試論自動化設備在石油鉆機中的應用

劉貝

（石化盈科信息技術有限責任公司，湖北 武漢 430077）

近年來，隨著科技的推陳出新，自動化技術和相應的硬件設備逐漸在各行業普及，其利用自身節省人力、資源消耗，同時穩定提升工作效率和穩定性的優勢，迅速成為各行業的主要發展方向。對此，相關人員享受技術優勢的同時，也需要了解市場環境和受眾需求，對石油鉆探工作深入探究，尋求現有體系的優化路徑，為其未來發展奠定基礎，同時，也能進一步促進行業的轉型與發展。

1 石油鉆機自動化設備應用現狀

隨著社會的不斷發展，石油等不可再生珍稀資源已經成為社會經濟發展的重要助力，而石油鉆機作為開采工藝的核心設施，更是歷經多次優化，工作效率和現有的硬件結構更加完善，同時其管理體系也逐漸細化，使用效果良好，目前主體發展情況可以簡單囊括為兩個方向。

1.1 設備功能分類

較比傳統的工作模式，現有的石油行業受自動化因素的影響，其工作范圍被進一步細化，儀器設備的優勢更加明顯，致使石油鉆機配套自動化設備根據其性能特點可以分為兩類，分別為管住自動化處理和井口自動化操作兩類，前者主要完成鉆井管具由現場存儲到過程運輸，直至最終實施的全過程管理，目標在于提升接力柱的安裝標準性，后續保障單根結構性能完美發揮，不會出現搭配不穩定，進而造成不必要經濟損失的情況。過程中主要使用的儀器設備有液壓鉆桿、液鉆桿支架、動力貓道、機械手裝置和液壓吊取裝置。后者相對而言則是負責鉆井管道儀器設備的井口階段，自動化操作管理目的在于確保物料裝卸穩定，設備運行合理，不會出現過度磨損或老化等問題，在實際運行時，需要使用到鐵砧、動力卡瓦絲扣和泥漿防噴濺裝置，后續運行時考慮各個硬件設備的特點，以成本為主要參考目標，分析效率等基本變量，規劃合理的應用模式。

1.2 設備控制技術

隨著石油鉆井設備的性能多樣化，相關人員除彼此的搭配穩定性外，也開始進一步關注儀器設備的管理控制體系，判斷其是否具有全面性，能否應對復雜多變的工作環境，且出現突發問題時，現有的工作系統能否穩定應對。對此，相關人員通過深入分析與理論驗證，逐漸完善了設備控制技術，其利用plc 系統為主體核心，通過外部附加集成各類個性化裝置，能夠更有效地完成信號傳輸，同時，利用高精度傳感器能夠實現指令的實時發布，還能對各個主體電機形成完整控制體系，進而由固定性向自動化轉型。另外，目前石油鉆機設備中主要使用的控制器為S7 系列，性能穩定，每個設備都有獨立的控制系統，過程管理難度適中，可以實現階段性的性能互聯，既能單獨操作，也能基于用戶需求反饋，實現一體化控制，屬于目前石油相關產業未來發展的重要助力。

2 自動化設備在石油鉆機中的應用路徑

經過相關人員近段時間的現場調研和理論分析，自動化技術與石油鉆機相關工藝的適配性逐漸顯現，在此背景下，相關人員不僅需要思考如何發揮技術和硬件優勢，更需要針對二者的協同工作模式做出改良創造，引發不一樣的化學反應。

2.1 設備運行

自動化設備的出現，為石油鉆機工作模式拓寬了新的思路，其不單注重儀器設備的運行情況和效率提升情況，也開始分析相關儀器設備間的協同性，針對人力工作量開展融合探討，判斷各項資源的付出是否獲得了等同回報，并針對現有體系的短板實現強化改良。

對此，首先，自動化設備應用后，石油鉆機工作模式更傾向于節約人力工作量、降低外部因素和主觀失誤造成的負面影響，通過自動化控制體系完成規范、穩定運行，但考慮到自動化系統缺少一定的自主思考與變動能力，所以相關人員需要針對管住自動化處理和井口自動化操作等核心體系予以深入分析，了解各個硬件設備的運行情況，后續對比獲取優化方向。其次，現有石油鉆機的設備運行從原有的經驗和理論，工作模式逐漸向客觀參數工作模式轉型，相關人員時常對比自動化鉆機和常規鉆機的數據誤差，前者優勢明顯，不僅施工過程中人員消耗情況得到抑制，還能確保機械設備長期處于穩定運行狀態，大幅減少人工勞動強度。

2.2 提升可靠性

石油鉆探工藝及特點明顯，能夠獲取珍稀不可再生資源的同時，也具有一定的技術難度和應用危險性，所以相關人員必須了解現有體系短板，從而建立并完善工作管理體制。對此，相關人員需要分析其安全性的影響指標，并結合近段時間的歷史數據和現有的技術信息，尋求二者融合的突破路徑，保障成本不會過于高昂。

對此，首先，自動化設備能夠實現遠程操作，利用計算機和現場硬件構成信息共享平臺和互聯網絡，及時獲取設備的運行參數，并對比實際獲取的安全性閾值開展現場管理，對超出閾值的設備立即調試，發揮其一體化集成優勢的同時，也要避免程序之間出現負面影響。其次，現有的石油鉆機設備在配備自動化技術后，能夠實現故障問題的自主檢修，同時實時獲取設備運行參數和階段時間的數據變化情況，統籌分析能夠進一步明確設備出現故障的根本原因，后續配合檢修人員快速完成設備處理，避免影響工作效率。最后，借助自動化設備優勢，現有的自動化石油鉆機設備能夠在操作上實現程序互鎖，建立防護編譯程序，能夠避免誤操作情況的發生，即使發出操作指令，若不正確，也能及時為主控設備攔截，避免設備損傷。

2.3 效率提升

就目前大多石油相關產業的項目信息來看，自動化設備的應用均帶來了不可磨滅的現實意義，單從各道工藝而論，接力柱環節的工作效率和穩定性顯著提升，自動化石油鉆機的生產時效也遠高于常規鉆機，且能夠利用自動化技術完成流水線配合，減少不必要的風險問題。另外，現有的儀器設備在自動化體系的影響下運行更具整體性，即使能夠獨立運行，也可集成分析，對現有的工作模式而言，是一項巨大提升。

3 自動化設備在石油鉆機中的應用短板

3.1 配件和運維問題

目前，雖然自動化鉆機的配套設備已經可以實現大規模量產，但部分儀器設備由于其型號并未確定，很多性能也處于探索應用階段，所以在日常管理，配件更換和運維檢修方面存在諸多問題，大致可以分為兩類。

首先，設備配件的供應不夠穩定，經過近段時間的體系發展，自動化設備已經被行業所接受，對應的零件生產鏈條也隨之出現，可隨著后續設備的不斷使用，很多潛在的風險問題涌現，其造成的硬件損壞并無歷史數據可以對照，所以在進行設備維修時，經常出現配件準備不及時或缺少供應來源的情況，容易造成不必要的設備損傷，而且現有的很多處理工藝所需配件皆為進口零件，很多國內廠商無法穩定供應，再加之其本身特點，自動化設備的申請及維護難度較大，長此以往，配件的供應鏈條時常出現斷裂，也將成為自動化設備體系運行的一大掣肘。其次，主體設備的故障維修難度較大，考慮到自動化鉆機結構復雜，所對應的原理、技術先進，我國目前缺少對應的規范性指導文件，所以過于高效和集成性的自動化鉆機在實際運行時內部結構涉及多個生產廠商，生產標準各異，且實際出現問題時彼此之間時常相互推諉，致使工作開展速度緩慢。

3.2 局限性顯著

目前，自動化設備應用在石油鉆機配套設施中，其實用性毋庸置疑，但儀器設備的配套安裝和試驗自動化特點應用仍具有較強的局限性，管柱處理和井口自動化操作等領域雖已成為行業重點研究對象，但由于我國起步較晚，且很多核心技術不夠完善，所以進步發展的速率較慢，很多硬件問題的處理也不夠完善。

首先，以市面上常見的自動化鉆機類型為例，雖然科學合理地使用解決了現有工作現場所需人員眾多，勞動強度較高的問題，但涉及深入工作受鉆井液配置、固控循環設備操作等因素影響，即使設備能夠實現自動化運行，但各項指標仍然需要人力監控，所以實際的資源降低幅度較小，無法有效促進體系的普及發展。其次，石油鉆機設備和自動化設備為維持基本的工作效率和質量，需要在初步工作完成后清理鉆井內部雜質，而上述工作需要10 余人，持續3 天左右才能完成，期間會消耗大量的人力物力。

3.3 效率不穩定

自動化鉆機和常規鉆機相比，最顯著的優勢在于其突破了現有工作體系的上限，在穩定外部環境和操作規范性的情況下，自動化鉆機的效率十分可觀，且能夠保障過程規范、操作精確。但實際工作過程中，經常出現自動化鉆機效率達不到預期的情況，其并非因為體系不完善或設備出現故障，更多的是側面因素影響，具體可以歸納為兩點。

首先，自動化設備之間的協同性不足，個體運行效率較高，且對環境適應能力較強，能夠快速投入工作，但涉及多道工藝同時進行或數據交互處理時，各個系統間的配合不夠默契，時常出現信號傳輸受阻的問題，涉及程序設計方面的工作時受客觀因素影響，容易出現流程偏差。其次，自動化設備本身設計便存在短板，實用性并未達到最佳，而且即使是同批次生產的硬件設備，也存在很多質量不合格者，長此以往使得成本和經濟收益的關系不夠密切，甚至還出現過偷工減料等問題，造成嚴重的資金浪費，影響了行業的未來發展。

4 自動化設備在石油鉆機中的應用優化路徑

經過近些年對石油相關產業的調研與分析，可以明確發現鉆機自動化設備經過多年摸索，現有的技術體系相對成熟，儀器設備的配套和老舊設施改造已經成為業內人員重點關注的話題，且現有的自動化鉆井設備也經過多次強化，具有更強的實用性，未來面對多樣的市場需求和不穩定因素，相關人員仍需做出有效調控。

4.1 發揮集成優勢

現階段，石油相關產業的硬件工作模式都要向規范化和集成化靠攏，尤其是新型鉆機配套設施，考慮到受眾對自動化設備認知不清，相關人員必須了解規范集成化的發展要求，并將其作為行業必然趨勢，進一步規范配套標準，優化技術規格，確保相關人員面對復雜問題時能夠統籌兼顧，發揮技術兼容性和高效性，創造更多的立體收益。另外，考慮到儀器設備在運行過程中受多方因素影響，可能出現性質不穩定或突發問題的，此時相關人員需要靈活運用一體化優勢完成信息收集與上報，盡可能減少損失。

4.2 提升推廣力度

就目前石油鉆機相關產業的發展情況來看，該領域市場前景良好，對于結構相對穩定的自動化設備應當合理應用，著手解決人員傷亡和勞動強度過高的問題。對此，首先，相關人員需要讓職工了解自動化設備的優勢所在，定期開展宣講會，利用客觀數據印證自身觀點。其次，需要合理整合社會資源，對有價值信息進行處理、包裝，最終呈現給受眾群體，幫助其更有效地認識到技術特性，也能為未來的設備發展奠定良好路徑。

4.3 推動產業定型

未來面對復雜多變的行業環境時，最有效的方式仍然是確定優化方向和經營范圍，后續利用市場反饋和受眾信息確定優化方向，按部就班地提升服務品質。但考慮到現有的許多自動化設備結構復雜，可應用領域眾多，所以相關人員需要深入闡述企業的經營范圍和未來規劃，幫助管理人員快速形成處理預案，考慮現場因素、突發因素等各項指標，一旦發現問題，立即調整現有方案，進而促進行業能夠安全平穩地發展。

5 結語

綜上所述，石油鉆機作為石油材料的主要獲取渠道，肩負著控制市場大方向和助力產業需求的重要職能，所以相關人員需要明確技術特性和優化方向。但考慮到自動化設備結構精密，使用難度較高且需要人力調控，才能發揮自身作用，因此，相關人員需要針對上述兩項概念進行深入分析，從而改變自身錯誤認知，實現全過程，長周期管理，降低外部因素的負面影響，推動行業穩定發展。