淺談石油鉆機的生產及智能控制系統

韓順坤，衛帥兵，劉登

（中國石油寶雞石油機械有限責任公司，陜西 寶雞 721000）

鉆井作業具有復雜性的特點，其中包括許多內容，例如，投入較大的資金，而且風險系數也會很高。換句話來說，鉆井裝備技術含量對速度會產生極其嚴重影響，同時，也會對設備的安全帶來制約，在新形勢的大背景之下，我們國家的鉆井技術與國外的鉆井技術比較還存在著一定的距離，伴隨著不斷推移，石油企業的發展在研究方面投入了更多的資金，所以必定會進一步提高鉆井裝備水平，縮小與國外之間的距離，幫助國內石油專業技術更好的發展。基于此，下文主要對石油鉆機的生產與智能化控制系統展開深入探討。

1 石油鉆機技術應用的重要性

在石油開采工作展開的過程當中，因為所面臨的環境具有復雜性的特點，所以想要確保鉆井工作有序、順利地進行，不會受到各種因素的影響，還需要石油企業投入一定的資金，從事生產經營活動。石油產業與其他的產業進行比較的話，二者之間的不同與差異較大，其中石油產業最明顯的特點就是投資規模大，而且工作負荷較高，風險很大，針對這樣的情況，石油企業想要真正加快石油開采速度，并不是一件容易的事情，還需要將相關要求作為基礎，不斷對技術設備進行優化與更新。在石油開采的過程當中，鉆機技術是非常重要的組成部分，并且發揮出關鍵的作用，在某種程度上來說，鉆機技術自身的穩定性與石油鉆井作業是否具有安全性之間有緊密的聯系，從總結經驗的角度進行分析，合理使用鉆機，無論是在保證鉆井作業水平、效率還是在節約生產成本等各個方面，發揮出來的作用非常顯著。因此，在新時代大背景下，石油企業在進行生產的過程中，需要真正認識到鉆機技術的重要性，之后加大對其研究的力度。

雖然說我國的石油鉆機技術與其他發達國家相比，還存在著一定的距離，但是相關工作人員不會有“畏難”的工作態度與心理，為了能夠將石油鉆機的作用真正發揮出來，縮小與國外技術之間的差距，加大開采規模，還要通過不斷實踐，之后形成具有多元化特點的石油鉆機技術體系，滿足石油鉆探過程當中所提出來的要求。

2 石油鉆機生產的狀況和存在的問題

自動起下鉆技術的應用，不僅在降低工作人員的勞動強度方面會發揮一定的作用，而且在提升鉆機自動化程度方面也有顯著效果，但是工作人員還需要特別注意：程序在出廠之前，就已經設置好的數值，在面對不同的工作環境時，所呈現出來的適應能力非常弱，同時控制系統也缺乏完善性，在使用過程當中出現多次報警、停頓等各種問題，對開采工作有序進行產生非常大的影響。

（1）鉆機工作環境問題。當鉆機參與到工作過程中后，發現在很多情況下都會在地質結構非常復雜、氣候變化多樣的工作環境中進行操作。同時，極低的溫度、高溫的沙漠等也會造成許多具有精密性特點的專業儀器無法將自己的作用發揮出來，甚至出現無法正常使用等各種嚴重問題。另外，開采工作具有復雜性的問題，即：反復、多次更換工作環境等，也需要由專業工作人員親身進行地質結構的勘探，需要付出更多的物力、人力與財力。

（2）鉆機工作狀態問題。經過認真的了解和調查之后發現，鉆機在參與工作時，實際的工作距離并不是一層不變的，而是會伴隨著工作環境、深度的不同，進行變化，由1000米至上萬米不等，距離的不斷變化，信號在傳輸的過程當中必然會非常緩慢，甚至有時會導致自動控制響應時間以及判斷落后問題的出現。雖然說在更多的時候應用模糊控制等模式，但是此類技術在非常容易受到發展水平所帶來的影響，工作效果差強人意。

3 現階段的控制模式分析

當各個廠商在進行自動送鉆生產的過程當中，面對環境會對設備產生的影響產生忽視的態度，而是將關注重點完全放在其他方面，只是按照事先輸入程序完成相關的測量、控制等多個協同工作。但是這樣的設置，只適合在普通的工作環境當中，無法按照地質結構的復雜性以及環境所呈現出來的變化進行調整或者是切換，所呈現出來的適應能力非常差，在具體工作的過程當中遇到非常特殊的地質結構，就會出現嚴重的不適應問題。例如，現如今使用最頻繁的交流變頻小電機送鉆，主要的工作原理包括：PLC系統將自己的作用全部發揮出來，大量匯集送鉆電機的電壓、電流、頻率等關鍵參數，之后準確計算鉆壓、鉆速以及泵壓實際值和預先設定值之間的不同與差異，然后通過數控系統總線將工作命令傳輸出去，以動態的方式對送鉆電機扭矩以及實際速度進行嚴格管控，最終滿足已經設置完成的鉆壓制動，展開鉆進工作，補償鉆壓呈現出來的變化，真正實現送鉆電機低頻正常、有序工作目標。

但是相關工作人員還需要特別注意控制模式當中的缺點，那就是程序是在出廠之前就已經設置完成，不能按照具體的地質結構或者是其他情況進行相關調整，所以一旦遇到非常復雜的地形，就會出現多次報警甚至是剎死問題，對鉆井工作順利的展開產生巨大影響，在這樣的背景，雖然有專家控制技術、神經網絡控制技術等，但是由于石油地質條件特殊，所獲得的工作結果差強人意，更是對自動化技術在石油行業更好的發展帶來影響，工作人員需要對此項問題加強關注，并且進行深入的分析。圖1是交流變頻小電機送鉆原理圖。

圖1 交流變頻小電機送鉆原理圖

4 解決問題的方法

（1）井隊在打井之前，就需要對區塊進行合理的規劃與設計，如果經過專業工作人員的勘察之后發現，同一區塊之內，地質、地貌相同，那么就可以緩解地層變化帶來的不良影響。

（2）施工團隊參與到同一區塊打井時，應用先鉆“探井”，之后針對與不同地層的樣本，展開采集認為，再進入到分析過程當中去，將最終的結果作為基礎與參考，為學習控制系統的加入提供幫助。

（3）學習控制系統的出現，迅速受到大眾的歡迎，它主要的能力就是模仿，是一種最新的嘗試，通過重復的方式輸入信號，從外部對此系統進行校正，最終的目的、最主要的作用就是能夠讓系統對特定輸入進行響應。也就是一個能在運行過程當中以緩慢方式獲得受控過程以及環境非預知信息積累控制經驗的自動控制系統。將其應用到石油鉆井工作當中去，可以體現出更好的工作效果。

（4）重要流程。①機器記憶學習的主要過程，在打“探井”的過程當中，機器所發不出來的作用不言而喻，即使在不同的工作地點，也可以對實際的工作參數以及插入的特點展開如實的記錄，之后建立相關的聯系，地層變化-操作模式與傳感器數據-機器記錄。②對設計進行更新。通過對“探井”過程當中必然會有許多數據的出現，通過對眾多的數據展開分析、處理與編輯，再憑借司鉆較為豐富的工作經驗展開革新，最終明確操作邏輯判斷以及與之相對應的控制關系，保證符合施工當中提出的要求。工作人員參與到操作過程當中去之后會發現，專家系統想要以一次性的方法找到地質關系，最終生成相關的控制邏輯，但是工作人員卻忽視了最重要的一點，那就是地質條件具有復雜性的特點，還沒有辦法建立出滿足所有工作情況的控制對應方式，所以這里面所說的設計優化主要指的就是建立在某一個具體地質情況上面，重點優化過程是有序完成探井作業之后才展開的，這種工況各種優化其針對性極強。③半自動控制模式。同一區塊展開鉆井工作時，“自動控制作為關鍵內容，人工監督當作輔助”，這樣工作模式不僅可以降低相關工作人的勞動強度，而且同一區塊的地層共性可以使控制模式與真實情況之間更加符合。④偏差值的設計。對相關參數設定出允許的范圍，如果真實的情況已經超出允許范圍，這時機器就會第一時間發出預警，之后快速變成手動模式。

5 技術的優勢與特點分析

通過的智能控制系統進行的分析，發現其優勢與特點非常的明顯。

（1）適應能力非常的強。主要就是因為展開再次優化，所以即使面對更加復雜的工作環境，所呈現出來的工作效果也會更好一些。有著豐富經驗的司鉆工作人員，通過科學的操作，也可以有效降低和減少人為操作所帶來的誤差。

（2）更具可靠性與人性化特點。“自動控制作為核心，人員監督成為關鍵輔助”，這樣的工作模式優勢很多，即：明顯降低相關工作人員的勞動強度，保證在具體生產過程當中不會受到任何因素的影響，可以真正實現有序和順利。通過設置出偏差值，可以第一時間為報警和控制提供幫助與支持。

（3）有效降低風險，真正實現安全使用。因為真正實現為區塊的“量身定制”，所以適應性非常強，可以節約更多的支出成本，并且在提高生產水平、效率等方面都可以發出非常關鍵的作用。

（4）為技術革新提供支持與幫助。多個連續性區塊的數據采集，最終真正形成一個綜合性較強的地質板塊數據庫，即使在后期遇到非常復雜的工作情況或者是為無人值班作業技術的研究，都可以提供支持與幫助。

（5）應用的關鍵對象。此項技術的應用，在區塊范圍當中，適合展開井位相對密集鉆井工礦，如果同一區域內的井位非常多的，那么此項技術所呈現出來的優勢特點也會非常明顯。

6 展望

伴隨著時間的不斷推移，安全管理體系的出現以及將“以人為本”作為主要的原則，在提高安全生產水平等方面起到非常關鍵的作用和意義，同時，也能夠滿足市場對自動化技術水平所提出的要求。但是據了解，國內許多石油生產商以及國外用戶都沒有將自己關注的重點放在購買自動化程度非常高的鉆機產品上面，之所以會出現這樣的情況，主要就是因為鉆機的價格非常高，而且這樣的產品還存在著些許問題，在滿足不同用戶所提出來的不同要求方面，還存在一些問題，因此，智能控制系統的應用完善，可以在未來無人值班技術、無人鉆井技術快速發展等方面提供幫助與支持。

7 結語

簡而言之，當石油企業開采工作在展開的過程當中，石油鉆機憑借著自身強大的優勢與特點得到廣泛的應用，同時，對智能化提出更高的要求，雖然說現階段石油鉆機智能化控制系統還沒有辦法滿足不同工作環境所提出的要求，但是相關工作人員必定不會有“畏難”的工作態度，不斷健全智能控制系統，再通過加入學習控制系統等，幫助石油鉆機的適應能力變得更強一些，降低和減少風險發生的可能和概率，更會為相關技術的快速革新提供幫助。