石油装备技术现状及展望

张吉平 乔建华 潘跃明 刘晓东 王明永

摘 要：石油装备自动化主要包括井下作业自动化和地面装备自动化，随着人工智能、大数据、和5G技术的快速发展，给石油装备的发展带来了新的契机。国外石油装备自动化是集先进性、可靠性、适应性和经济性于一体自动化钻机，与自动化工具配合，实现了真正意义自动化和智能化操作。指出国内未来石油装备自动化的发展方向，实现可视化的过程监控和可视化的数字钻井。

关键词：石油装备;自动化;数字化;展望

石油工程技术的进步，都极大地推动了勘探开发的发展，有效保障了勘探增储、开发增产、降本增效，是储量发现、油气上产、稳产的关键。随着油气勘探开发不断向深海、沙漠、极地、高山等自然地理环境恶劣的边远地区延伸，向深层、“三高”气藏、低压低渗透、稠油、非常规资源等难动用储量延伸，特殊工艺井数量不断增长，促使国内外钻井工程技术得到快速发展;钻采工程技术装备是实现油气勘探开发的重要保障。钻采工程技术的不断创新和提高是有效降低勘探开发成本，增加油气产量的重要手段，也为石油装备制造业发展提出了更高的要求。

1.国内石油装备技术现状

（1）装备结构与市场需求仍不匹配。在海外市场，甲方标准要求高，现有钻井设备配置不能满足海外市场需求;在国内外部市场，7000米以上电动钻机数量不足，特别是新疆、西南等市场钻机不能满足甲方要求，外闯市场的竞争力受到了限制;各油区内部市场，近几年受油价低影响，钻机更新慢，快装快移、搬迁车次少、占地面积小、低成本的3000米及以下钻机缺口较大。

（2）是高端工具、仪器产品仍是短板。从国际市场收入占比看，斯伦贝谢、哈里伯顿、贝克休斯等油服企业高端收入均在50%以上，我们仅为30%多。随着全球油气勘探力度加大，高端随钻设备需求扩大，高温MWD、近钻头地质导向、旋转导向等仪器供不应求，需要加快步伐解决卡脖子难题。

（3）自动化、环保设备推广数量偏少。受到成本控制影响，各大钻井公司仅在少量钻机和修井机上进行了逐步配套使用，自动化、环保设备还未得到较大面积的推广。自动化、环保设备是设备发展方向，在工程公司减员增效、环境保护要求不断提高的背景下，需大力推广自动化、环保设备，实现环保生产、较少劳动用工、提高本质安全。

（4）高端特种作业设备数量不能满足市场需求。连续油管作业、不压井修井作业逐步成为常规作业技术，连续管装备作业能力不断提高，作业范围不断扩大，作业工艺、配套工具技术日渐成熟;不压井装备由注水井向高压油气井作业过渡。由于设备投产时间较长，新工具的配套投入较大，连续油管车和不压井设备等特种作业设备远远满足不了国内国外市场的需要。

2.国外石油装备概况

（1）国外自动化石油钻机都是“机电仪计”一体的智能化、信息化、自动化钻机，具有完善的性能，集先进性、可靠性、适应性和经济性于一体。国外自动化钻井技术主要包括井下作业自动化和地面自动化钻井装备。井下自动化包括旋转闭环导向钻井系统、自动垂直钻井系统等;地面装备自动化旋转钻进系统自动化、钻井管柱操作系统自动化、钻井液循环系统自动化、一体化司钻控制系统等。随着云计算和和智能识别系统和控制系统相继出现，与自动化工具配合，实现了真正意义自动化和智能化操作。

（2）“井工厂”模式广泛应用于北美页岩气开发，带来了巨大收益。其优点运移效率高、可以提供任何方向的移动; 降低了钻机整体结构的磨损; 操作灵活、控制精度高。 驱动类型主要是大中型电驱动钻机，近几年新增的成套定制钻机几乎全部是交流变频电驱动钻机。此外，还开发应用了噪声小、污染少、运移性能好和自动化程度高的液压驱动钻机。大部分配有顶驱、铁钻工、动力猫道和钻机集成控制系统等，少部分配备了自动井架工，大大提高了钻井工作效率和安全性。

（3）国外轻型的自动化钻机，重量仅为普通钻机的1＼2，仅需1-2人即可在司钻房内通过计算机控制完成所有钻井管柱输送、接单跟、钻进、起下钻等钻井作业。自动化程度高，模块化、移运方便快捷，设计紧凑，占地面积小。

（4）发达国家要求对钻井废弃物实现“零排放”，从源头上减少到最终处理有严格规定。国外对于钻井废弃物的管理始终坚持废弃物处理数量最少化、毒性最小化的管理原则，称为“4R”原则。钻屑回注技术是实现零排放较好方式，“从那里来到那里去”适合于海上钻井平台的井组施工或陆地的丛式井施工，但是这项技术的局限性在于对地层要求较高，要先期进行地质分析，地层要有大孔道，也就是说能够注得进去，而且能够“注入到地层安全层”，油藏与注入区要隔离开，防止对产油层造成污染和破坏。

3.石油装备发展方向

从全球近年来钻井技术发展趋势看，每一项钻井技术的重大进展都对应着某项高技术的引入。钻井主导自动化技术的发展实质上是把钻井、录井、测井与信息技术四者集成于一体，最大限度地实现提高油气层的发现、提高单井产量、缩短钻井周期、降低“吨油成本”，高效的自动化钻井系统将在油气勘探开发中扮演越来越重要的角色。

伴随大数据时代的到来，计算能力的大幅提升，随着人工智能、大数据、5G的应用，人工智能技术在越来越多的领域取得了突破或者长足的进步。人工智能会使石油钻机朝着自动化、数字化、智能化、信息化，高适应性、高可靠性、高效率、高效益方向发展。5G技术毫秒级的延时，使操作接近100%的可靠性，通过实时监控井下和地面参数，远程监控、远程决策、可视化的过程监控，真正实现可视化的数字钻井。

（1）钻井装备：主要体现在快移快装、智能控制、低碳环保的发展理念，强调钻机整体运作效率、自动化操作，智能化运行。

（2）固井装备：满足固井作业完全自动控制与工程设备大型集成控制;满足特殊泥浆体系宽幅密度控制的泥浆混配、泵注要求;满足超深井、深海及非常规固井工艺作业需求。

（3）压裂装备：向大功率、大排量、高压力、自动化、网络化、自适应发展，满足连续作业、超高破裂地层、大规模施工作业工况，实现压裂作业集群控制和远程监控及操作。

（4）修井作业装备：向多功能组合、一机多用、高端作业设备发展，连续管装备作业能力不断提高，作业范围不断扩大，作业工艺、配套工具技术日渐成熟。

（5）井下仪器：向高精度、阵列化、集成化、随钻化方向发展。

参考文献：

[1]吳强，刘冰.石油装备制造业发展现状及其机遇和挑战.《石油知识》.2009年 第5期.