雷正

摘 要：石油資源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一，加強(qiáng)自動(dòng)化技術(shù)的開(kāi)發(fā)，可以提升企業(yè)的自動(dòng)化水平。但是我國(guó)石油鉆機(jī)自動(dòng)化技術(shù)仍然存在一定的不足之處。本文主要探究國(guó)內(nèi)石油鉆機(jī)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及問(wèn)題，之后制定推動(dòng)其自動(dòng)化發(fā)展水平的建議。以往國(guó)內(nèi)石油企業(yè)可以明確分析自身發(fā)展態(tài)勢(shì)，以此來(lái)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(jī)；自動(dòng)化技術(shù)；現(xiàn)狀

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

0 引言

石油是目前現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)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(dòng)化技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于石油鉆井技術(shù)中，通過(guò)智能控制，提升了開(kāi)采效率[1]。但是在實(shí)際應(yīng)用中，石油鉆機(jī)的自動(dòng)化技術(shù)依然存在不足之處，因此，結(jié)合石油鉆機(jī)自動(dòng)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(jī)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

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

在石油鉆機(jī)技術(shù)的發(fā)展中，電力拖動(dòng)技術(shù)已逐漸引入到機(jī)械設(shè)備中，通過(guò)傳動(dòng)和調(diào)速的優(yōu)勢(shì)，迅速地占據(jù)了市場(chǎng)份額。在交流變頻鉆機(jī)的發(fā)展方面，西門子公司的S120系列變頻器成為鉆機(jī)的重要配置，國(guó)產(chǎn)電機(jī)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(shì)的影響，導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)電機(jī)難以推廣[2]。另外，根據(jù)交流鉆機(jī)傳動(dòng)方式的差異，可以分為多傳動(dòng)及單傳動(dòng)模式，多傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)和成本的優(yōu)勢(shì)，單傳動(dòng)具有兼容性和成本低的優(yōu)勢(shì)。

在直流石油鉆機(jī)技術(shù)的發(fā)展中，國(guó)內(nèi)的主要技術(shù)是采用RossHILL公司的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，同時(shí)采用西門子公司的調(diào)速器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)?？梢?jiàn)，在國(guó)內(nèi)石油鉆機(jī)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用中，主要采用國(guó)外公司的技術(shù)，自主生產(chǎn)應(yīng)用能力相對(duì)較低。

1.2 動(dòng)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(jī)動(dòng)力方式，通過(guò)發(fā)電控制電網(wǎng)，并且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)絞車以及輔助系統(tǒng)的供電。在技術(shù)的應(yīng)用中，通過(guò)數(shù)字以及模擬發(fā)電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行模式，在目前的柴油發(fā)電機(jī)技術(shù)中，主要是運(yùn)用美國(guó)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(guó)石油集團(tuán)開(kāi)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(jī)組的工作方式，但是對(duì)于負(fù)載較重的工程，則無(wú)法滿足電力需求。針對(duì)這種現(xiàn)象，石油企業(yè)研制出燃?xì)馀c柴油混合動(dòng)力的機(jī)組，其可以根據(jù)工程的實(shí)際情況來(lái)設(shè)置比例，目前尚且處于試驗(yàn)中，具有較高的應(yīng)用價(jià)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(shí)現(xiàn)電源的接入。但是由于該設(shè)備會(huì)增加無(wú)功功率，影響電網(wǎng)質(zhì)量，因而需要設(shè)置無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)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(dòng)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(jī)技術(shù)的核心控制部分。在我國(guó)鉆機(jī)的控制系統(tǒng)中，目前主要采用西門子S7-300控制器，并且會(huì)采用備用設(shè)備來(lái)輔助生產(chǎn)。在控制器出現(xiàn)故障時(shí)，可以通過(guò)切換的方式來(lái)選擇備用方案。但是由于啟動(dòng)過(guò)程容易造成停機(jī)，因而仍然需要改進(jìn)。針對(duì)這種現(xiàn)象，S7 400H的開(kāi)發(fā)，已經(jīng)轉(zhuǎn)件取代來(lái)原有的系統(tǒng)。該系統(tǒng)中存在2套處理器，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(jī)技術(shù)中，提升了設(shè)備的集成化水平。

1.4 自動(dòng)化工具的應(yīng)用

在國(guó)內(nèi)石油鉆機(jī)自動(dòng)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(shí)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(dòng)力貓道等產(chǎn)品為主。自動(dòng)化工具的應(yīng)用，提升了企業(yè)的自動(dòng)化水平。

1.5 電機(jī)直驅(qū)方式以及自動(dòng)化功能現(xiàn)狀

隨著石油鉆機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)直驅(qū)方式由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及體積小等特點(diǎn)，已經(jīng)逐漸應(yīng)用于鉆機(jī)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(jī)技術(shù)中，且已經(jīng)逐漸開(kāi)發(fā)出核心部分的永磁電機(jī)。

在自動(dòng)化功能的開(kāi)發(fā)中，隨著PLC技術(shù)的應(yīng)用，自動(dòng)送鉆、扭矩限定以及電氣液的聯(lián)動(dòng)功能已經(jīng)逐漸實(shí)現(xiàn)，可以對(duì)鉆機(jī)的速度、壓力及流量等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警，提升了系統(tǒng)的整體自動(dòng)化性能。

2 發(fā)展問(wèn)題剖析

在我國(guó)石油鉆機(jī)自動(dòng)化技術(shù)的開(kāi)發(fā)中，目前尚且存在較多的問(wèn)題，其主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①缺乏規(guī)劃。在技術(shù)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，通常會(huì)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(wèn)題。

②電機(jī)功率不匹配。主要是由于在開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，無(wú)法實(shí)現(xiàn)電機(jī)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(guó)僅僅運(yùn)用2臺(tái)800kW的電機(jī)帶動(dòng)，造成功率存在不匹配的現(xiàn)象。

③缺乏一體化電機(jī)。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(jī)的設(shè)計(jì)方面并不嚴(yán)格，無(wú)法實(shí)現(xiàn)電機(jī)的一體化。

④缺乏安全等級(jí)高的電機(jī)。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(guó)家對(duì)設(shè)備的安全等級(jí)需求為IP56，但是我國(guó)尚且缺乏安全等級(jí)高的設(shè)備，造成散熱問(wèn)題成為核心，同時(shí)增加了企業(yè)的成本。

⑤安裝缺陷。在石油電機(jī)相關(guān)設(shè)備的安裝中，同樣存在較多的問(wèn)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(shí)不清晰、隔離不當(dāng)以及通風(fēng)性不足等問(wèn)題均會(huì)對(duì)鉆機(jī)技術(shù)的自動(dòng)化產(chǎn)生較大的影響。

⑥在元件的運(yùn)用中，需要滿足我國(guó)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(wú)法滿足設(shè)備的使用需求。部分商家甚至出現(xiàn)偽造證書(shū)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(jī)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展建議

3.1 開(kāi)發(fā)自動(dòng)化工具

我國(guó)在石油鉆機(jī)技術(shù)的應(yīng)用中，已經(jīng)逐漸實(shí)現(xiàn)對(duì)地面及管柱自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用，但是與國(guó)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(kāi)發(fā)的隔水管處理系統(tǒng)圖，技術(shù)水平明顯高于我國(guó)。因此，在發(fā)展國(guó)內(nèi)石油鉆機(jī)技術(shù)時(shí)，需要根據(jù)作業(yè)流程，制定科學(xué)的作業(yè)流程，加強(qiáng)對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用。另外，在鉆機(jī)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(qiáng)對(duì)集成控制技術(shù)的應(yīng)用

我國(guó)鉆機(jī)技術(shù)目前主要采用電動(dòng)機(jī)、儀表以及監(jiān)控技術(shù)，但是并未實(shí)現(xiàn)信息與運(yùn)行之間的集成，難以實(shí)現(xiàn)信息共享，因此在開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，需要加強(qiáng)對(duì)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(jià)相對(duì)較高，而我國(guó)應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)集成控制技術(shù)的科研，目現(xiàn)階段，寶雞石油已經(jīng)實(shí)現(xiàn)集成控制技術(shù)的試驗(yàn)階段，因而需要不斷加強(qiáng)科研力度，推動(dòng)集成控制技術(shù)的高速發(fā)展。

3.3 開(kāi)發(fā)節(jié)能技術(shù)

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

3.4 開(kāi)發(fā)故障診斷系統(tǒng)

在石油鉆機(jī)技術(shù)的開(kāi)發(fā)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的故障問(wèn)題，主要是通過(guò)人力資源來(lái)進(jìn)行診斷，會(huì)浪費(fèi)人力資源，并且診斷效率較低，因而需要開(kāi)發(fā)智能故障診斷系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集，將信息發(fā)送到計(jì)算機(jī)中，同時(shí)通過(guò)相應(yīng)的軟件技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的分析。如NOV公司設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的“eHawk”技術(shù)即為故障診斷系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)在線診斷和監(jiān)控，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要探究國(guó)內(nèi)石油鉆機(jī)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及建議，主要觀點(diǎn)如下：第一，國(guó)內(nèi)鉆機(jī)技術(shù)已經(jīng)取得了較好的發(fā)展，但是與國(guó)外先進(jìn)水平相比，仍然存在一定的差距；第二，在電機(jī)自動(dòng)化技術(shù)中，尚且存在電機(jī)、自動(dòng)化技術(shù)以及安全等問(wèn)題；第三，需要通過(guò)自動(dòng)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(kāi)發(fā)來(lái)提升石油鉆機(jī)技術(shù)的自動(dòng)化水平。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 于興軍，魏培靜，張青鋒，等.石油鉆機(jī)自動(dòng)化技術(shù)的問(wèn)題及發(fā)展建議[J].石油礦場(chǎng)機(jī)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(jī)中的應(yīng)用及展望[J].石油機(jī)械，2014，11：1-5.

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