司鉆房的全數字化監視。然而與鉆探企業的機關部門相比，卻只能獲得有限的現場信息，得到的信息反饋比較滯后，設備管理起來不易，需要深度拓展石油鉆機的信息化程度。

2.3 管柱自動化裝備缺乏一定的原始化創新

現階段我國的管柱自動化裝備研發思路，主要是根據模擬人工排放動作流程開發設計開展，基本的研發路徑與設計方法都缺乏一定的原始創新，從一定程度上限制了產品的工作效率。對比來說，國外的一些公司在這方面卻進行了大膽的革新，比如德國海瑞克全液壓鉆機，就采用了無二層臺雙立根低位離線接立柱技術，讓鉆機的下鉆速度變得很快。國內的管柱自動化缺乏此類核心技術的理論算法，無法形成具備核心競爭力的技術產品。

3 我國石油鉆機自動化、智能化與信息化的技術發展展望

3.1 通過管柱自動化裝備的自發研究，促使產品類型升級與創新

一方面，國內相關的鉆井裝備制造商也要緊隨時代的步伐，加強對于此類需求的研發力度，利用跨行業橫向聯合的方式不斷實施改革，更改管柱輸送、交接、排放等工作路徑，通過創新完成新型產品的成型。另一方面，石油鉆井的工作環境比較特殊，尤其是冬季低溫情況、海洋強腐蝕等環境，還要面臨地質、地層、鉆深等差異性工作狀況，對于開展產品技術的升級研究提出了更高的要求。不同類型產品的開發需要結合液驅、電驅與電液復合驅動等，盡最大可能為用戶提供多功能性產品，提高用戶的受眾體驗，確保其安全可靠。

3.2 加強升級鉆井優化系統，提高智能化鉆井水平

現階段我國國內的鉆井作業還處于自動化的完善期，具體來說，就是地面鉆機自動化裝備與井下旋轉導向自動化產品的完善。根據相關專家的預測，估計還有9年時間，完成石油勘探開發向依賴鉆井專家優化數據庫智能鉆井的轉化。依據以往多年的人工鉆井經驗與作業工藝參數的規律來做出總結，逐漸形成了一套數據豐富的鉆井專家優化數據系統。利用井下工具檢測系統，智能地提取當前井下的地層特征數據，與其相關聯的計算機數據庫會自動匹配出最佳參數，做出鉆機旋轉設備與鉆井液系統等的工作給定指令，進而完成自動控制鉆機設備的運轉。此類模式下，人工的干預將會大幅減少，鉆井優化系統的升級形成了地面與井下設備的整體自動控制，讓鉆井的智能化更加地明顯。因此，加強對國內鉆井專家優化數據庫系統的研究，將會為未來鉆機滿足智能化鉆井工作提供先決條件。

3.3 強化設備故障針對系統的升級，完善鉆機技術服務

未來的鉆井作業將會逐漸機械化，在機械化的服務過程中將面臨著一個重要的課題，就是要及時地完成各個系統設備的維護保養與故障修復。這方面的業務需求會隨著機械化程度加強而逐漸激增，國內的石油開采企業要加強基于大數據的故障診斷系統建設。一方面，要細分鉆井設備的故障類型，對于頻繁出現的故障做出統計分析，并建立基于檢測參數、特征波形的故障特征數據庫；另一方面，加快自動預警與處置系統的技術開發，借助無線通信讓計算機實現各類故障的智能化預警，設備需要維修和保養的時候做出自動提示，降低因為設備停機而給生產造成的損失。

4 結語

目前我國石油鉆機的系統集成水平、信息化程度還處在探索階段，還需要進一步提升。筆者建議提高管柱自動化裝備的自發研究力度，促使產品類型升級與創新；加快升級鉆井優化系統，提高智能化鉆井水平；強化設備故障針對系統的升級，完善鉆機技術服務，從多維角度提升石油鉆機的智能水平，通過多種技術的融合，不斷滿足市場的需求。