石油钻机智能化应用研究

汪巧

摘 要 石油钻机是石油开采的关键设备，智能化技术是引领新时代工业发展的核心技术，石油钻机的智能化应用在石油开采方面具有重要意义。本文以钻机智能化发展背景为切入点，论述了石油钻机智能技术应用中存在的技术与管理问题。论文根据技术背景提出了推广全面应用、增强培训以及能源节约三个方向的加速智能化应用措施，对石油企业在钻机智能化应用上具有参考价值。

关键词 石油钻机;智能化技术;智能化推广

引言

近年来，全球能源需求不断扩大，石油工业高速发展，石油开采市场竞争激烈。石油企业希望将石油钻机实现智能化来达到提高工作效率，降低成本的目的。

1石油钻机智能化发展背景

（1）直流与变频传动技术的应用。电力拖动技术具有调速方便灵活且传动功能强的特点，我国在20世纪末将此技术引入到石油钻机的生产制造上[1]。电力拖动分直流与变频两种传动模式，直流传动具有良好的性价比且占据了一定市场地位，变频传动简化了钻机结构，提高了钻机稳定性。直流与变频传动技术的应用为钻机向智能化发展奠定基础。

（2）石油钻机驱动模式。钻机的驱动模式主要有柴油发电机、电网供电以及新能源发电供电等。柴油发电机是应用较早的驱动模式，该驱动模式可用数字控制来实现多台机组联动。电网供电适用于电力资源充足地区，但需要配置功率补偿与谐波抑制装置来提高用电稳定性。新能源驱动是我国大力发展的驱动模式，由于该驱动模式受地域条件限制，因此在推广应用上有一定难度。驱动模式的多样性为钻机智能化提供了动力保障。

（3）石油钻机智能化发展。智能技术的发展推动了全新的工业技术革命，智能化技术在钻机液压系统控制、变频系统控制、传感器检测、设备运行监测等方面具有独特优势[2]。目前智能化钻机已经走向市场，以德国Bentec公司生产的智能化钻机为例，智能化钻机根据作业环境将作业信息反馈给控制中心，进而自动调节速度、流量，压力等工作参数。国产石油钻机正朝着智能化方向发展，在钻井控制系统等方面已经取得技术突破。

2石油钻机智能化应用中的问题

（1）电机开发深度不足。目前成熟系列的电机产品无法满足钻机的非标定制以及批量生产需求。石油钻机为多电机协同工作，当对某项参数设置时，会影响其他部位设置给控制调试带来困难。石油设备中钻井泵、绞车等的外形尺寸有限制要求，在传动结构设计中需电机与设备一体化、模块化，此类电机在国内型号较少。石油钻机设备在海上等恶劣环境中工作，极易出现腐蚀、生锈等情况，这就需要具有高防护等级的电机。符合海洋露天作业防护等级的国产电机存在散热性差的问题，因此长期依赖进口电机，这不利于钻机的成本与货期控制。研发具有可定制性，产品一体化与模块化，高防护等级的电机產品，是钻机智能化发展重要因素。

（2）司钻控制房与电气布线缺乏规范。司钻房由显示系统、控制系统、房身结构及辅助设备等组成，是控制石油钻机工作的操作间。钻机高效工作需要规范的司钻房工作制度与管理体系，但在实际生产中，司钻房操作混乱并缺少标准与规范。钻机电气布线缺乏细节规范标准，布线施工随意性较大。钻机电气的电缆及电缆槽安装不规范是较为突出问题，电缆在控制箱穿接时缺少必要的密封保护，导致控制箱内部受潮，使各电气元件寿命较少或直接损坏。电缆槽及相关附件的接地保护施工不规范，使电缆线路在运行时增大额外电阻，这会缩短电缆寿命。此外，电缆标识易损坏、信号线与动力线混合敷设、线路信号干扰等问题都成为钻机智能化的障碍。

3加快石油钻机智能化的有效措施

（1）增加智能技术在钻机上的应用项目。开发钻机运行的参数及工况监测系统，通过安装在设备上的传感器来检测设备运行数据，再传输给检测中心并录入数据库。根据监测数据来实时掌握发电机、绞车、泵机等设备的运行参数。当数据控制中心收到设备的运行参数异常时会立即报警，这样可以减少值班人员数量，减轻设备巡检工作压力。在此基础上，深度研发石油钻机的故障诊断系统，利用大数据加智能云计算的技术快速诊断出设备的故障机理锁定故障位置。基于智能技术的操作培训，国内石油企业对钻机操作员工的培训主要靠自编培训手册、项目图纸、影像视频资料等传统方式。现今，航空领域应用虚拟现实的智能技术在培训工作上已经取得了显著的成效，石油企业也可应用该技术对员工进行钻机操作培训，从而避免了传统培训的互动性不强、实际体验效果不佳等问题。

（2）推广智能技术在钻机节能方面的应用。石油钻探过程中需要电能、燃油等能源驱动，其中存在大量能源运用不合理造成的浪费现象。开采作业过程中的能源浪费必须引起石油企业足够重视，智能技术在合理分配钻机功率、速度等参数上有着显著效果，这无疑起到了节约能源的作用。不仅如此，智能技术还应在节约能源上有更多应用，例如，变频钻机利用超级电容替换传动电阻，这样不仅节约了能源还有利于资源回收再利用。

4结束语

总而言之，石油钻机是石油开采的核心设备，钻机智能化的实现不仅提高了钻机的工作效率，也是为企业节省人力及能源等方面的成本。石油钻机智能化应用包括了数据库建立、智能系统完善等多项工作，基于智能化平台可为石油开采相关设备及管理系统的全面智能化升级打下基础。

参考文献

[1] 张振中，王鹏霄，杨新华.石油钻机微电网混合储能系统的协调控制策略[J].电气传动，2020，50（2）：82-87.

[2] 邱锦波.滚筒采煤机自动化与智能化控制技术发展及应用[J].煤炭科学技术，2013，41（11）：10-13.