國內(nèi)石油鉆機自動化技術(shù)現(xiàn)狀與建議

雷正

摘 要：石油資源是國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一，加強自動化技術(shù)的開發(fā)，可以提升企業(yè)的自動化水平。但是我國石油鉆機自動化技術(shù)仍然存在一定的不足之處。本文主要探究國內(nèi)石油鉆機自動化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及問題，之后制定推動其自動化發(fā)展水平的建議。以往國內(nèi)石油企業(yè)可以明確分析自身發(fā)展態(tài)勢，以此來取代舊技術(shù)，研發(fā)新技術(shù)，引進(jìn)新方案。

關(guān)鍵詞：石油鉆機；自動化技術(shù)；現(xiàn)狀

中圖分類號： TE928 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2017）03-104-2

0 引言

石油是目前現(xiàn)代工業(yè)社會最重要的資源，石油鉆井技術(shù)是提取資源的重要手段。隨著科技的不斷發(fā)展，自動化技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于石油鉆井技術(shù)中，通過智能控制，提升了開采效率[1]。但是在實際應(yīng)用中，石油鉆機的自動化技術(shù)依然存在不足之處，因此，結(jié)合石油鉆機自動化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，制定可行性建議具有重要的意義。

1 石油鉆機自動化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 變頻傳動技術(shù)及晶閘管整流傳動技術(shù)的應(yīng)用

在石油鉆機技術(shù)的發(fā)展中，電力拖動技術(shù)已逐漸引入到機械設(shè)備中，通過傳動和調(diào)速的優(yōu)勢，迅速地占據(jù)了市場份額。在交流變頻鉆機的發(fā)展方面，西門子公司的S120系列變頻器成為鉆機的重要配置，國產(chǎn)電機雖然可以發(fā)揮性能，但是由于受到信任程度以及技術(shù)優(yōu)勢的影響，導(dǎo)致國產(chǎn)電機難以推廣[2]。另外，根據(jù)交流鉆機傳動方式的差異，可以分為多傳動及單傳動模式，多傳動具有結(jié)構(gòu)和成本的優(yōu)勢，單傳動具有兼容性和成本低的優(yōu)勢。

在直流石油鉆機技術(shù)的發(fā)展中，國內(nèi)的主要技術(shù)是采用RossHILL公司的驅(qū)動技術(shù)，同時采用西門子公司的調(diào)速器進(jìn)行驅(qū)動?？梢姡趪鴥?nèi)石油鉆機自動化技術(shù)的應(yīng)用中，主要采用國外公司的技術(shù)，自主生產(chǎn)應(yīng)用能力相對較低。

1.2 動力源發(fā)展現(xiàn)狀

在石油鉆井技術(shù)的發(fā)展中，目前主要是采取柴油發(fā)電機動力方式，通過發(fā)電控制電網(wǎng)，并且可以實現(xiàn)對絞車以及輔助系統(tǒng)的供電。在技術(shù)的應(yīng)用中，通過數(shù)字以及模擬發(fā)電機，可以實現(xiàn)多臺機組的運行模式，在目前的柴油發(fā)電機技術(shù)中，主要是運用美國CAT公司的產(chǎn)品，而在配套設(shè)備的應(yīng)用方面，主要是采用中國石油集團(tuán)開發(fā)的輔助設(shè)備。

在資源豐富的地區(qū)，部分油田已經(jīng)采用了燃?xì)鈾C組的工作方式，但是對于負(fù)載較重的工程，則無法滿足電力需求。針對這種現(xiàn)象，石油企業(yè)研制出燃?xì)馀c柴油混合動力的機組，其可以根據(jù)工程的實際情況來設(shè)置比例，目前尚且處于試驗中，具有較高的應(yīng)用價值[3]。另外，在電網(wǎng)較為便利的地區(qū)，可以利用曹勇變壓器實現(xiàn)電源的接入。但是由于該設(shè)備會增加無功功率，影響電網(wǎng)質(zhì)量，因而需要設(shè)置無功補償裝置來進(jìn)行調(diào)整，提升鉆井技術(shù)的可行性及可靠性。

1.3 PLC技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展及應(yīng)用，PLC技術(shù)已經(jīng)逐漸成為鉆機技術(shù)的核心控制部分。在我國鉆機的控制系統(tǒng)中，目前主要采用西門子S7-300控制器，并且會采用備用設(shè)備來輔助生產(chǎn)。在控制器出現(xiàn)故障時，可以通過切換的方式來選擇備用方案。但是由于啟動過程容易造成停機，因而仍然需要改進(jìn)。針對這種現(xiàn)象，S7 400H的開發(fā)，已經(jīng)轉(zhuǎn)件取代來原有的系統(tǒng)。該系統(tǒng)中存在2套處理器，可以實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)換，從而提升了工作效率。另外，在通信及操作中，Profibus通信技術(shù)以及光線技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于鉆機技術(shù)中，提升了設(shè)備的集成化水平。

1.4 自動化工具的應(yīng)用

在國內(nèi)石油鉆機自動化技術(shù)的發(fā)展中，隨著石油公司的要求不斷提升，HSE要求已經(jīng)逐漸實現(xiàn)。在這種情況下，石油企業(yè)紛紛研制自身的產(chǎn)品，其主要以輸送設(shè)備以及動力貓道等產(chǎn)品為主。自動化工具的應(yīng)用，提升了企業(yè)的自動化水平。

1.5 電機直驅(qū)方式以及自動化功能現(xiàn)狀

隨著石油鉆機技術(shù)的發(fā)展，電機直驅(qū)方式由于結(jié)構(gòu)簡單以及體積小等特點，已經(jīng)逐漸應(yīng)用于鉆機中。隨著石油公司的科研，直驅(qū)鉆井泵以及頂驅(qū)已經(jīng)應(yīng)用于鉆機技術(shù)中，且已經(jīng)逐漸開發(fā)出核心部分的永磁電機。

在自動化功能的開發(fā)中，隨著PLC技術(shù)的應(yīng)用，自動送鉆、扭矩限定以及電氣液的聯(lián)動功能已經(jīng)逐漸實現(xiàn)，可以對鉆機的速度、壓力及流量等參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)控和預(yù)警，提升了系統(tǒng)的整體自動化性能。

2 發(fā)展問題剖析

在我國石油鉆機自動化技術(shù)的開發(fā)中，目前尚且存在較多的問題，其主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

①缺乏規(guī)劃。在技術(shù)的開發(fā)過程中，通常會采用第三方設(shè)備進(jìn)行輔助生產(chǎn)，但是由于接口以及尺寸存在差異，導(dǎo)致存在不兼容問題。

②電機功率不匹配。主要是由于在開發(fā)的過程中，無法實現(xiàn)電機的功率合理化。如在F1600鉆井泵組的工作中，功率需求為1200kW，但是目前我國僅僅運用2臺800kW的電機帶動，造成功率存在不匹配的現(xiàn)象。

③缺乏一體化電機。在石油鉆井技術(shù)中，嚴(yán)格地限制絞車以及鉆井泵的體積，但是在電機的設(shè)計方面并不嚴(yán)格，無法實現(xiàn)電機的一體化。

④缺乏安全等級高的電機。在石油鉆井作業(yè)中，部分環(huán)境屬于海洋以及惡劣環(huán)境，電氣設(shè)備需要在露天的環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)，國家對設(shè)備的安全等級需求為IP56，但是我國尚且缺乏安全等級高的設(shè)備，造成散熱問題成為核心，同時增加了企業(yè)的成本。

⑤安裝缺陷。在石油電機相關(guān)設(shè)備的安裝中，同樣存在較多的問題：電纜安裝不規(guī)范、密封不規(guī)范、接地處理不合理、標(biāo)識不清晰、隔離不當(dāng)以及通風(fēng)性不足等問題均會對鉆機技術(shù)的自動化產(chǎn)生較大的影響。

⑥在元件的運用中，需要滿足我國電氣設(shè)備的使用標(biāo)準(zhǔn)。但是目前電氣設(shè)備的供應(yīng)較為混亂，無法滿足設(shè)備的使用需求。部分商家甚至出現(xiàn)偽造證書的行為，嚴(yán)重影響石油鉆井技術(shù)的安全生產(chǎn)。

3 石油鉆機自動化技術(shù)發(fā)展建議

3.1 開發(fā)自動化工具

我國在石油鉆機技術(shù)的應(yīng)用中，已經(jīng)逐漸實現(xiàn)對地面及管柱自動化設(shè)備的應(yīng)用，但是與國外大型公司相比，仍然存在較大的差距。如圖3-1所示，其是NOV公司開發(fā)的隔水管處理系統(tǒng)圖，技術(shù)水平明顯高于我國。因此，在發(fā)展國內(nèi)石油鉆機技術(shù)時，需要根據(jù)作業(yè)流程，制定科學(xué)的作業(yè)流程，加強對自動化技術(shù)的應(yīng)用。另外，在鉆機的發(fā)中，需要提升設(shè)備的可靠性，以便最大程度地滿足設(shè)備的使用需求。

3.2 加強對集成控制技術(shù)的應(yīng)用

我國鉆機技術(shù)目前主要采用電動機、儀表以及監(jiān)控技術(shù)，但是并未實現(xiàn)信息與運行之間的集成，難以實現(xiàn)信息共享，因此在開發(fā)的過程中，需要加強對集成控制技術(shù)的應(yīng)用。目前，集成控制技術(shù)被NOV等幾家大公司壟斷，造價相對較高，而我國應(yīng)該加強對集成控制技術(shù)的科研，目現(xiàn)階段，寶雞石油已經(jīng)實現(xiàn)集成控制技術(shù)的試驗階段，因而需要不斷加強科研力度，推動集成控制技術(shù)的高速發(fā)展。

3.3 開發(fā)節(jié)能技術(shù)

在石油鉆機技術(shù)的運用中，存在較高的浪費行為，不利于節(jié)約石油資源，因而需要不斷的開發(fā)節(jié)能技術(shù)。如在變頻絞車的應(yīng)用中，主要是通過電阻轉(zhuǎn)化的方式來提供熱能，造成了資源的浪費。在節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用中，可以通過超級電容進(jìn)行回收再利用，從而可以提升石油鉆機技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

3.4 開發(fā)故障診斷系統(tǒng)

在石油鉆機技術(shù)的開發(fā)中，經(jīng)常會出現(xiàn)相應(yīng)的故障問題，主要是通過人力資源來進(jìn)行診斷，會浪費人力資源，并且診斷效率較低，因而需要開發(fā)智能故障診斷系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)采集，將信息發(fā)送到計算機中，同時通過相應(yīng)的軟件技術(shù)，可以實現(xiàn)對故障的分析。如NOV公司設(shè)計開發(fā)的“eHawk”技術(shù)即為故障診斷系統(tǒng)，可以實現(xiàn)在線診斷和監(jiān)控，具有較高的應(yīng)用價值。

4 結(jié)語

本文主要探究國內(nèi)石油鉆機自動化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及建議，主要觀點如下：第一，國內(nèi)鉆機技術(shù)已經(jīng)取得了較好的發(fā)展，但是與國外先進(jìn)水平相比，仍然存在一定的差距；第二，在電機自動化技術(shù)中，尚且存在電機、自動化技術(shù)以及安全等問題；第三，需要通過自動化工具、集成技術(shù)、故障診斷系統(tǒng)以及節(jié)能技術(shù)的開發(fā)來提升石油鉆機技術(shù)的自動化水平。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 于興軍，魏培靜，張青鋒，等.石油鉆機自動化技術(shù)的問題及發(fā)展建議[J].石油礦場機械，2014，10：92-96.

[2] 欒蘇，梁春平，于興軍，等.現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)在石油鉆機中的應(yīng)用及展望[J].石油機械，2014，11：1-5.

[3] 王定亞，忽寶民.提速提效石油鉆機技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展思路[J].石油礦場機械，2016，09：45-48.