我国石油钻机控制技术现状与未来发展

孙路路 王红妹 朱帅祁

(山东科瑞机械制造有限公司，山东 东营 257000)

1.1 电力拖动技术的应用改善了钻井操作的舒适程度

当前我国的石油钻机应用较多的就是电力拖动技术，主要是基于功率元件实现电气调速的变频技术，钻机将这种驱动技术在各类型电动钻机中进行应用，关键设备绞车、钻井泵、顶驱与转盘等之间实现了无极调速操控，提高了钻井操作的舒适程度。在变频驱动方式占据主导的同时，直流SCR装置业同样具备较高的性价比，也存在一定的市场需求。

1.2 逻辑程序控制的应用提高了钻机的自动化水平

PLC或者专用控制器装载软件程序作为钻机电控系统的指导者，为钻机的多项安全保护工作提供了保障。设备配置运行状态检测传感器，会根据设备工艺参数做出反馈，并能结合设备工作流程进行安全保护工作，钻机控制保护性能得到了提高，钻机的各个运行环节：绞车智能防溜钻保护、泵压安全控制、钻井泵软泵控制、立柱排放轨迹自动规划等等，都能实现联动控制。

1.3 钻机管柱自动化处理技术得到了广泛应用

当前国内石油装备制造企业不断地开展管柱自动化技术研发，并在工业化过程中进行应用。管柱自动化装备具有很强的优越性，能够降低用人成本，提高生产效率，生产起来自动快捷，具有安全可靠的工作特征。钻机管柱机械化处理作业，方便了钻柱在地面与钻台面之间的输送工作，钻机管柱自动化处理技术更加智能。

2 我国石油钻机控制技术存在的问题

2.1 石油钻机的系统集成水平还需要进一步提升

当前我国的石油装备制造企业以机械加工与集成配套相互结合的方式，集成配套需要视频监控、仪表检测与电传动控制等子系统的配合。由于产品的型号、结构形式、技术参数的差异性等，容易产生一些问题，比如设备接口不匹配，线路容易混乱或者配置重复等问题，让整个集成化程度不能达到一个最佳水平。

2.2 石油钻机的信息化程度还需深度拓展

当前我国推行“互联网+”政策，石油钻机的信息化控制也在其中之列。集成司钻控制系统的开发，让让钻机各设备参数以及工艺参数得到有效应用，实现了司钻房的全数字化监视。然而与钻探企业的机关部门相比，却只能获得有限的现场信息，得到的信息反馈比较滞后，设备管理起来不易，需要深度拓展石油钻机的信息化程度。

2.3 管柱自动化装备缺乏一定的原始化创新

现阶段我国的管柱自动化装备研发思路，主要是根据模拟人工排放动作流程开发设计开展，基本的研发路径与设计方法都缺乏一定的原始创新，从一定程度上限制了产品的工作效率。对比来说，国外的一些公司在这方面却进行了大胆的革新，比如德国海瑞克全液压钻机，就采用了无二层台双立根低位离线接立柱技术，让钻机的下钻速度变得很快。国内的管柱自动化缺乏此类核心技术的理论算法，无法形成具备核心竞争力的技术产品。

3 我国石油钻机自动化、智能化与信息化的技术发展展望

3.1 通过管柱自动化装备的自发研究，促使产品类型升级与创新

一方面，国内相关的钻井装备制造商也要紧随时代的步伐，加强对于此类需求的研发力度，利用跨行业横向联合的方式不断实施改革，更改管柱输送、交接、排放等工作路径，通过创新完成新型产品的成型。另一方面，石油钻井的工作环境比较特殊，尤其是冬季低温情况、海洋强腐蚀等环境，还要面临地质、地层、钻深等差异性工作状况，对于开展产品技术的升级研究提出了更高的要求。不同类型产品的开发需要结合液驱、电驱与电液复合驱动等，尽最大可能为用户提供多功能性产品，提高用户的受众体验，确保其安全可靠。

3.2 加强升级钻井优化系统，提高智能化钻井水平

现阶段我国国内的钻井作业还处于自动化的完善期，具体来说，就是地面钻机自动化装备与井下旋转导向自动化产品的完善。根据相关专家的预测，估计还有9年时间，完成石油勘探开发向依赖钻井专家优化数据库智能钻井的转化。依据以往多年的人工钻井经验与作业工艺参数的规律来做出总结，逐渐形成了一套数据丰富的钻井专家优化数据系统。利用井下工具检测系统，智能地提取当前井下的地层特征数据，与其相关联的计算机数据库会自动匹配出最佳参数，做出钻机旋转设备与钻井液系统等的工作给定指令，进而完成自动控制钻机设备的运转。此类模式下，人工的干预将会大幅减少，钻井优化系统的升级形成了地面与井下设备的整体自动控制，让钻井的智能化更加地明显。因此，加强对国内钻井专家优化数据库系统的研究，将会为未来钻机满足智能化钻井工作提供先决条件。

3.3 强化设备故障针对系统的升级，完善钻机技术服务

未来的钻井作业将会逐渐机械化，在机械化的服务过程中将面临着一个重要的课题，就是要及时地完成各个系统设备的维护保养与故障修复。这方面的业务需求会随着机械化程度加强而逐渐激增，国内的石油开采企业要加强基于大数据的故障诊断系统建设。一方面，要细分钻井设备的故障类型，对于频繁出现的故障做出统计分析，并建立基于检测参数、特征波形的故障特征数据库；另一方面，加快自动预警与处置系统的技术开发，借助无线通信让计算机实现各类故障的智能化预警，设备需要维修和保养的时候做出自动提示，降低因为设备停机而给生产造成的损失。

4 结语

目前我国石油钻机的系统集成水平、信息化程度还处在探索阶段，还需要进一步提升。笔者建议提高管柱自动化装备的自发研究力度，促使产品类型升级与创新；加快升级钻井优化系统，提高智能化钻井水平；强化设备故障针对系统的升级，完善钻机技术服务，从多维角度提升石油钻机的智能水平，通过多种技术的融合，不断满足市场的需求。