國內石油鉆機自動化技術現狀與建議

雷正

摘 要：石油資源是國民經濟的重要支柱產業之一，加強自動化技術的開發，可以提升企業的自動化水平。但是我國石油鉆機自動化技術仍然存在一定的不足之處。本文主要探究國內石油鉆機自動化技術的發展現狀及問題，之后制定推動其自動化發展水平的建議。以往國內石油企業可以明確分析自身發展態勢，以此來取代舊技術，研發新技術，引進新方案。

關鍵詞：石油鉆機；自動化技術；現狀

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

0 引言

石油是目前現代工業社會最重要的資源，石油鉆井技術是提取資源的重要手段。隨著科技的不斷發展，自動化技術已經逐漸應用于石油鉆井技術中，通過智能控制，提升了開采效率[1]。但是在實際應用中，石油鉆機的自動化技術依然存在不足之處，因此，結合石油鉆機自動化技術的發展現狀，制定可行性建議具有重要的意義。

1 石油鉆機自動化技術發展現狀

1.1 變頻傳動技術及晶閘管整流傳動技術的應用

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

在直流石油鉆機技術的發展中，國內的主要技術是采用RossHILL公司的驅動技術，同時采用西門子公司的調速器進行驅動?？梢?，在國內石油鉆機自動化技術的應用中，主要采用國外公司的技術，自主生產應用能力相對較低。

1.2 動力源發展現狀

在石油鉆井技術的發展中，目前主要是采取柴油發電機動力方式，通過發電控制電網，并且可以實現對絞車以及輔助系統的供電。在技術的應用中，通過數字以及模擬發電機，可以實現多臺機組的運行模式，在目前的柴油發電機技術中，主要是運用美國CAT公司的產品，而在配套設備的應用方面，主要是采用中國石油集團開發的輔助設備。

在資源豐富的地區，部分油田已經采用了燃氣機組的工作方式，但是對于負載較重的工程，則無法滿足電力需求。針對這種現象，石油企業研制出燃氣與柴油混合動力的機組，其可以根據工程的實際情況來設置比例，目前尚且處于試驗中，具有較高的應用價值[3]。另外，在電網較為便利的地區，可以利用曹勇變壓器實現電源的接入。但是由于該設備會增加無功功率，影響電網質量，因而需要設置無功補償裝置來進行調整，提升鉆井技術的可行性及可靠性。

1.3 PLC技術發展現狀

隨著自動化技術的不斷發展及應用，PLC技術已經逐漸成為鉆機技術的核心控制部分。在我國鉆機的控制系統中，目前主要采用西門子S7-300控制器，并且會采用備用設備來輔助生產。在控制器出現故障時，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。針對這種現象，S7 400H的開發，已經轉件取代來原有的系統。該系統中存在2套處理器，可以實現自動轉換，從而提升了工作效率。另外，在通信及操作中，Profibus通信技術以及光線技術已經逐漸應用于鉆機技術中，提升了設備的集成化水平。

1.4 自動化工具的應用

在國內石油鉆機自動化技術的發展中，隨著石油公司的要求不斷提升，HSE要求已經逐漸實現。在這種情況下，石油企業紛紛研制自身的產品，其主要以輸送設備以及動力貓道等產品為主。自動化工具的應用，提升了企業的自動化水平。

1.5 電機直驅方式以及自動化功能現狀

隨著石油鉆機技術的發展，電機直驅方式由于結構簡單以及體積小等特點，已經逐漸應用于鉆機中。隨著石油公司的科研，直驅鉆井泵以及頂驅已經應用于鉆機技術中，且已經逐漸開發出核心部分的永磁電機。

在自動化功能的開發中，隨著PLC技術的應用，自動送鉆、扭矩限定以及電氣液的聯動功能已經逐漸實現，可以對鉆機的速度、壓力及流量等參數進行實時監控和預警，提升了系統的整體自動化性能。

2 發展問題剖析

在我國石油鉆機自動化技術的開發中，目前尚且存在較多的問題，其主要體現在以下幾個方面：

①缺乏規劃。在技術的開發過程中，通常會采用第三方設備進行輔助生產，但是由于接口以及尺寸存在差異，導致存在不兼容問題。

②電機功率不匹配。主要是由于在開發的過程中，無法實現電機的功率合理化。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象。

③缺乏一體化電機。在石油鉆井技術中，嚴格地限制絞車以及鉆井泵的體積，但是在電機的設計方面并不嚴格，無法實現電機的一體化。

④缺乏安全等級高的電機。在石油鉆井作業中，部分環境屬于海洋以及惡劣環境，電氣設備需要在露天的環境下進行作業，國家對設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備，造成散熱問題成為核心，同時增加了企業的成本。

⑤安裝缺陷。在石油電機相關設備的安裝中，同樣存在較多的問題：電纜安裝不規范、密封不規范、接地處理不合理、標識不清晰、隔離不當以及通風性不足等問題均會對鉆機技術的自動化產生較大的影響。

⑥在元件的運用中，需要滿足我國電氣設備的使用標準。但是目前電氣設備的供應較為混亂，無法滿足設備的使用需求。部分商家甚至出現偽造證書的行為，嚴重影響石油鉆井技術的安全生產。

3 石油鉆機自動化技術發展建議

3.1 開發自動化工具

我國在石油鉆機技術的應用中，已經逐漸實現對地面及管柱自動化設備的應用，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公司開發的隔水管處理系統圖，技術水平明顯高于我國。因此，在發展國內石油鉆機技術時，需要根據作業流程，制定科學的作業流程，加強對自動化技術的應用。另外，在鉆機的發中，需要提升設備的可靠性，以便最大程度地滿足設備的使用需求。

3.2 加強對集成控制技術的應用

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

3.3 開發節能技術

在石油鉆機技術的運用中，存在較高的浪費行為，不利于節約石油資源，因而需要不斷的開發節能技術。如在變頻絞車的應用中，主要是通過電阻轉化的方式來提供熱能，造成了資源的浪費。在節能技術的應用中，可以通過超級電容進行回收再利用，從而可以提升石油鉆機技術的可持續發展。

3.4 開發故障診斷系統

在石油鉆機技術的開發中，經常會出現相應的故障問題，主要是通過人力資源來進行診斷，會浪費人力資源，并且診斷效率較低，因而需要開發智能故障診斷系統，通過數據采集，將信息發送到計算機中，同時通過相應的軟件技術，可以實現對故障的分析。如NOV公司設計開發的“eHawk”技術即為故障診斷系統，可以實現在線診斷和監控，具有較高的應用價值。

4 結語

本文主要探究國內石油鉆機自動化技術的發展現狀及建議，主要觀點如下：第一，國內鉆機技術已經取得了較好的發展，但是與國外先進水平相比，仍然存在一定的差距；第二，在電機自動化技術中，尚且存在電機、自動化技術以及安全等問題；第三，需要通過自動化工具、集成技術、故障診斷系統以及節能技術的開發來提升石油鉆機技術的自動化水平。

參 考 文 獻

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

[2] 欒蘇，梁春平，于興軍，等.現代先進技術在石油鉆機中的應用及展望[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現狀及發展思路[J].石油礦場機械，2016，09：45-48.