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南陽(yáng)石油鉆機(jī)|智能石油鉆機(jī)技術(shù)將成為石油鉆機(jī)未來(lái)發(fā)展方向

發(fā)布時(shí)間:2021-04-29

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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(lái)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(yáng)石油鉆機(jī)就和大家來(lái)聊一聊。
      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(lái)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(yáng)石油鉆機(jī)就和大家來(lái)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(kāi)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(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)程;同時(shí)在鉆進(jìn)過(guò)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(wú)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(méi)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(guò)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(guò)液壓油缸的頂升來(lái)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(méi)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(guò)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(guò)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(kāi)發(fā)等領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì),則有望開(kāi)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(lái)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(gòu)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(guò)液缸的頂升來(lái)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(guò)操作手柄和按鈕來(lái)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(guò)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(kāi)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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