李 龍

（大慶油田有限責(zé)任公司井下作業(yè)分公司，黑龍江大慶 163000）

0 引言

現(xiàn)今，我國(guó)的油田修井作業(yè)主要是小修作業(yè)，此項(xiàng)作業(yè)在所有作業(yè)的占比高達(dá)85%。進(jìn)行小修井作業(yè)方面，涉及最多的操作為起、下鉆操作。對(duì)于傳統(tǒng)修井機(jī)作業(yè)而言，需要4 名工作人員配合、輪流交換開(kāi)展，從事此項(xiàng)工作的人員需要具備較高的技術(shù)水平，同時(shí)處于惡劣的工作環(huán)境內(nèi)，工作人員除了要面對(duì)高強(qiáng)度勞動(dòng)，還要應(yīng)對(duì)高危險(xiǎn)，所以，油田修井機(jī)的自動(dòng)化以及機(jī)械化，被視為當(dāng)前與今后一段時(shí)期內(nèi)修井機(jī)領(lǐng)域研發(fā)的核心內(nèi)容。在油田修井機(jī)自動(dòng)化與機(jī)械化發(fā)展方面，我國(guó)相較于大多數(shù)的國(guó)家發(fā)展較為滯后，我國(guó)現(xiàn)今的修井機(jī)絕大多數(shù)依然處在人工操作、半自動(dòng)化水平。歷經(jīng)多年的積極研究和實(shí)踐，一些具備系統(tǒng)集成化、自動(dòng)化與機(jī)械化的設(shè)備已開(kāi)始被作為創(chuàng)新傳統(tǒng)修井機(jī)之用，同時(shí)逐漸推行于油田現(xiàn)場(chǎng)。

1 國(guó)外當(dāng)前自動(dòng)化修井機(jī)發(fā)展?fàn)顩r分析

在傳統(tǒng)修井作業(yè)方面，管柱的起、下、卸操作所用時(shí)間在總作業(yè)時(shí)間中的占比為70%，這些作業(yè)都是在人工輔助下完成的，如此導(dǎo)致修井作業(yè)效率的大幅下降，所以，國(guó)內(nèi)與國(guó)外修井機(jī)在自動(dòng)化發(fā)展方面將重點(diǎn)放在了管柱處理系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展上。在20 世紀(jì)中期，Louis Witte 與James Hansenyu 這兩位研究熱源研發(fā)出一類(lèi)半自動(dòng)化遙控修井機(jī)，此類(lèi)修井機(jī)具備簡(jiǎn)捷的構(gòu)造且自重相對(duì)減輕，但在作業(yè)范圍上較為有限，無(wú)法開(kāi)展大修作業(yè)，僅可勝任小修作業(yè)。借助此類(lèi)修井機(jī)實(shí)施修井作業(yè)時(shí)，只需要于井口處配制2 名工作人員就能夠完成整個(gè)修井任務(wù)。在之后的兩年內(nèi)，通過(guò)對(duì)此類(lèi)修井機(jī)實(shí)施不斷優(yōu)化改進(jìn)，使其能夠于兩年后正式推行于油田機(jī)修中。美國(guó)Oilfield Innovators Limited 公司于1998年成功研發(fā)出PAL 管柱自動(dòng)傳送系統(tǒng)，此系統(tǒng)以四邊形平行移動(dòng)機(jī)構(gòu)原理為基礎(chǔ)，能夠成功完成管柱處理操作。此系統(tǒng)擁有諸多功能，包括管柱的撥動(dòng)翻轉(zhuǎn)以及傳送舉升，同時(shí)再結(jié)合遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)管柱的精準(zhǔn)化、快速化移運(yùn)操作。受到管柱處理作業(yè)自動(dòng)化與機(jī)械化的實(shí)現(xiàn)，鉆修井作業(yè)周期得以縮減，相關(guān)工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度也有所下降，同時(shí)鉆修井作業(yè)的安全性也得以提升。1999年，美國(guó)Horizontal Well Drillers公司成功研發(fā)并制造出一類(lèi)通過(guò)大型機(jī)械臂實(shí)施管柱抓取作業(yè)的大臂旋轉(zhuǎn)移送型管柱處理系統(tǒng)。因?yàn)榇讼到y(tǒng)未設(shè)置滑輪以及吊升設(shè)備，當(dāng)進(jìn)行移送管柱操作時(shí)，一定要于井架一側(cè)留出一定高度的開(kāi)口。但是，縱觀當(dāng)前國(guó)外自動(dòng)化修井機(jī)狀況可以發(fā)現(xiàn)，研制的諸如鉆臺(tái)面擺管機(jī)器人、大修修井機(jī)二層臺(tái)自動(dòng)排管設(shè)備等，此類(lèi)自動(dòng)化修井設(shè)備現(xiàn)今尚未實(shí)現(xiàn)規(guī)模性推行。

2 國(guó)內(nèi)當(dāng)前自動(dòng)化修井機(jī)狀況分析

在常規(guī)修井機(jī)方面，我國(guó)在設(shè)計(jì)制造技術(shù)逐漸朝完善下發(fā)展，然而在自動(dòng)化、節(jié)能環(huán)保、信息化以及人性化方面，相較于國(guó)外，我國(guó)依然停留于起步時(shí)期。在自動(dòng)化修井機(jī)的研發(fā)和開(kāi)發(fā)上，我國(guó)起步較晚，基礎(chǔ)較為薄弱，同時(shí)用于修井的設(shè)備更新速度較低，如此對(duì)我國(guó)現(xiàn)今油田修井機(jī)性能提升造成極大制約，同時(shí)也阻礙了我國(guó)石油開(kāi)采進(jìn)度。近幾年內(nèi)，我國(guó)在修井用地面管柱處理技術(shù)方面取得了較大成果，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了小規(guī)模推行。在二層臺(tái)管柱處理技術(shù)方面，成功研究并開(kāi)始應(yīng)用于實(shí)踐中，再加上配套的自動(dòng)化修井工具的應(yīng)用，表明我國(guó)自動(dòng)化油田修井機(jī)現(xiàn)已邁入現(xiàn)代化修井作業(yè)的時(shí)期。具體發(fā)展現(xiàn)狀包括如下4 個(gè)方面。

2.1 修井機(jī)部件自動(dòng)化發(fā)展現(xiàn)狀

近幾年，在修井機(jī)部件自動(dòng)化研發(fā)與制造方面，我國(guó)部分廠家已實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，集中顯示于管柱處理的自動(dòng)化方面。當(dāng)前致力于研發(fā)推廣二層臺(tái)自動(dòng)排管設(shè)備的幾大廠家包括中石化四機(jī)石油機(jī)械有限公司、遼河新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司、山東杰瑞有限公司以及三一重工有限公司等。在自動(dòng)貓道生產(chǎn)方面，主要廠家有中石化四機(jī)石油機(jī)械有限公司、天津市東方先科石油機(jī)械有限公司、南陽(yáng)二機(jī)石油裝備有限公司、中原銳實(shí)達(dá)石油裝備有限公司、中原特種車(chē)輛有限公司、三一重工有限公司以及勝利勝動(dòng)集團(tuán)等。這些廠家中，在油田修井用輕便型、小型管柱處理系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，勝利勝動(dòng)集團(tuán)始終發(fā)揮著主導(dǎo)性作用，它比其他廠家較早開(kāi)始進(jìn)行修井作業(yè)用動(dòng)力貓道的開(kāi)發(fā)，并且已生產(chǎn)出系列產(chǎn)品，被廣泛用于我國(guó)各油田作業(yè)中。包括液壓油管鉗、自動(dòng)吊卡等在內(nèi)的其他自動(dòng)化工具種類(lèi)極為多樣，技術(shù)逐漸成熟，大量生產(chǎn)制造機(jī)構(gòu)在生產(chǎn)方面已具備了相應(yīng)條件。

2.2 自動(dòng)化修井機(jī)集成控制系統(tǒng)研發(fā)生產(chǎn)現(xiàn)狀

保守液壓控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)途徑為繼電器—接觸器，不易維護(hù)，且不具備良好可靠性，自動(dòng)化水平低。近幾年，液壓系統(tǒng)和PLC控制的聯(lián)合應(yīng)用，極大促進(jìn)了修井機(jī)自動(dòng)化水平的提升，在修井機(jī)集成控制方面獲得大量推行。我國(guó)大部分自動(dòng)化修井機(jī)升級(jí)改造自傳統(tǒng)修井機(jī)，在控制系統(tǒng)上，修井機(jī)自動(dòng)化單元和修井機(jī)自身是獨(dú)立的，兩系統(tǒng)間無(wú)法進(jìn)行信息的傳遞，存在設(shè)備間發(fā)生碰撞可能性。所以，需要對(duì)諸多獨(dú)立的控制系統(tǒng)實(shí)施集成處理，使得各系統(tǒng)間能夠?qū)崿F(xiàn)信息共享，進(jìn)而促進(jìn)自動(dòng)修井機(jī)可靠性以及安全性的提升。在研發(fā)以及實(shí)踐推行自動(dòng)化修井機(jī)整機(jī)集成控制系統(tǒng)方面，當(dāng)前國(guó)內(nèi)具備較高技術(shù)實(shí)力的企業(yè)為中石化四機(jī)石油機(jī)械有限公司、山東杰瑞有限公司以及三一重工有限公司。

2.3 當(dāng)前自動(dòng)化修井機(jī)動(dòng)力源選擇狀況

我國(guó)現(xiàn)今所應(yīng)用的修井機(jī)中90%者動(dòng)力源選用的為柴油機(jī)，此動(dòng)力源易導(dǎo)致環(huán)境污染，且投入資金較高。所以，研發(fā)在動(dòng)力源方面具備節(jié)能性、環(huán)保性以及經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)的修井機(jī)成為現(xiàn)今關(guān)注主流。我國(guó)先后研發(fā)出動(dòng)力源為電力的網(wǎng)電修井機(jī)、動(dòng)力源為電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵的修井機(jī)，還有混合動(dòng)力修井機(jī)。其中，早在1992年就提出了動(dòng)力源為電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵的修井機(jī)，此類(lèi)修井機(jī)具備高效性、節(jié)能性、環(huán)保性以及安全性。但受到當(dāng)時(shí)制造技術(shù)較低的限制，直至2012年首代液壓蓄能修井機(jī)樣機(jī)方由孚瑞特石油裝備有限責(zé)任公司制造出來(lái)。同一時(shí)期，動(dòng)力源為電力的修井機(jī)由于油田現(xiàn)場(chǎng)天氣與電網(wǎng)容量的不利影響，未實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用。鑒于以上諸多原因，在中原特車(chē)公司努力下，油—電混合動(dòng)力修井機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，對(duì)比單一動(dòng)力源類(lèi)型的修井機(jī)，此類(lèi)修井機(jī)擺脫了天氣、井場(chǎng)電網(wǎng)容量的約束，可基于工況進(jìn)行動(dòng)力源的隨時(shí)切換。

2.4 自動(dòng)化修井機(jī)當(dāng)前研制推廣狀況分析

2010年，我國(guó)首臺(tái)自動(dòng)化修井機(jī)在遼河油田興隆臺(tái)工程技術(shù)處努力下研制成功，此修井機(jī)的重大突破體現(xiàn)在控制、人機(jī)同步運(yùn)動(dòng)這兩個(gè)方面，可實(shí)現(xiàn)搶噴、甩管、自主上卸扣作業(yè)。然而由于在成本、安全性以及技術(shù)等方面有所不足，導(dǎo)致其尚沒(méi)有廣泛推行。2016年，通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)方法，山東勝利石油裝備產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院成功研制出型號(hào)為XJ300/600 DYZ 的全自動(dòng)智能液壓修井機(jī)，此修井機(jī)對(duì)小噸位修井作業(yè)適用。ZXJ-675 是當(dāng)前我國(guó)最具現(xiàn)代化的全自動(dòng)修井機(jī)，其首次應(yīng)用是2018年在江蘇油田，極大地推動(dòng)了國(guó)內(nèi)自動(dòng)化修井機(jī)研制發(fā)展。2019年，第一臺(tái)智能自動(dòng)化修井機(jī)于中石化西北油田投入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

3 自動(dòng)化修井機(jī)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

3.1 對(duì)于節(jié)能性、環(huán)保性以及經(jīng)濟(jì)性的重視程度更高

鑒于我國(guó)逐漸重視節(jié)能減排，同時(shí)國(guó)際油價(jià)一直不斷波動(dòng)，如果油田用修井機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式選擇液壓動(dòng)力式、純電力式與油電雙驅(qū)式，能夠獲得確切的節(jié)能效果，同時(shí)不會(huì)造成明顯污染。

3.2 更加追求機(jī)械化、模塊化、智能化以及自動(dòng)化

對(duì)于常規(guī)修井機(jī)而言，其每個(gè)部位均是互相獨(dú)立的，無(wú)法實(shí)現(xiàn)信息共享與流通，在修井機(jī)技術(shù)日漸提升背景下，集合現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備、數(shù)據(jù)分析技術(shù)、監(jiān)控儀表，由此構(gòu)建一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)成為今后的發(fā)展方向。機(jī)械作業(yè)取代人工作業(yè)，依托計(jì)算機(jī)達(dá)成各部位信息共享和整合目的，促進(jìn)修井機(jī)智能化操作目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，由此提升作業(yè)效能，同時(shí)使作業(yè)成本減少。此外，通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)的應(yīng)用，能夠提升運(yùn)移速度，使裝卸操作簡(jiǎn)單化。

3.3 逐步實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、無(wú)人修井

在人工智能、計(jì)算機(jī)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)大幅發(fā)展背景下，各個(gè)領(lǐng)域均開(kāi)始大量推行智能化技術(shù)。今后油田自動(dòng)化修井機(jī)技術(shù)日漸完善后，得益于諸多創(chuàng)新型技術(shù)在修井設(shè)備上積極推行，包括修井裝備數(shù)字化技術(shù)、遠(yuǎn)程操控技術(shù)、在線診斷技術(shù)等，未來(lái)修井作業(yè)會(huì)實(shí)現(xiàn)井口智能化、無(wú)人化作業(yè)。

4 結(jié)論

進(jìn)入21 世紀(jì)后，世界范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)呈高速式發(fā)展，對(duì)于石油能源的需求逐漸增大，油氣資源儲(chǔ)量卻在逐漸下降，同時(shí)作業(yè)機(jī)構(gòu)人工成本與減員增效要求逐漸提升，世界范圍內(nèi)的各大石油企業(yè)隨之加大了石油勘探和開(kāi)采力度，修井作業(yè)市場(chǎng)前景良好，全球修井?dāng)?shù)量以及修井機(jī)應(yīng)用量等均呈上升式發(fā)展?，F(xiàn)今，各油田在井下作業(yè)員工數(shù)量方面普遍存在不足問(wèn)題，減少單臺(tái)作業(yè)裝置操作人員，除了可使設(shè)備使用成本下降，還可使設(shè)備的實(shí)際開(kāi)工率得到保障，對(duì)于油田井下作業(yè)質(zhì)量也起到積極作用。作為一類(lèi)新型修井機(jī)技術(shù)，自動(dòng)化修井機(jī)能夠促進(jìn)修井工作人員作業(yè)安全性提升，還可以減少工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。此外，自動(dòng)化修井機(jī)憑借自身可靠性、技術(shù)先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性以及高效運(yùn)移性方面的突出表現(xiàn)，在當(dāng)前倡導(dǎo)清潔生產(chǎn)、安全生產(chǎn)、以人為本的社會(huì)背景下，必然會(huì)在未來(lái)石油開(kāi)采領(lǐng)域占據(jù)核心地位。