石油钻机自动化智能化技术研究及发展建议

李靖，高艳坤，孔祥伟

（中国石油集团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）

1 我国钻机技术发展现状

（1）直流传动、变频传动技术。我国在20 世纪70 年代的时候对电力拖动技术进行了广泛应用，这种技术具有很强的调速和传动功能，所以也被广泛应用到石油行业当中，而且迅速占据了非常重要的地位。电力拖动技术包含有变频传动和直流传动两种，相比较而言，变频传动技术应用更为广泛，其不但在一定程度上简化了钻机的机械结构，而且还有效提高了设备的稳定性和安全性，更好地促进钻机自动化和智能化控制的实现。可是因为我国电力拖动技术在石油钻机中的应用起步比较晚，一直到20 世纪末期才被应用到企业实际生产过程中，所以技术发展还不够成熟，在具体应用过程中存在较多缺陷。我国目前石油钻机传动技术主要包括单传和多传两种方式，每一种传动技术有着各自的优势，都对我国钻机智能化技术的发展起到了一定的推动作用。

（2）钻机动力的发展。我国最早的钻机动力主要以柴油驱动为主，这种方式主要是借助发电机的电力推动钻机转盘和泵的正常运转，现如今已经逐渐发展成以电力和其他新能源为主的驱动模式。如果想要实现多台钻机的同时运转，可以在发电机控制中引入数字化设备，从而实现对多台钻机的统一控制，需要注意的是，在此过程中和谐波和无功功率会有所增强，对电网造成一定的影响，这就需要技术人员给其中添加一定的抑制和谐波装置，将不良影响降至最低。除此之外，以往传统的柴油驱动模式只适合一些较为普通的地区，如果遇到资源非常丰富的区域则一般采用燃气能源驱动模式，但是存在一定的局限性，在负载较大的时候就会发生动力不足现象。近些年我国不断加大对各种新型能源的研发力度，希望可以为钻机驱动提供新的动力，不断提高钻机使用效率。

（3）自动化和智能化控制技术。随着时代的快速发展和科学技术水平的不断提高，各个行业都发生了翻天覆地的变化，石油领域同样也不例外，钻机技术逐渐向着自动化和智能化方向发展，以不断提高钻机作业效率和质量。自动化和智能化控制技术主要包括交流变频、液压驱动以及传感检测等，和西方发达国家相比较而言，我国目前还处在不断完善阶段，比如，在发展过程中借鉴了英国的RAD 和德国的Bentee 钻机。在实际钻进过程中应用自动化和智能化技术还需要对井下的具体环境和各项参数进行综合考虑，并将其及时反馈给控制中心，此类参数主要包括流量和速度，通过适当的调整不断提高钻进过程的准确性和安全性，并最大程度节约成本。

（4）计算机集成控制技术。随着互联网时代的到来，计算机控制技术被广泛应用到各行各业当中，其在石油开采过程中的应用发挥着不可替代的作用，为钻机智能化目标的实现奠定了坚实的前提基础，其中计算机集成控制技术体现地尤为明显，从机械和仪表操控到对可编程逻辑器的控制，再到后来的工控机和嵌入式控制，现如今已经被运用到钻机设备当中，而且集成控制技术在钻机设备中的应用也越来越完善，增添了数据服务器、视频监控以及控制站等多种控制系统，优化了各项钻井参数和钻机的功能。在钻井作业中应用集成控制技术可以对钻机设备参数设置和钻井过程进行实时监控，很好地促进石油企业钻机技术的不断优化。

2 石油钻机自动化技术发展建议分析

（1）注重自动化工具开发。工具对石油钻机技术实际应用效果具有很大的影响，我国目前已经实现了管柱和地面钻机设备的自动化，可是和其他发达国家还是存在较大的差距，当然我国的钻机自动化技术水平也在不断提升，而且不断普及全国范围，有效提升了钻机设备的自动化应用成效。需要注意的是，在开始操作之前，相关工作人员应该提前制定最为科学合理的操作流程，做好自动化技术应用和普及工作，并对钻机设备使用过程的安全性和可靠性引起重点关注，在对各种自动化工具研发的时候就要围绕其应用可靠性，使其更好地满足企业实际生产要求。

（2）注重集成控制技术研发应用。集成控制技术在钻机中的应用很好地规避了以往传统操作过程中在人力和能源方面的过大消耗问题，我国现如今钻机技术所采用的各种仪表、电动机基本上都是独立运行的，在实际运行过程中需要采用人工方式对其实施调试，在运行和信息化技术之间的集成管理存在较大的缺陷，根本无法实现数据信息的共享，这就在一定程度上影响着钻机后续一系列工作的顺利开展，甚至还会影响钻机的正常作业，所以还需要我们对其不断加大研究，提高钻机自动化完善程度。相关研究人员应该对钻机集成控制系统的研发以及应用引起重点关注，更好地推动钻机技术的快速提升和发展。

（3）注重研发节能技术。根据以往经验总结发现，无论实际钻机技术还是石油资源开采过程都存在较大的能耗，在一定程度上浪费了石油资源，所以我们还需要加大在节能技术方面的研发和应用。比如，在变频绞车实际应用过程中，其热能的供应主要是通过对电阻的转化，所以会造成资源的严重浪费，给企业带来一定的经济损失。想要实现该过程的节能效果，可以通过对超级电容的回收利用以不断提高钻井作业的经济性，对以往传统开采过程的能源消耗过大现象进行了很好地改善和弥补，不断提高自动化技术研发的有效性。

3 钻机智能化技术发展建议探究

只有不断提高钻机自动化和智能化技术水平才能更好地保证其实际应用过程的高效性、安全性和优质性，在保证钻井效率和质量基础之上，还可以在一定程度上降低钻井作业成本。

（1）研发钻机实时运行参数和工况集中监管系统。钻机集中监管系统的实现可以将发电机、泥浆泵、柴油机、绞车以及井架等多种设备实际运用过程中的实时工况和参数通过无线传输方式即使输送到控制中心，而且如果出现异常工况或者是异常参数会立即报警，这样就大大减少了机房值班人员，也减轻了管理部门的现场巡检工作量，在保证钻机使用效果基础之上，大大降低了钻井作业人工成本和设备维修费用。

（2）研发专家故障诊断系统。专家故障诊断系统的应用实现了对钻机设备各种运行参数的快速收集，而且还可以对各种故障进行自动化分析和处理，更好地避免了钻机故障的发生和给生产所带来的不良影响。

（3）加快智能化自动化工具的成熟步伐。不断加强对铁架工、铁钻工和自动猫道自动化智能化装置的研发，促进各种智能化钻机工具的不断发展和成熟。

（4）研发交互式虚拟现实技术操作培训系统。就我国目前情况来看，大多数石油企业钻机操作培训工作都是利用图纸、产品样本和一些相关视频资料，这种培训方式在互动性和实践操作性方面存在较大的欠缺。随着我国社会经济的飞速发展和科学技术的不断进步，这样单一的培训方式已经不再能很好地适应现代化社会快速发展实际需求，特别是航空领域更是需要交互式虚拟显示技术的应用，这种培训方式是利用实体操作终端来操作，同时还需要借助显示和数字样机进行投影以创设工作场景，从而使操作人员有一种身临其境的感受，部分外国公司已经将该项钻机应用到业务当中，我国国内还需要不断加强在该方面的投入和研发。智能化技术的不断发展可以实现整个钻井过程的全自动化操作，全程无需人工劳动力的参与，而只需要工作人员按下启动按钮即可，钻机便可以实现整套钻进流程，各套程序之间实现真正的无缝链接，当然还需要技术人员进行不断地研发。

总而言之，在石油资源开采过程中应用自动化和智能化钻机技术具有十分重大的意义，其不但可以实现钻井过程和设备维修检测工作的自动化，而且还能在一定程度上节约人力物力成本，提高钻井作业实际效率和质量。当然还需要我国石油钻井工作人员不断加大对自动化和智能化钻机技术的研发力度，完善系统设置，创新培训教育环节，提高钻机操作人员的素质，使得钻机智能化技术有着更好的发展，推动石油企业的进步。