浅谈国内石油钻机自动化技术现状与建议

杨勇

摘 要 石油是现代工业的“血液”，它是国家发展最重要的战略资源之一。石油钻井技术是获取石油资源的最重要手段，石油钻进技术越先进，则其开采石油则越方便、高效。现今自动化技术已经逐渐应用社会各个领域，石油钻井技术中应用自动化技术也不例外，提升了开采效率；但是在实际应用中，自动化技术在石油钻机中的应用依然存在不足之处。因此，结合石油钻机自动化技术的发展现状，制定可行性建议以其为有关石油钻井方面工作者提供参考。

关键词 石油钻机 自动化 技术 现状 建议

中图分类号：TE928 文献标识码：A

目前，自动化控制技术已渗透到石油开采行业，力求通过钻井自动化实现提高开采作业效率和安全性，降低开采成本的目的，提高开采效率，保障开采安全；减轻了工人劳动强度，工作环境也更加安全舒适。自动化钻井系统将自动化控制技术、交流变频驱动技术、传感检测技和液压驱动技术等结合，能够通过传感器网络把钻井作业过程中的地层结构变化、钻面钻进进度、油藏位置等信息实时传输给地面控制站和远程监测中心，可以做到远程监视和操控指令的下达。目前我国在钻井深度领域的研究位于世界前列，但在钻机自动化方面稍显落后，国内相关行业技术人员也做了大量研究工作。

1国内石油钻机自动化技术的现状

1.1电动钻机动力源出现多种形式

就目前而言，国内的电动钻机动力源大部分依旧是通过柴油发电机组将电流向钻场区域内进行小范围供电，其中也包括了顶驱以及生活用电等方面。在目前的柴油发电机技术中，主要是运用美国CAT公司的产品，而在配套设备的应用方面，主要是采用中国石油集团开发的辅助设备。在天然气较多的地方，有一部分钻井公司或部门已经采用了燃气机组的工作方式，但是对于负载较重的工程，则无法满足电力需求。针对这种现象，石油企业研制出燃气与柴油混合动力的机组，其可以根据工程的实际情况来设置比例，目前尚且处于试验中，具有较高的应用价值。

1.2基于PLC的数字控制系统成为钻机控制核心

随着用户对钻机自动化性能和安全性能要求的提高，相关功能的实现仅依靠电气硬件电路来实现己经非常困难，为此，以PLC为核心主控制器并辅以软件程序的数字控制系统成为钻机电控系统的“司令部”。 触摸屏操作、工业Profibus通信或光纤通信等新技术在石油钻机中也成为标准配置，为钻机的信息化、集成化提供了硬件支撑平台。近年来出现了应用一套S7 400H作为控制器的“热冗余”方案，该PLC具有2套核心处理器，可同时在线运行，当一套处理器出现故障，第2套会自动投入运行，不会影响设备的工作，但系统成本会有所增加。

1.3海洋钻机能够自给自足

因为海洋钻机模块化有极高的要求，所以其发展水平是国家石油钻机技水平的标志我国自主研制的海洋钻机表现出色，比如之前服没的ZJ45钻机、ZJ32钻机，现在使用的7000m直流电驱动钻机所以说，我国现在的生产水平已经基本与国际持平，能够满足自我需求；但是，还是要重点关注石油钻机整体水平与国外的差距，这是我国发展国外市场主要的障碍。

1.4传动技术与国际持平

现如今可喜的是我国生产的交流变频电传钻机甚至达到了国外的标准它主要使用交流变频的技术，使得能够对零部件的各等级调速相比于国外的同类产品，我国的钻机十分的轻巧方便，极少出现问题，并且对人造成的危险小，还能够实现在低速下的扭矩输出和对恒钻压的自动控制。

2国内石油钻机自动化技术发展建议

2.1积极研发自动化工具，加快基于集成控制的自动化钻机研制步伐

（1）为了能够提升石油企业的利润空间和运作效率，国内许多钻井公司或部门开始研发与引进动化工具。而笋已进的自动化工具可以提升作业品质与作业安全，同时也节约了大量的成木投入。目前国内也有一些地面以及钻台管柱等自动化设备，可是其性能与质量仍然与国外有明显距离。因此国内必项要积极投入技术的研发与创新，扩大产品范围以满足市场的需要。同时对于国产设备的实用性与质量进行全面提升，实现对钻机拆卸以及海洋钻机的有效防护。

（2）国内钻机制造业要及时开展对各类自动化工具的研发，同时重视优化和改良集成控制系统综合用户的要求与建议，确保设备工具的设计方案与用户的需求完全契合，生产主机的厂商必须完成对相关自动化设备的组装并做好集成控制工作，引进和借鉴相关的专业技术，以提高自身的技术能力，比如其它行业中使用机器人来控制管柱的运输或者排放作业，我们就可以借鉴和学习，提高自身的技术能力与效率。自动化钻机的样机制造完成后，必须做好现场实验工作，统计和分析实际作业中各种状态参数，对出现的缺陷或者不足进行改良和优化。

2.2开发节能技术，并且开发专家故障诊断系统，进一步延续钻机后续增值服务

（1）在石油钻机技术的运用中，存在较高的浪费行为，不利于节约石油资源，因而需要不断的开发节能技术。如在变频绞车的应用中，主要是通过电阻转化的方式来提供热能，造成了资源的浪费。在节能技术的应用中，可以通过超级电容进行回收再利用，从而可以提升石油钻机技术的可持续发展。

（2）专家故障诊断系统通过现场数据采集终端将各设备参数通过无线传输方式反馈给钻机制造厂和钻井公司管理部门，通过系统自动判别分析，最终为即将到达生命周期的设备提出警示信息，提高钻机故障征兆分析能力，一方面便于设备生产商提前进行备件生产，另一方面作业人员可根据现场实际情况做好更换准备预案。美国NOV公司“eHawk”优化服务就是此类产品，其具有在线技术支持、故障诊断、远程监视及维护提醒分析等功能。该技术是一项长期的“软”服务，一直可延续到钻机的整个生命周期，是提升厂商服务水平的重要体现。

2.3重视钻机操作培训系统开发

随着钻机自动化技术不断升级，尤其是未来集成控制系统的应用，对钻机司钻以及设备维护人员素质提出了更高的要求，这就迫使钻井装备供应商在为用户提供优质的设备同时，还要为其使用人员提供良好的培訓服务。国内依靠产品样本、图片、视频资料理论培训的方式，缺乏互动性，无法实现真实的操作体验。国外钻机培训系统己经采用基于虚拟现实技术实现交互式的操作，即建立一套包含有所有设备的钻机数字样机模型，制造一套真实的司钻操作台，利用计算机虚拟现实技术开发驱动程序，营造钻机现场操作时设备的动作场景，通过人机交互的方式使培训人员学习到钻机设备性能特点和使用方法。

参考文献

[1] 杨汉立.国内外石油钻机现状及我国钻机发展探讨[J].石油机械，2003（07）：59-63；

[2] 齐思远.石油钻机自动化技术研究[J].石化技术，2016（07）：76.