浅谈石油钻机的生产及智能控制系统

韩顺坤，卫帅兵，刘登

（中国石油宝鸡石油机械有限责任公司，陕西 宝鸡 721000）

钻井作业具有复杂性的特点，其中包括许多内容，例如，投入较大的资金，而且风险系数也会很高。换句话来说，钻井装备技术含量对速度会产生极其严重影响，同时，也会对设备的安全带来制约，在新形势的大背景之下，我们国家的钻井技术与国外的钻井技术比较还存在着一定的距离，伴随着不断推移，石油企业的发展在研究方面投入了更多的资金，所以必定会进一步提高钻井装备水平，缩小与国外之间的距离，帮助国内石油专业技术更好的发展。基于此，下文主要对石油钻机的生产与智能化控制系统展开深入探讨。

1 石油钻机技术应用的重要性

在石油开采工作展开的过程当中，因为所面临的环境具有复杂性的特点，所以想要确保钻井工作有序、顺利地进行，不会受到各种因素的影响，还需要石油企业投入一定的资金，从事生产经营活动。石油产业与其他的产业进行比较的话，二者之间的不同与差异较大，其中石油产业最明显的特点就是投资规模大，而且工作负荷较高，风险很大，针对这样的情况，石油企业想要真正加快石油开采速度，并不是一件容易的事情，还需要将相关要求作为基础，不断对技术设备进行优化与更新。在石油开采的过程当中，钻机技术是非常重要的组成部分，并且发挥出关键的作用，在某种程度上来说，钻机技术自身的稳定性与石油钻井作业是否具有安全性之间有紧密的联系，从总结经验的角度进行分析，合理使用钻机，无论是在保证钻井作业水平、效率还是在节约生产成本等各个方面，发挥出来的作用非常显著。因此，在新时代大背景下，石油企业在进行生产的过程中，需要真正认识到钻机技术的重要性，之后加大对其研究的力度。

虽然说我国的石油钻机技术与其他发达国家相比，还存在着一定的距离，但是相关工作人员不会有“畏难”的工作态度与心理，为了能够将石油钻机的作用真正发挥出来，缩小与国外技术之间的差距，加大开采规模，还要通过不断实践，之后形成具有多元化特点的石油钻机技术体系，满足石油钻探过程当中所提出来的要求。

2 石油钻机生产的状况和存在的问题

自动起下钻技术的应用，不仅在降低工作人员的劳动强度方面会发挥一定的作用，而且在提升钻机自动化程度方面也有显著效果，但是工作人员还需要特别注意：程序在出厂之前，就已经设置好的数值，在面对不同的工作环境时，所呈现出来的适应能力非常弱，同时控制系统也缺乏完善性，在使用过程当中出现多次报警、停顿等各种问题，对开采工作有序进行产生非常大的影响。

（1）钻机工作环境问题。当钻机参与到工作过程中后，发现在很多情况下都会在地质结构非常复杂、气候变化多样的工作环境中进行操作。同时，极低的温度、高温的沙漠等也会造成许多具有精密性特点的专业仪器无法将自己的作用发挥出来，甚至出现无法正常使用等各种严重问题。另外，开采工作具有复杂性的问题，即：反复、多次更换工作环境等，也需要由专业工作人员亲身进行地质结构的勘探，需要付出更多的物力、人力与财力。

（2）钻机工作状态问题。经过认真的了解和调查之后发现，钻机在参与工作时，实际的工作距离并不是一层不变的，而是会伴随着工作环境、深度的不同，进行变化，由1000米至上万米不等，距离的不断变化，信号在传输的过程当中必然会非常缓慢，甚至有时会导致自动控制响应时间以及判断落后问题的出现。虽然说在更多的时候应用模糊控制等模式，但是此类技术在非常容易受到发展水平所带来的影响，工作效果差强人意。

3 现阶段的控制模式分析

当各个厂商在进行自动送钻生产的过程当中，面对环境会对设备产生的影响产生忽视的态度，而是将关注重点完全放在其他方面，只是按照事先输入程序完成相关的测量、控制等多个协同工作。但是这样的设置，只适合在普通的工作环境当中，无法按照地质结构的复杂性以及环境所呈现出来的变化进行调整或者是切换，所呈现出来的适应能力非常差，在具体工作的过程当中遇到非常特殊的地质结构，就会出现严重的不适应问题。例如，现如今使用最频繁的交流变频小电机送钻，主要的工作原理包括：PLC系统将自己的作用全部发挥出来，大量汇集送钻电机的电压、电流、频率等关键参数，之后准确计算钻压、钻速以及泵压实际值和预先设定值之间的不同与差异，然后通过数控系统总线将工作命令传输出去，以动态的方式对送钻电机扭矩以及实际速度进行严格管控，最终满足已经设置完成的钻压制动，展开钻进工作，补偿钻压呈现出来的变化，真正实现送钻电机低频正常、有序工作目标。

但是相关工作人员还需要特别注意控制模式当中的缺点，那就是程序是在出厂之前就已经设置完成，不能按照具体的地质结构或者是其他情况进行相关调整，所以一旦遇到非常复杂的地形，就会出现多次报警甚至是刹死问题，对钻井工作顺利的展开产生巨大影响，在这样的背景，虽然有专家控制技术、神经网络控制技术等，但是由于石油地质条件特殊，所获得的工作结果差强人意，更是对自动化技术在石油行业更好的发展带来影响，工作人员需要对此项问题加强关注，并且进行深入的分析。图1是交流变频小电机送钻原理图。

图1 交流变频小电机送钻原理图

4 解决问题的方法

（1）井队在打井之前，就需要对区块进行合理的规划与设计，如果经过专业工作人员的勘察之后发现，同一区块之内，地质、地貌相同，那么就可以缓解地层变化带来的不良影响。

（2）施工团队参与到同一区块打井时，应用先钻“探井”，之后针对与不同地层的样本，展开采集认为，再进入到分析过程当中去，将最终的结果作为基础与参考，为学习控制系统的加入提供帮助。

（3）学习控制系统的出现，迅速受到大众的欢迎，它主要的能力就是模仿，是一种最新的尝试，通过重复的方式输入信号，从外部对此系统进行校正，最终的目的、最主要的作用就是能够让系统对特定输入进行响应。也就是一个能在运行过程当中以缓慢方式获得受控过程以及环境非预知信息积累控制经验的自动控制系统。将其应用到石油钻井工作当中去，可以体现出更好的工作效果。

（4）重要流程。①机器记忆学习的主要过程，在打“探井”的过程当中，机器所发不出来的作用不言而喻，即使在不同的工作地点，也可以对实际的工作参数以及插入的特点展开如实的记录，之后建立相关的联系，地层变化-操作模式与传感器数据-机器记录。②对设计进行更新。通过对“探井”过程当中必然会有许多数据的出现，通过对众多的数据展开分析、处理与编辑，再凭借司钻较为丰富的工作经验展开革新，最终明确操作逻辑判断以及与之相对应的控制关系，保证符合施工当中提出的要求。工作人员参与到操作过程当中去之后会发现，专家系统想要以一次性的方法找到地质关系，最终生成相关的控制逻辑，但是工作人员却忽视了最重要的一点，那就是地质条件具有复杂性的特点，还没有办法建立出满足所有工作情况的控制对应方式，所以这里面所说的设计优化主要指的就是建立在某一个具体地质情况上面，重点优化过程是有序完成探井作业之后才展开的，这种工况各种优化其针对性极强。③半自动控制模式。同一区块展开钻井工作时，“自动控制作为关键内容，人工监督当作辅助”，这样工作模式不仅可以降低相关工作人的劳动强度，而且同一区块的地层共性可以使控制模式与真实情况之间更加符合。④偏差值的设计。对相关参数设定出允许的范围，如果真实的情况已经超出允许范围，这时机器就会第一时间发出预警，之后快速变成手动模式。

5 技术的优势与特点分析

通过的智能控制系统进行的分析，发现其优势与特点非常的明显。

（1）适应能力非常的强。主要就是因为展开再次优化，所以即使面对更加复杂的工作环境，所呈现出来的工作效果也会更好一些。有着丰富经验的司钻工作人员，通过科学的操作，也可以有效降低和减少人为操作所带来的误差。

（2）更具可靠性与人性化特点。“自动控制作为核心，人员监督成为关键辅助”，这样的工作模式优势很多，即：明显降低相关工作人员的劳动强度，保证在具体生产过程当中不会受到任何因素的影响，可以真正实现有序和顺利。通过设置出偏差值，可以第一时间为报警和控制提供帮助与支持。

（3）有效降低风险，真正实现安全使用。因为真正实现为区块的“量身定制”，所以适应性非常强，可以节约更多的支出成本，并且在提高生产水平、效率等方面都可以发出非常关键的作用。

（4）为技术革新提供支持与帮助。多个连续性区块的数据采集，最终真正形成一个综合性较强的地质板块数据库，即使在后期遇到非常复杂的工作情况或者是为无人值班作业技术的研究，都可以提供支持与帮助。

（5）应用的关键对象。此项技术的应用，在区块范围当中，适合展开井位相对密集钻井工矿，如果同一区域内的井位非常多的，那么此项技术所呈现出来的优势特点也会非常明显。

6 展望

伴随着时间的不断推移，安全管理体系的出现以及将“以人为本”作为主要的原则，在提高安全生产水平等方面起到非常关键的作用和意义，同时，也能够满足市场对自动化技术水平所提出的要求。但是据了解，国内许多石油生产商以及国外用户都没有将自己关注的重点放在购买自动化程度非常高的钻机产品上面，之所以会出现这样的情况，主要就是因为钻机的价格非常高，而且这样的产品还存在着些许问题，在满足不同用户所提出来的不同要求方面，还存在一些问题，因此，智能控制系统的应用完善，可以在未来无人值班技术、无人钻井技术快速发展等方面提供帮助与支持。

7 结语

简而言之，当石油企业开采工作在展开的过程当中，石油钻机凭借着自身强大的优势与特点得到广泛的应用，同时，对智能化提出更高的要求，虽然说现阶段石油钻机智能化控制系统还没有办法满足不同工作环境所提出的要求，但是相关工作人员必定不会有“畏难”的工作态度，不断健全智能控制系统，再通过加入学习控制系统等，帮助石油钻机的适应能力变得更强一些，降低和减少风险发生的可能和概率，更会为相关技术的快速革新提供帮助。