淺談石油鉆機智能送鉆技術

王艷杰，顏偉，楊軼普

（渤海石油裝備制造有限公司遼河鉆采裝備分公司， 遼寧 盤錦 124010）

目前，隨著我國石油勘測開發力度的持續增強，國內石油鉆井技術得到了進一步改進與完善。介于國內石油機械市場生產力度不斷增加的趨勢，石油鉆井技術在某些層面上得到轉型與升級。如此一來，我國石油鉆井技術變得更加成熟、規范。近些年來，國內智能化水平的不斷提升側面帶動了各個行業領域的發展。其中，智能送鉆技術作為智能化時代的產物，能夠以智能化模式實現鉆井工作的有序開展，確保鉆井質量與效果。可以說，基于智能化的送鉆技術對于石油勘測開發工作而言，具有重要的實施意義。

1 石油鉆機智能送鉆技術的基本特征與原理

1.1 基本特征

智能送鉆技術最為顯著的特征在于改變傳統人工調節方式，取而代之的是系統自動化調節方式。結合實踐經驗來看，基于智能化的送鉆技術在應用效果方面，多具備提升控制鉆機速率與調節鉆機壓力的特點，某些方面還具備監控與控制的特性，能夠有效地預防運行隱患問題。舉例而言，在實際鉆井施工當中，操作人員往往會利用既定的鉆井工藝開展作業。

為進一步確保鉆井工藝的安全性與合理性，操作人員必須嚴格控制好鉆壓、鉆速以及系統壓力等方面的參數數值，確保系統能夠實現鉆頭連續進給的相關要求。通過應用智能送鉆技術基本上可以達成上述要求，送鉆系統會利用智能化技術，自動控制鉆井速度以及系統壓力等參數數值，為鉆井作業提供安全保障。除此之外，智能送鉆技術還可以有效規避以往人工調節方式的不足，降低人力資源的消耗，利于企業節省開支，實現經濟效益最大化目標。

1.2 基本原理

隨著智能化技術的不斷完善與改進，自動送鉆技術在應用方面發生較大改變。主要體現在從原本的剎車上絞車的應用過渡到盤式剎車的應用。根據現狀來看，自動送鉆技術還多用于電驅動絞車。根據以往的實踐經驗來看，智能送鉆技術的基本原理主要可以歸結為以下幾個方面。

一方面，智能送鉆技術在實際運用過程中，監控環節多屬于動態分析過程。系統往往會利用智能化技術，且結合專業數學知識，對系統當前的運行狀態進行合理分析。在此基礎上，系統會根據自身實際運行狀態，做好相關控制工作。這種應用原理基本上有效消除了傳統人工操作的不足，實現系統功能的統一性與自動化。

另一方面，智能送鉆技術在實際運用過程中，常常會利用控制驅動作用，確保模糊控制效果。并在此基礎上，根據實際鉆壓完成具體的加載工作。這樣做的主要目的在于彌補人工智能操作存在的不足，以便更好地確保鉆機智能送鉆技術的應用效果，防止在運行過程中出現隱患問題。

2 石油鉆機智能送鉆技術的類型與應用流程

2.1 模糊控制技術

2.1.1 基本概念

所謂的模糊控制技術主要是以模糊集合論、模糊語言變量以及模糊語言推理等計算機控制理論為基礎內容的智能送鉆技術類型，屬于基于計算機調控的模糊控制系統。通俗來講，模糊控制技術主要結合理論與語言等變量內容，利用智能化手段，將傳統人工控制模式轉變成為數值運算模式，目的在于借助計算機設備實現模糊自動控制要求，以確保最終的控制效果。可以說，模糊控制技術基本上可以有效結合人的思維模式，對石油鉆井工作中的不確定因素進行合理把握與管控。最重要的是，模糊控制技術不需要借助數學模型控制過程實現控制管理，具有重要的應用價值。

2.1.2 應用流程

一般來說，模糊控制過程主要是由模糊化、知識庫、模糊推理以及清晰化等部分組成。為進一步確保模糊控制效果，研究人員結合上述四部分內容進行合理優化，嚴格控制鉆壓速度與壓力。具體應用流程如下。

從計算偏差開始可以將變量的精確值轉變成為系統所需的模糊量。再嚴格根據控制規則要求，明確控制量所需的增量，最后確保清晰化效果。首先，研究人員需要確定好系統所需的輸出變量與輸入變量，也就是我們常說的結構設計部分。介于這個過程算法與控制難度較大，建議使用二維模糊控制器完成具體操作。

其次，模糊集合化本身屬于語言變量中的取值問題。因此在計算方面，可以錄用隸屬函數計算方式進行解決。最后，結合實際情況采取有效的控制算法。如針對一些系統要求不高的送鉆系統，可以利用清晰化設計方法。針對模糊控制器參數設計部分，可以利用模糊控制量化因子進行處理。

2.2 控制系統設計

根據鉆井數據的數學研究來看，我們基本上可以明確鉆壓與鉆速之間的關系。當鉆壓相對較小的時候，所產生的巖屑量也較小。如果此時，鉆壓持續加大勢必會影響井底條件，且鉆速也會得到遏制，無法繼續增長，甚至出現停止增加狀態。因此可以說，基于一定條件下，鉆速與鉆壓之間呈現一定的線性關系。當鉆壓數值過低時，不建議作業人員使用。究其原因，主要是因為鉆壓超過限定范圍之后，會對鉆頭造成嚴重磨損，限制鉆速的有效增長。針對于此，建議研究人員必須根據鉆井數據要求與相關規定，做好控制系統的設計工作。一般來說，控制系統的設計內容主要圍繞鉆壓控制與鉆速控制展開。內外結合的方式有利于二者效率的有效提升，基本上不會出現上述問題。當內環部分鉆速出現明顯問題之后，內環內部的參數會受到自身系統的控制作用而出現相應變化。可以說，內環產生的慣性會影響內環回路的運行效果。且在系統運行時間不斷延長的條件下，這種慣性所帶來的影響會愈加明顯，如對整個系統的響應速度產生促進效果，比較利于智能送鉆技術應用水平的有效提升。

3 智能送鉆技術在石油鉆機中的實踐應用分析

3.1 主電機自動送鉆

電驅動鉆機的不斷發展進一步促進了主電機自動送鉆系統的發展。可以說，主電機送鉆系統的出現與廣泛應用進一步實現了對鉆壓與鉆速的控制要求。結合實踐效果來看，石油鉆井過程往往需要利用電壓信號轉化技術，才能夠有效作用于壓力變壓器當中。并以模式傳感器輸出液壓信號的方式，經過單元當中，由系統進行智能判斷，確定當前壓力信號與鉆壓數值是否滿足規定要求，以及系統運行是否存在不合理問題。需要注意的是，在實際應用過程中，建議操作人員應該結合A/D采樣處理方式，判定系統存在的異常鉆壓信號。并將相關數值輸入到速度控制單元當中，以便系統及時恢復正常運行水準，防止隱患問題進一步加劇。

3.2 盤式剎車自動送鉆

盤式剎車自動送鉆主要利用盤式剎車自動送鉆技術達到有效控制的目的，如控制鉆速等。在這一過程中，主要利用控制鉆機剎車力矩的相關原理進行實現，確保盤式剎車自動送鉆系統得以正常運行。其中，系統組成中的拉力傳感器會根據鋼絲繩拉力的方法，將所得的信號傳入到計算機當中，經過相關變換完全轉化為鉆壓實際數值。在整個過程當中，自動送鉆過程往往會利用恒壓送鉆等方法，確定最高鉆壓數值。介于這種方式單純停留在自動化功能方面，建議技術人員應該在剎車片的處理方式上，盡量確保多個剎車片得以協調配合，以便更好地促進整個系統的運行。

4 結語

總之，石油鉆機智能送鉆技術作為確保我國石油勘探質量安全的核心技術，必須得到切實加強與優化。目前，我國智能化水平仍處于不斷探索與加強的發展階段當中，在此過程中，相關研究人員應該加強對智能送鉆技術的研究力度，更好地為鉆井質量提供安全保障。與此同時，研究人員可以結合現階段石油鉆機智能送鉆技術存在的不足，進行深入分析與改善，如優化自動送鉆系統等，從根本上確保我國石油勘探行業的長足發展，促進我國石油鉆機智能化發展和石油事業的可持續發展。