南陽石油鉆機|智能石油鉆機技術將成為石油鉆機未來發(fā)展方向
發(fā)布時間：2021-04-29
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隨著智能技術的發(fā)展，大數據和云計算等信息技術在石油產業(yè)的應用越來越多，智能石油鉆機已經成為石油鉆井裝備領域的必然趨勢，下面南陽石油鉆機就和大家來聊一聊。
隨著智能技術的發(fā)展，大數據和云計算等信息技術在石油產業(yè)的應用越來越多，智能石油鉆機已經成為石油鉆井裝備領域的必然趨勢，下面南陽石油鉆機就和大家來聊一聊。
智能鉆機根據智能化程度的不同可分為半自動智能鉆機和全自動智能鉆機。半自動智能鉆機在鉆井過程中，鉆機操作人員需借助遠程控制裝置給鉆井作業(yè)設備/機具發(fā)出指令，以完成起下鉆、接單根或下套管等作業(yè)。目前國內外有名公司生產的智能鉆機均屬此種類型，有的稱其為液壓鉆機，有的稱其為自動化鉆機，NOV公司則把它稱為快速鉆機(Rapid Rig)。
全自動智能鉆機在自動化程度及智能化（聰明度)方面與半自動智能鉆機相比有較大進步，如在鉆機的起下鉆、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作指令，而是由計算機控制系統(tǒng)自動完成整個作業(yè)過程；同時在鉆進過程中，結合井下信息實時檢測技術，計算機控制系統(tǒng)也完全代替了人工操作，司鉆無需頻繁地調整鉆壓和轉速等參數。計算機控制系統(tǒng)是整個智能鉆機的大腦，能對各種復雜工況、運行狀態(tài)、操作對象的異常變化等進行實時識別、邏輯分析及決策，實現鉆井施工的閉環(huán)控制，并且還能充分與鉆井、地質和測井等專業(yè)大數據進行融合，提高生產效率。但目前國內外還沒有完全符合此要求的鉆機產品。
智能化鉆機需要具備以下特點：
(1)操作人員大幅度減少，鉆臺一般只需1~2人即可完成鉆井過程中的基本操作，大部分時間鉆井工人遠離危險的井口區(qū)域，一部鉆機只需配備5人左右。
(2)自動化鉆機中比較成熟的鐵鉆工、自動貓道機、自動排管機、自動卡瓦、自動吊卡和鉆臺推扶機械手等為智能鉆機的基礎配置，仍有很大的改進提升空間，同時必須實現集成化，即一人在司鉆房內可對上述所有設備實現遠程操作。
(3)井架通常采用柱式或桁架結構。
(4) 有些智能鉆機已不采用天車、絞車和游車等設備，而是通過液壓油缸的頂升來實現鉆具的提升和下放。
(5)臺面面積通常較小，鉆臺上已不配備液壓貓頭、手動大鉗和氣動絞車等設備；鉆臺上不設立根盒，同時井架上也沒有二層臺和指梁等結構。
(6)很少使用三單根立柱鉆井，基本上用雙立根或單立根。
(7)使用較多的液壓驅動設備，因此通常要配置1臺功率較大的液壓源(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鉆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(huán)智能化。
(9)數據采集與實時傳輸技術、數字集成分析技術和互聯(lián)網技術的聯(lián)合運用及鏈接，可以實現實時鉆機設備參數分析、遠程在線預警及診斷。
(10)鉆井、地質和測井等相關專業(yè)的大數據融合，完全憑借人工智能實現鉆井工.程一體化，提高生產效率。
自動化智能鉆機國內外發(fā)展現狀：
1. 國內現狀
國內多數廠家只是研制出了具有某單項功能的鉆井自動化設備/機具，如自動貓道機、自動排管機和鐵鉆工等。這些設備雖能夠達到初步集成，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內外用戶的認可，因此仍處于自動化的初期階段，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9000m自動化鉆機，目前已經完成6口井的作業(yè)。其主要特色是管柱自動化處理系統(tǒng)、遠程雙集成司鉆以及便于搬遷的快速移運技術。
2019年寶雞石油機械有限責任公司生產的機械化7000m鉆機在瑪湖油田投入使用，效果良好。中曼石油從2015年起進行鉆機智能化的研制工作，目前鉆臺自動化及其集成操作已經完成，鉆井遠程支持系統(tǒng)日益完善，若充分利用其在裝備制造、鉆井服務和勘探開發(fā)等領域的優(yōu)勢，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品。
2. 國外現狀
國外的自動化鉆機自 2000年以來發(fā)展較快，目前技術已趨成熟，產品已成系列化。較有名的廠家有意大利的Drillmec，德國的Bauer、海瑞克(Herenkneceht AG)、Huisman，美國的NOV 以及挪威的 WeST 等。
2006 年中石油長城鉆井公司購買了一臺Drillmec 全自動液壓鉆機，用于委內瑞拉的油田鉆井，中石油川東勘探公司 2014年引進了一臺海瑞克自動化鉆機，目前正在川東進行鉆井作業(yè)。
Drillmec 自動化鉆機以HH350 液壓鉆機為例，該鉆機的鉆具提升和下放運動未采用傳統(tǒng)的絞車驅動，而是通過液缸的頂升來實現。鉆機井架采用柱式結構，具有自升能力，由單液缸驅動井架的伸縮。該鉆機配備的液壓頂驅具備在井眼與鼠洞之間水平移動的能力，以實現在鼠洞與井眼間移送管柱，其中鼠洞位于井眼正前方。該鉆機的另一主要特征是采用垂直管架輸送系統(tǒng)，即該鉆機未配備自動貓道機，也未在鉆臺面上設置立根盒，所有立根在預先接好后放置于立根盒框架內，立根盒框架直立于地面并在鉆機前方構成一個半圓形排列，在半圓形圓心位置安裝有可旋轉的吊塔，同時安裝有兩個可沿其上下移動的排管機，排管機也能實現徑向伸縮。
在進行起下鉆作業(yè)時，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)的主要動作流程為:首先在兩排管機調整好適當的間距后，轉塔旋轉至相應的立根盒框架，排管機夾取出立根后轉塔旋轉至鼠洞位置，排管機將立根放入鼠洞內，隨后頂驅從井眼中心移動至鼠洞中心，提取鼠洞內的立根至井眼，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個立根起下鉆的周期約為100s。
Drilmec的HH350鉆機極限輸入功率1150kw，極限靜鉤載為3170kN，極限高度為31.3m，頂驅極限扭矩為52.23 kN·m。該鉆機目前已生產100多臺，遍布世界五大洲，獲得行業(yè)較好認可。
綜上看，不管是國內還是國外，都只是在鉆井領域的某個或多個環(huán)節(jié)上實現了自動化，完整的智能鉆井閉環(huán)鏈尚未形成，制造出嚴格意義上的智能化鉆機仍任重道遠。
關于智能鉆機，可分為兩個步驟進行研發(fā)：
首先，以現有國外自動化鉆機為藍本，研究出具有中國技術特色的“半自動智能鉆機”，使鉆機各單體設備達到行業(yè)的先進水平。這一步的主要工作是按照智能鉆機的總體目標，研究出功能完善、運行可靠、可實現自動化、集成化操作的各種設備和工具(包括自動排管機、自動貓道機、全自動鐵鉆工、多功能頂驅、動力卡瓦以及動力吊卡等自動化設備)。
然后，在上一步的基礎上研究出符合國際通行智能設備定義的全自動智能鉆機。在目標實現后，對自動化鉆機進行智能化升級改造，這一時期的主要工作是完成鉆機應用軟件的開發(fā)，提高鉆機的“智商”水平，讓自動化智能鉆機具備邏輯分析能力，在面對各種復雜工況時具有適應性和自動調整能力，以實現真正的智能鉆機，或聰明鉆機(Smart Rig)、機器人鉆機(Robot Rig)。
以上內容由南陽石油鉆機分享，感謝您的觀看。
2004年斯倫貝謝公司的遠程控制鉆井試驗，標志著世界鉆井開始步入自動化鉆井階段；2008年SPE成立了鉆井系統(tǒng)自動化技術部；2013年一些油服企業(yè)聯(lián)合發(fā)起了自動化鉆井路線圖計劃，這些都極大地促進了石油鉆機自動化的發(fā)展。
中國石油裝備制造商從 2010年開始研制與自動化鉆機相配套的單體設備，但當時在智能自動化技術、集成控制技術和通信技術應用等方面與國外都存在極大差距。經過近十年的發(fā)展，國內已基本完成了鉆臺自動化產品的配套，如寶雞石油機械有限責任公司、山東科瑞、宏華石油和中曼石油等企業(yè)，目前正著重進行智能化鉆機的研制與生產。智能鉆機根據智能化程度的不同可分為半自動智能鉆機和全自動智能鉆機。半自動智能鉆機在鉆井過程中，鉆機操作人員需借助遠程控制裝置給鉆井作業(yè)設備/機具發(fā)出指令，以完成起下鉆、接單根或下套管等作業(yè)。目前國內外有名公司生產的智能鉆機均屬此種類型，有的稱其為液壓鉆機，有的稱其為自動化鉆機，NOV公司則把它稱為快速鉆機(Rapid Rig)。
全自動智能鉆機在自動化程度及智能化（聰明度)方面與半自動智能鉆機相比有較大進步，如在鉆機的起下鉆、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作指令，而是由計算機控制系統(tǒng)自動完成整個作業(yè)過程；同時在鉆進過程中，結合井下信息實時檢測技術，計算機控制系統(tǒng)也完全代替了人工操作，司鉆無需頻繁地調整鉆壓和轉速等參數。計算機控制系統(tǒng)是整個智能鉆機的大腦，能對各種復雜工況、運行狀態(tài)、操作對象的異常變化等進行實時識別、邏輯分析及決策，實現鉆井施工的閉環(huán)控制，并且還能充分與鉆井、地質和測井等專業(yè)大數據進行融合，提高生產效率。但目前國內外還沒有完全符合此要求的鉆機產品。
智能化鉆機需要具備以下特點：
(1)操作人員大幅度減少，鉆臺一般只需1~2人即可完成鉆井過程中的基本操作，大部分時間鉆井工人遠離危險的井口區(qū)域，一部鉆機只需配備5人左右。
(2)自動化鉆機中比較成熟的鐵鉆工、自動貓道機、自動排管機、自動卡瓦、自動吊卡和鉆臺推扶機械手等為智能鉆機的基礎配置，仍有很大的改進提升空間，同時必須實現集成化，即一人在司鉆房內可對上述所有設備實現遠程操作。
(3)井架通常采用柱式或桁架結構。
(4) 有些智能鉆機已不采用天車、絞車和游車等設備，而是通過液壓油缸的頂升來實現鉆具的提升和下放。
(5)臺面面積通常較小，鉆臺上已不配備液壓貓頭、手動大鉗和氣動絞車等設備；鉆臺上不設立根盒，同時井架上也沒有二層臺和指梁等結構。
(6)很少使用三單根立柱鉆井，基本上用雙立根或單立根。
(7)使用較多的液壓驅動設備，因此通常要配置1臺功率較大的液壓源(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鉆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(huán)智能化。
(9)數據采集與實時傳輸技術、數字集成分析技術和互聯(lián)網技術的聯(lián)合運用及鏈接，可以實現實時鉆機設備參數分析、遠程在線預警及診斷。
(10)鉆井、地質和測井等相關專業(yè)的大數據融合，完全憑借人工智能實現鉆井工.程一體化，提高生產效率。
自動化智能鉆機國內外發(fā)展現狀：
1. 國內現狀
國內多數廠家只是研制出了具有某單項功能的鉆井自動化設備/機具，如自動貓道機、自動排管機和鐵鉆工等。這些設備雖能夠達到初步集成，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內外用戶的認可，因此仍處于自動化的初期階段，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9000m自動化鉆機，目前已經完成6口井的作業(yè)。其主要特色是管柱自動化處理系統(tǒng)、遠程雙集成司鉆以及便于搬遷的快速移運技術。
2019年寶雞石油機械有限責任公司生產的機械化7000m鉆機在瑪湖油田投入使用，效果良好。中曼石油從2015年起進行鉆機智能化的研制工作，目前鉆臺自動化及其集成操作已經完成，鉆井遠程支持系統(tǒng)日益完善，若充分利用其在裝備制造、鉆井服務和勘探開發(fā)等領域的優(yōu)勢，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品。
2. 國外現狀
國外的自動化鉆機自 2000年以來發(fā)展較快，目前技術已趨成熟，產品已成系列化。較有名的廠家有意大利的Drillmec，德國的Bauer、海瑞克(Herenkneceht AG)、Huisman，美國的NOV 以及挪威的 WeST 等。
2006 年中石油長城鉆井公司購買了一臺Drillmec 全自動液壓鉆機，用于委內瑞拉的油田鉆井，中石油川東勘探公司 2014年引進了一臺海瑞克自動化鉆機，目前正在川東進行鉆井作業(yè)。
Drillmec 自動化鉆機以HH350 液壓鉆機為例，該鉆機的鉆具提升和下放運動未采用傳統(tǒng)的絞車驅動，而是通過液缸的頂升來實現。鉆機井架采用柱式結構，具有自升能力，由單液缸驅動井架的伸縮。該鉆機配備的液壓頂驅具備在井眼與鼠洞之間水平移動的能力，以實現在鼠洞與井眼間移送管柱，其中鼠洞位于井眼正前方。該鉆機的另一主要特征是采用垂直管架輸送系統(tǒng)，即該鉆機未配備自動貓道機，也未在鉆臺面上設置立根盒，所有立根在預先接好后放置于立根盒框架內，立根盒框架直立于地面并在鉆機前方構成一個半圓形排列，在半圓形圓心位置安裝有可旋轉的吊塔，同時安裝有兩個可沿其上下移動的排管機，排管機也能實現徑向伸縮。
在進行起下鉆作業(yè)時，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)的主要動作流程為:首先在兩排管機調整好適當的間距后，轉塔旋轉至相應的立根盒框架，排管機夾取出立根后轉塔旋轉至鼠洞位置，排管機將立根放入鼠洞內，隨后頂驅從井眼中心移動至鼠洞中心，提取鼠洞內的立根至井眼，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個立根起下鉆的周期約為100s。
Drilmec的HH350鉆機極限輸入功率1150kw，極限靜鉤載為3170kN，極限高度為31.3m，頂驅極限扭矩為52.23 kN·m。該鉆機目前已生產100多臺，遍布世界五大洲，獲得行業(yè)較好認可。
綜上看，不管是國內還是國外，都只是在鉆井領域的某個或多個環(huán)節(jié)上實現了自動化，完整的智能鉆井閉環(huán)鏈尚未形成，制造出嚴格意義上的智能化鉆機仍任重道遠。
關于智能鉆機，可分為兩個步驟進行研發(fā)：
首先，以現有國外自動化鉆機為藍本，研究出具有中國技術特色的“半自動智能鉆機”，使鉆機各單體設備達到行業(yè)的先進水平。這一步的主要工作是按照智能鉆機的總體目標，研究出功能完善、運行可靠、可實現自動化、集成化操作的各種設備和工具(包括自動排管機、自動貓道機、全自動鐵鉆工、多功能頂驅、動力卡瓦以及動力吊卡等自動化設備)。
然后，在上一步的基礎上研究出符合國際通行智能設備定義的全自動智能鉆機。在目標實現后，對自動化鉆機進行智能化升級改造，這一時期的主要工作是完成鉆機應用軟件的開發(fā)，提高鉆機的“智商”水平，讓自動化智能鉆機具備邏輯分析能力，在面對各種復雜工況時具有適應性和自動調整能力，以實現真正的智能鉆機，或聰明鉆機(Smart Rig)、機器人鉆機(Robot Rig)。
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