智能石油鑽機技術現狀及發展方向 (上)

隨著智能技術的發展，大數據和雲計算等信息技術在石油行業的應用越來越廣泛，智能石油鑽機已經成為石油鑽井裝備領域的必然趨勢。

2004年斯倫貝謝公司的遠程控制鑽井試驗，標誌著世界鑽井開始步入自動化鑽井階段；2008年SPE成立了鑽井系統自動化技術部；2013年一些著名油服企業聯合發起了自動化鑽井路線圖計劃，這些都極大地促進了石油鑽機自動化的發展。

智能鑽機根據智能化程度的不同可分為半自動智能鑽機和全自動智能鑽機。半自動智能鑽機在鑽井過程中，鑽機操作人員需借助遠程控制裝置給鑽井作業設備/機具發出指令，以完成起下鑽、接單根或下套管等作業。目前國外知名公司生產的智能鑽機均屬此種類型，有的稱其為液壓鑽機，有的稱其為自動化鑽機，NOV公司則把它稱為快速鑽機(Rapid Rig)。

全自動智能鑽機在自動化程度及智能化（聰明度)方面與半自動智能鑽機相比有較大進步，如在鑽機的起下鑽、接立根和鑽具排放等作業中，不再需要司鑽給出各具體步驟的動作指令，而是由計算機控制系統自動完成整個作業過程；同時在鑽進過程中，結合井下信息實時檢測技術，計算機控制系統也完全代替了人工操作，司鑽無需頻繁地調整鑽壓和轉速等參數。計算機控制系統是整個智能鑽機的大腦，能對各種複雜工況、運行狀態、操作對象的異常變化等進行實時識別、邏輯分析及決策，實現鑽井施工的精準閉環控制，並且還能充分與鑽井、地質和測井等專業大數據進行融合，提高生產效率。

智能化鑽機需要具備以下特點：

(1)操作人員大幅度減少，鑽台一般僅需1~2人即可完成鑽井過程中的基本操作，大部分時間鑽井工人遠離危險的井口區域，一部鑽機僅需配備5人左右。

(2)自動化鑽機中比較成熟的鐵鉆工、自動貓道機、自動排管機、自動卡瓦、自動吊卡和鑽台推扶機械手等為智能鑽機的基礎配置，仍有很大的改進提升空間，同時必須實現集成化，即一人在司鑽房內可對上述所有設備實現遠程操作。

(3)井架通常採用柱式或桁架結構。

(4) 有些智能鑽機已不採用天車、絞車和遊車等設備，而是通過液壓油缸的頂升來實現鑽具的提升和下放。

(5)檯面面積通常較小，鑽台上已不配備液壓貓頭、手動大鉗和氣動絞車等設備；鑽台上不設立根盒，同時井架上也沒有二層台和指樑等結構。

(6)很少使用三單根立柱鑽井，基本上用雙立根或單立根。

(7)使用較多的液壓驅動設備，因此通常要配置1台功率較大的液壓源(站)，為液壓設備提供動力，其功率從幾百千瓦至上千千瓦，液壓泵通過電機或柴油機驅動。

(8)數字控制技術可為智能化鑽機提供相應工序的施工模塊，各模塊之間通過軟件進行縱向、橫向的立體銜接，總體實現閉環智能化。

(9)數據採集與實時傳輸技術、數字集成分析技術和互聯網技術的聯合運用及廣泛鏈接，可以實現實時鑽機設備參數分析、遠程在線預警及診斷。

(10)鑽井、地質和測井等相關專業的大數據融合，完全憑藉人工智能實現鑽井工.程一體化，最大程度提高生產效率。

作者：張東海 王昌榮 中曼石油天然氣集團股份有限公司

（本文節選自《石油機械》2020年第7期，國際標準期刊號1001-4578）