浅谈石油钻机智能送钻技术

王艳杰，颜伟，杨轶普

（渤海石油装备制造有限公司辽河钻采装备分公司， 辽宁 盘锦 124010）

目前，随着我国石油勘测开发力度的持续增强，国内石油钻井技术得到了进一步改进与完善。介于国内石油机械市场生产力度不断增加的趋势，石油钻井技术在某些层面上得到转型与升级。如此一来，我国石油钻井技术变得更加成熟、规范。近些年来，国内智能化水平的不断提升侧面带动了各个行业领域的发展。其中，智能送钻技术作为智能化时代的产物，能够以智能化模式实现钻井工作的有序开展，确保钻井质量与效果。可以说，基于智能化的送钻技术对于石油勘测开发工作而言，具有重要的实施意义。

1 石油钻机智能送钻技术的基本特征与原理

1.1 基本特征

智能送钻技术最为显著的特征在于改变传统人工调节方式，取而代之的是系统自动化调节方式。结合实践经验来看，基于智能化的送钻技术在应用效果方面，多具备提升控制钻机速率与调节钻机压力的特点，某些方面还具备监控与控制的特性，能够有效地预防运行隐患问题。举例而言，在实际钻井施工当中，操作人员往往会利用既定的钻井工艺开展作业。

为进一步确保钻井工艺的安全性与合理性，操作人员必须严格控制好钻压、钻速以及系统压力等方面的参数数值，确保系统能够实现钻头连续进给的相关要求。通过应用智能送钻技术基本上可以达成上述要求，送钻系统会利用智能化技术，自动控制钻井速度以及系统压力等参数数值，为钻井作业提供安全保障。除此之外，智能送钻技术还可以有效规避以往人工调节方式的不足，降低人力资源的消耗，利于企业节省开支，实现经济效益最大化目标。

1.2 基本原理

随着智能化技术的不断完善与改进，自动送钻技术在应用方面发生较大改变。主要体现在从原本的刹车上绞车的应用过渡到盘式刹车的应用。根据现状来看，自动送钻技术还多用于电驱动绞车。根据以往的实践经验来看，智能送钻技术的基本原理主要可以归结为以下几个方面。

一方面，智能送钻技术在实际运用过程中，监控环节多属于动态分析过程。系统往往会利用智能化技术，且结合专业数学知识，对系统当前的运行状态进行合理分析。在此基础上，系统会根据自身实际运行状态，做好相关控制工作。这种应用原理基本上有效消除了传统人工操作的不足，实现系统功能的统一性与自动化。

另一方面，智能送钻技术在实际运用过程中，常常会利用控制驱动作用，确保模糊控制效果。并在此基础上，根据实际钻压完成具体的加载工作。这样做的主要目的在于弥补人工智能操作存在的不足，以便更好地确保钻机智能送钻技术的应用效果，防止在运行过程中出现隐患问题。

2 石油钻机智能送钻技术的类型与应用流程

2.1 模糊控制技术

2.1.1 基本概念

所谓的模糊控制技术主要是以模糊集合论、模糊语言变量以及模糊语言推理等计算机控制理论为基础内容的智能送钻技术类型，属于基于计算机调控的模糊控制系统。通俗来讲，模糊控制技术主要结合理论与语言等变量内容，利用智能化手段，将传统人工控制模式转变成为数值运算模式，目的在于借助计算机设备实现模糊自动控制要求，以确保最终的控制效果。可以说，模糊控制技术基本上可以有效结合人的思维模式，对石油钻井工作中的不确定因素进行合理把握与管控。最重要的是，模糊控制技术不需要借助数学模型控制过程实现控制管理，具有重要的应用价值。

2.1.2 应用流程

一般来说，模糊控制过程主要是由模糊化、知识库、模糊推理以及清晰化等部分组成。为进一步确保模糊控制效果，研究人员结合上述四部分内容进行合理优化，严格控制钻压速度与压力。具体应用流程如下。

从计算偏差开始可以将变量的精确值转变成为系统所需的模糊量。再严格根据控制规则要求，明确控制量所需的增量，最后确保清晰化效果。首先，研究人员需要确定好系统所需的输出变量与输入变量，也就是我们常说的结构设计部分。介于这个过程算法与控制难度较大，建议使用二维模糊控制器完成具体操作。

其次，模糊集合化本身属于语言变量中的取值问题。因此在计算方面，可以录用隶属函数计算方式进行解决。最后，结合实际情况采取有效的控制算法。如针对一些系统要求不高的送钻系统，可以利用清晰化设计方法。针对模糊控制器参数设计部分，可以利用模糊控制量化因子进行处理。

2.2 控制系统设计

根据钻井数据的数学研究来看，我们基本上可以明确钻压与钻速之间的关系。当钻压相对较小的时候，所产生的岩屑量也较小。如果此时，钻压持续加大势必会影响井底条件，且钻速也会得到遏制，无法继续增长，甚至出现停止增加状态。因此可以说，基于一定条件下，钻速与钻压之间呈现一定的线性关系。当钻压数值过低时，不建议作业人员使用。究其原因，主要是因为钻压超过限定范围之后，会对钻头造成严重磨损，限制钻速的有效增长。针对于此，建议研究人员必须根据钻井数据要求与相关规定，做好控制系统的设计工作。一般来说，控制系统的设计内容主要围绕钻压控制与钻速控制展开。内外结合的方式有利于二者效率的有效提升，基本上不会出现上述问题。当内环部分钻速出现明显问题之后，内环内部的参数会受到自身系统的控制作用而出现相应变化。可以说，内环产生的惯性会影响内环回路的运行效果。且在系统运行时间不断延长的条件下，这种惯性所带来的影响会愈加明显，如对整个系统的响应速度产生促进效果，比较利于智能送钻技术应用水平的有效提升。

3 智能送钻技术在石油钻机中的实践应用分析

3.1 主电机自动送钻

电驱动钻机的不断发展进一步促进了主电机自动送钻系统的发展。可以说，主电机送钻系统的出现与广泛应用进一步实现了对钻压与钻速的控制要求。结合实践效果来看，石油钻井过程往往需要利用电压信号转化技术，才能够有效作用于压力变压器当中。并以模式传感器输出液压信号的方式，经过单元当中，由系统进行智能判断，确定当前压力信号与钻压数值是否满足规定要求，以及系统运行是否存在不合理问题。需要注意的是，在实际应用过程中，建议操作人员应该结合A/D采样处理方式，判定系统存在的异常钻压信号。并将相关数值输入到速度控制单元当中，以便系统及时恢复正常运行水准，防止隐患问题进一步加剧。

3.2 盘式刹车自动送钻

盘式刹车自动送钻主要利用盘式刹车自动送钻技术达到有效控制的目的，如控制钻速等。在这一过程中，主要利用控制钻机刹车力矩的相关原理进行实现，确保盘式刹车自动送钻系统得以正常运行。其中，系统组成中的拉力传感器会根据钢丝绳拉力的方法，将所得的信号传入到计算机当中，经过相关变换完全转化为钻压实际数值。在整个过程当中，自动送钻过程往往会利用恒压送钻等方法，确定最高钻压数值。介于这种方式单纯停留在自动化功能方面，建议技术人员应该在刹车片的处理方式上，尽量确保多个刹车片得以协调配合，以便更好地促进整个系统的运行。

4 结语

总之，石油钻机智能送钻技术作为确保我国石油勘探质量安全的核心技术，必须得到切实加强与优化。目前，我国智能化水平仍处于不断探索与加强的发展阶段当中，在此过程中，相关研究人员应该加强对智能送钻技术的研究力度，更好地为钻井质量提供安全保障。与此同时，研究人员可以结合现阶段石油钻机智能送钻技术存在的不足，进行深入分析与改善，如优化自动送钻系统等，从根本上确保我国石油勘探行业的长足发展，促进我国石油钻机智能化发展和石油事业的可持续发展。