隨著智能技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等信息技術(shù)在石油產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用越來越多，智能石油鉆機(jī)已經(jīng)成為石油鉆井裝備領(lǐng)域的必然趨勢(shì)，下面南陽石油鉆機(jī)就和大家來聊一聊。

2004年斯倫貝謝公司的遠(yuǎn)程控制鉆井試驗(yàn)，標(biāo)志著世界鉆井開始步入自動(dòng)化鉆井階段；2008年SPE成立了鉆井系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)部；2013年一些油服企業(yè)聯(lián)合發(fā)起了自動(dòng)化鉆井路線圖計(jì)劃，這些都極大地促進(jìn)了石油鉆機(jī)自動(dòng)化的發(fā)展。中國(guó)石油裝備制造商從 2010年開始研制與自動(dòng)化鉆機(jī)相配套的單體設(shè)備，但當(dāng)時(shí)在智能自動(dòng)化技術(shù)、集成控制技術(shù)和通信技術(shù)應(yīng)用等方面與國(guó)外都存在極大差距。經(jīng)過近十年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)已基本完成了鉆臺(tái)自動(dòng)化產(chǎn)品的配套，如寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司、山東科瑞、宏華石油和中曼石油等企業(yè)，目前正著重進(jìn)行智能化鉆機(jī)的研制與生產(chǎn)。

智能鉆機(jī)根據(jù)智能化程度的不同可分為半自動(dòng)智能鉆機(jī)和全自動(dòng)智能鉆機(jī)。半自動(dòng)智能鉆機(jī)在鉆井過程中，鉆機(jī)操作人員需借助遠(yuǎn)程控制裝置給鉆井作業(yè)設(shè)備/機(jī)具發(fā)出指令，以完成起下鉆、接單根或下套管等作業(yè)。目前國(guó)內(nèi)外有名公司生產(chǎn)的智能鉆機(jī)均屬此種類型，有的稱其為液壓鉆機(jī)，有的稱其為自動(dòng)化鉆機(jī)，NOV公司則把它稱為快速鉆機(jī)(Rapid Rig)。

全自動(dòng)智能鉆機(jī)在自動(dòng)化程度及智能化（聰明度)方面與半自動(dòng)智能鉆機(jī)相比有較大進(jìn)步，如在鉆機(jī)的起下鉆、接立根和鉆具排放等作業(yè)中，不再需要司鉆給出各具體步驟的動(dòng)作指令，而是由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)完成整個(gè)作業(yè)過程；同時(shí)在鉆進(jìn)過程中，結(jié)合井下信息實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也完全代替了人工操作，司鉆無需頻繁地調(diào)整鉆壓和轉(zhuǎn)速等參數(shù)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是整個(gè)智能鉆機(jī)的大腦，能對(duì)各種復(fù)雜工況、運(yùn)行狀態(tài)、操作對(duì)象的異常變化等進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別、邏輯分析及決策，實(shí)現(xiàn)鉆井施工的閉環(huán)控制，并且還能充分與鉆井、地質(zhì)和測(cè)井等專業(yè)大數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，提高生產(chǎn)效率。但目前國(guó)內(nèi)外還沒有完全符合此要求的鉆機(jī)產(chǎn)品。

智能化鉆機(jī)需要具備以下特點(diǎn)：

(1)操作人員大幅度減少，鉆臺(tái)一般只需1~2人即可完成鉆井過程中的基本操作，大部分時(shí)間鉆井工人遠(yuǎn)離危險(xiǎn)的井口區(qū)域，一部鉆機(jī)只需配備5人左右。

(2)自動(dòng)化鉆機(jī)中比較成熟的鐵鉆工、自動(dòng)貓道機(jī)、自動(dòng)排管機(jī)、自動(dòng)卡瓦、自動(dòng)吊卡和鉆臺(tái)推扶機(jī)械手等為智能鉆機(jī)的基礎(chǔ)配置，仍有很大的改進(jìn)提升空間，同時(shí)必須實(shí)現(xiàn)集成化，即一人在司鉆房?jī)?nèi)可對(duì)上述所有設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。

(3)井架通常采用柱式或桁架結(jié)構(gòu)。

(4) 有些智能鉆機(jī)已不采用天車、絞車和游車等設(shè)備，而是通過液壓油缸的頂升來實(shí)現(xiàn)鉆具的提升和下放。

(5)臺(tái)面面積通常較小，鉆臺(tái)上已不配備液壓貓頭、手動(dòng)大鉗和氣動(dòng)絞車等設(shè)備；鉆臺(tái)上不設(shè)立根盒，同時(shí)井架上也沒有二層臺(tái)和指梁等結(jié)構(gòu)。

(6)很少使用三單根立柱鉆井，基本上用雙立根或單立根。

(7)使用較多的液壓驅(qū)動(dòng)設(shè)備，因此通常要配置1臺(tái)功率較大的液壓源(站)，為液壓設(shè)備提供動(dòng)力，其功率從幾百千瓦至上千千瓦，液壓泵通過電機(jī)或柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)。

(8)數(shù)字控制技術(shù)可為智能化鉆機(jī)提供相應(yīng)工序的施工模塊，各模塊之間通過軟件進(jìn)行縱向、橫向的立體銜接，總體實(shí)現(xiàn)閉環(huán)智能化。

(9)數(shù)據(jù)采集與實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)、數(shù)字集成分析技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的聯(lián)合運(yùn)用及鏈接，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)鉆機(jī)設(shè)備參數(shù)分析、遠(yuǎn)程在線預(yù)警及診斷。

(10)鉆井、地質(zhì)和測(cè)井等相關(guān)專業(yè)的大數(shù)據(jù)融合，完全憑借人工智能實(shí)現(xiàn)鉆井工.程一體化，提高生產(chǎn)效率。

自動(dòng)化智能鉆機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀：

1. 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)多數(shù)廠家只是研制出了具有某單項(xiàng)功能的鉆井自動(dòng)化設(shè)備/機(jī)具，如自動(dòng)貓道機(jī)、自動(dòng)排管機(jī)和鐵鉆工等。這些設(shè)備雖能夠達(dá)到初步集成，但仍至少需要2人操作完成。在安全性、可靠性和人性化程度等方面還不能獲得國(guó)內(nèi)外用戶的認(rèn)可，因此仍處于自動(dòng)化的初期階段，更談不上智能化。

山東科瑞在2015年12月交付給沙特阿美公司一臺(tái)9000m自動(dòng)化鉆機(jī)，目前已經(jīng)完成6口井的作業(yè)。其主要特色是管柱自動(dòng)化處理系統(tǒng)、遠(yuǎn)程雙集成司鉆以及便于搬遷的快速移運(yùn)技術(shù)。

2019年寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司生產(chǎn)的機(jī)械化7000m鉆機(jī)在瑪湖油田投入使用，效果良好。中曼石油從2015年起進(jìn)行鉆機(jī)智能化的研制工作，目前鉆臺(tái)自動(dòng)化及其集成操作已經(jīng)完成，鉆井遠(yuǎn)程支持系統(tǒng)日益完善，若充分利用其在裝備制造、鉆井服務(wù)和勘探開發(fā)等領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，則有望開發(fā)出集裝備、工程和分析診斷于一體的更具智能化的產(chǎn)品。

2. 國(guó)外現(xiàn)狀

國(guó)外的自動(dòng)化鉆機(jī)自 2000年以來發(fā)展較快，目前技術(shù)已趨成熟，產(chǎn)品已成系列化。較有名的廠家有意大利的Drillmec，德國(guó)的Bauer、海瑞克(Herenkneceht AG)、Huisman，美國(guó)的NOV 以及挪威的 WeST 等。

2006 年中石油長(zhǎng)城鉆井公司購買了一臺(tái)Drillmec 全自動(dòng)液壓鉆機(jī)，用于委內(nèi)瑞拉的油田鉆井，中石油川東勘探公司 2014年引進(jìn)了一臺(tái)海瑞克自動(dòng)化鉆機(jī)，目前正在川東進(jìn)行鉆井作業(yè)。

Drillmec 自動(dòng)化鉆機(jī)以HH350 液壓鉆機(jī)為例，該鉆機(jī)的鉆具提升和下放運(yùn)動(dòng)未采用傳統(tǒng)的絞車驅(qū)動(dòng)，而是通過液缸的頂升來實(shí)現(xiàn)。鉆機(jī)井架采用柱式結(jié)構(gòu)，具有自升能力，由單液缸驅(qū)動(dòng)井架的伸縮。該鉆機(jī)配備的液壓頂驅(qū)具備在井眼與鼠洞之間水平移動(dòng)的能力，以實(shí)現(xiàn)在鼠洞與井眼間移送管柱，其中鼠洞位于井眼正前方。該鉆機(jī)的另一主要特征是采用垂直管架輸送系統(tǒng)，即該鉆機(jī)未配備自動(dòng)貓道機(jī)，也未在鉆臺(tái)面上設(shè)置立根盒，所有立根在預(yù)先接好后放置于立根盒框架內(nèi)，立根盒框架直立于地面并在鉆機(jī)前方構(gòu)成一個(gè)半圓形排列，在半圓形圓心位置安裝有可旋轉(zhuǎn)的吊塔，同時(shí)安裝有兩個(gè)可沿其上下移動(dòng)的排管機(jī)，排管機(jī)也能實(shí)現(xiàn)徑向伸縮。

在進(jìn)行起下鉆作業(yè)時(shí)，鉆桿的上卸扣及立根排放可由1名司鉆在控制室通過操作手柄和按鈕來完成。以下鉆為例，各系統(tǒng)的主要?jiǎng)幼髁鞒虨?首先在兩排管機(jī)調(diào)整好適當(dāng)?shù)拈g距后，轉(zhuǎn)塔旋轉(zhuǎn)至相應(yīng)的立根盒框架，排管機(jī)夾取出立根后轉(zhuǎn)塔旋轉(zhuǎn)至鼠洞位置，排管機(jī)將立根放入鼠洞內(nèi)，隨后頂驅(qū)從井眼中心移動(dòng)至鼠洞中心，提取鼠洞內(nèi)的立根至井眼，并配合鐵鉆工完成本次立根的連接。起鉆過程與此相反，完成1個(gè)立根起下鉆的周期約為100s。

Drilmec的HH350鉆機(jī)極限輸入功率1150kw，極限靜鉤載為3170kN，極限高度為31.3m，頂驅(qū)極限扭矩為52.23 kN·m。該鉆機(jī)目前已生產(chǎn)100多臺(tái)，遍布世界五大洲，獲得行業(yè)較好認(rèn)可。

綜上看，不管是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，都只是在鉆井領(lǐng)域的某個(gè)或多個(gè)環(huán)節(jié)上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，完整的智能鉆井閉環(huán)鏈尚未形成，制造出嚴(yán)格意義上的智能化鉆機(jī)仍任重道遠(yuǎn)。

關(guān)于智能鉆機(jī)，可分為兩個(gè)步驟進(jìn)行研發(fā)：

首先，以現(xiàn)有國(guó)外自動(dòng)化鉆機(jī)為藍(lán)本，研究出具有中國(guó)技術(shù)特色的“半自動(dòng)智能鉆機(jī)”，使鉆機(jī)各單體設(shè)備達(dá)到行業(yè)的先進(jìn)水平。這一步的主要工作是按照智能鉆機(jī)的總體目標(biāo)，研究出功能完善、運(yùn)行可靠、可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、集成化操作的各種設(shè)備和工具(包括自動(dòng)排管機(jī)、自動(dòng)貓道機(jī)、全自動(dòng)鐵鉆工、多功能頂驅(qū)、動(dòng)力卡瓦以及動(dòng)力吊卡等自動(dòng)化設(shè)備)。

然后，在上一步的基礎(chǔ)上研究出符合國(guó)際通行智能設(shè)備定義的全自動(dòng)智能鉆機(jī)。在目標(biāo)實(shí)現(xiàn)后，對(duì)自動(dòng)化鉆機(jī)進(jìn)行智能化升級(jí)改造，這一時(shí)期的主要工作是完成鉆機(jī)應(yīng)用軟件的開發(fā)，提高鉆機(jī)的“智商”水平，讓自動(dòng)化智能鉆機(jī)具備邏輯分析能力，在面對(duì)各種復(fù)雜工況時(shí)具有適應(yīng)性和自動(dòng)調(diào)整能力，以實(shí)現(xiàn)真正的智能鉆機(jī)，或聰明鉆機(jī)(Smart Rig)、機(jī)器人鉆機(jī)(Robot Rig)。

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