我国石油钻机控制技术现状与后续发展思考

从电力拖动技术、逻辑程序控制技术、管柱自动化技术、网电及直驱传动技术和司钻远程集中操作技术等方面阐述了目前国内石油钻机控制系统在自动化、智能化和信息化方面的技术现状。对照国外钻机新技术发展对控制系统的新功能要求,提出了国内钻机存在的融合集成化水平不高、"软扭矩"等核心技术掌握不深入、信息化程度有待提升以及管柱自动化装备原始创新不足等问题。最后,结合未来钻井作业对石油钻机高效和智能等趋势要求,提出了加快管柱自动化装备创新研究、开展钻井专家优化系统研究及建立大数据故障诊断系统等后续发展建议。     

石油钻机自动化技术的问题及发展建议

分析了我国石油钻机在绞车与盘刹耦合控制、旋转系统软转矩控制、司钻房人性化设计等方面存在的问题。通过与国外先进钻机的相关性能特点进行对比,找出了我国石油钻机自动化技术与国外钻机的主要差距,对国内钻井装备在管柱自动输送及排放、集成控制等方面亟待升级的技术进行了阐述,并对研究的具体工作提出了几点建议。     

石油钻机自动化技术的问题和建议分析

分析了我国石油钻机在绞车与盘刹耦合控制,司钻房人性化设计等方面存在的问题,通过与国外先进钻机相关性能特点进行对比,找出我国石油钻机自动化技术的不足,阐述了国内钻井装备在管柱自动输送及集成控制等方面亟待升级的技术,对研究具体工作提出建议。     

国内外石油钻机现状及我国钻机发展探讨

在介绍国内外石油钻机发展现状及趋势,并分析我国钻机与国外的主要差距及原因的基础上,提出了发展我国石油钻机的建议:(1)在相关技术方面,按3个层次发展钻井技术,即成熟技术产业化、在研技术集成化和高新创新技术自主化。(2)在设备方面,遵循深井钻机自动化,中深井钻机模块化,浅井钻机车装化原则,即大型钻机在重点提高自动化、智能化的基础上兼顾其移运性,中小型钻机在考虑其移运性和降低移运成本的同时考虑智能化。(3)在其他方面,面向国际市场建立石油钻机协调机制;建立科研-生产-应用相结合的钻井装备研发体系;充分利用国内市场资源,以市场换技术促进装备水平和制造水平尽快提高;筹措资金用于创新项目及技术改造;重视基础部件及与主机相配套辅机的开发,提高钻机成套生产能力;培养高素质石油钻机专门人才。     

idriller石油钻机集成控制系统研制概要

随着石油钻机自动化控制技术的发展,司钻需要操作和监视的设备越来越多。现有常规钻机中将各个设备操作按钮、手柄以及控制箱在司钻房内进行“堆积木式”拼装的模式,存在着安全性差,布局混乱等缺点,已经无法满足未来钻机的操作要求,成为制约国产钻机整体技术水平提升的瓶颈。国外为解决此类问题已开发出多种石油钻机集成控制系统,并进行商业化应用。国内目前尚处于起步阶段。该文从系统网络架构、多级急停机制、司钻操作终端理念、防碰撞机制与轨迹规划、人机界面程序以及历史记录功能开发等方面介绍了国内研制的首套钻机集成控制系统——“idriller”。该系统已经实现了在多套钻机中的工业化应用,提升了国产钻机自动化、智能化、信息化水平。     

自动化钻井关键技术进展与发展趋势

为了促进自动化钻井技术的整体快速发展,国外各大公司及研究团体加大了相关技术的研究力度,并主动走向协同整合。SPE自动化钻井技术部、IADC的先进钻机技术委员会、世界领先的油服公司及石油公司共同发起成立了自动化钻井路线图计划,从系统架构、通信、传感器与测量系统、钻机设备、控制系统、建模与模拟、人机系统、标准及认证等8个方面阐述了最新进展及努力方向。钻井过程模拟仿真、智能优化决策与远程控制已成研究热点,准确全面的井下测量和地面与井下的双向高速可靠通信技术仍然存在技术瓶颈,各单项技术之间的接口标准化是走向集成应用的关键。国内在地面设备自动化、测量系统和远程作业支持系统方面都有研究,但与国际先进水平差距很大,尤其是在全套技术协同发展方面,急需进行顶层设计及项目群布局,同时还要加强行业交流。     

我国管柱自动化钻机技术研究及发展方向

概述了钻机管柱自动化处理系统的技术现状,介绍了悬持式、推扶式、举升式和组合式管柱自动化处理系统的结构和性能特点。着重对国内目前已研制成功的4种管柱自动化钻机在现场应用及工业性试验等方面的情况分别做了描述。结合钻机自动化发展技术,提出今后石油钻机自动化技术将会朝着一键操作高效化、井下地质专家系统智能化和设备远程控制井场无人化3个方向发展。     

自动化钻机向智能化发展的关键技术分析

总结了我国石油钻机在自动化方面的技术现状,包括自动化钻机总体技术、自动排管技术、司钻集中控制技术以及钻机远程信息化监测技术等。分析了自动化钻机技术发展过程中面临的技术瓶颈,包括系统作业效率问题、自动化工具稳定性及作业成功率问题、检测环节瓶颈问题、数据零散并缺少系统分析整理问题等。对自动化钻机向智能化方向发展所涉及的关键技术进行了阐述,并提出开展全新流程方式的钻机总体技术开发及电动化钻井机器人装备开发等发展建议。     

海底钻机及其研究进展

为节省钻井成本及避免海洋环境和恶劣天气对钻井作业的干扰,提出了海底钻机的概念。阐述了海底钻机的原理,介绍了国外2种海底钻机的结构、运作程序以及钻机关键设备的功能,对比分析了海底钻机与常规浮式钻井装备预期的经济效益。最后针对海底钻机国产化提出建议:国内应加强对海底钻机材料及自动化程度的跟踪研究;在石油工程相关领域的技术研发和装备制造过程中可以借鉴海底钻机模块化设计技术、加工制造技术、水下安装技术、智能作业技术以及远程控制技术等;国内可以从用于深水海底自动取样、浅钻设备入手,开始关键设备的研发试验。     

智能石油钻机技术现状及发展方向

智能石油钻机可脱离人的干预,自动完成整个钻井过程,并能与钻井、地质和测井等专业进行大数据融合,从而有效提高钻井效率及作业安全性。通过对比分析国内外先进智能石油钻机的发展现状及主要技术参数,发现不管是国内还是国外的智能石油钻机,都只是在钻井领域的某个或多个环节上实现了自动化,完整的智能钻井闭环链尚未形成。总结了智能石油钻机应具备的技术特点,提出了适合国内现状的智能石油钻机发展方向:应首先研究出具有中国技术特色的"半自动智能钻机",使钻机各单体设备达到行业先进水平,然后进行钻机应用软件开发,提高钻机的"智商"水平,让自动化智能钻机具备逻辑分析能力,在面对各种复杂工况时具有适应性和自动调整能力,以实现石油钻机的真正智能化。