石油鉆井機械鉆速扭矩自動控制方法分析

［摘 要］石油對我國各行業的發展均有十分重要的作用，為進一步加快石油鉆井領域的發展，全面提升石油開采效率，文章以石油鉆井自動化技術為研究重點，深入分析當前先進化、智能化技術的應用，結合石油鉆井行業的發展現狀提出加快發展速度的相關策略。

［關鍵詞］石油鉆井；自動化；扭矩；發展策略

［中圖分類號］TE928 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）07–0001–03

石油資源作為我國經濟的核心驅動力之一，其重要性不言而喻。尤其是在現代社會，隨著工業化和城市化的快速發展，人們對能源的需求在不斷提升。因此，石油開采的效率和速度對于經濟的持續增長具有決定性的影響。在我國，石油鉆井的速度一直是行業內外關注的焦點。鉆井速度關系到石油資源的開采效率，快速而高效的鉆井過程意味著更多的石油資源可更快地投入市場，從而為企業創造更大的經濟價值。

1 影響石油鉆井速度的因素

1.1 鉆井液的影響

在石油鉆井這一復雜而精細的行業中，鉆井液的作用不容忽視。鉆井液的性能直接關聯到鉆井的速度與效率，而其中固相含量的高低更是決定性因素之一。當鉆井液的固相含量過高時，會導致鉆井口的封鎖。這種情況不僅直接減緩了鉆井的進度，還可能引發一系列連鎖反應，影響整個鉆井過程的流暢性和穩定性。此外，高密度的鉆井液在循環使用過程中，其效果并不理想，通常會造成不必要的能量損失和時間浪費，進而拖慢鉆井的速度。高固相含量的鉆井液還會加劇鉆頭的磨損。鉆頭作為鉆井過程中的關鍵部件，其使用壽命的長短直接關系到鉆井的成本和效率。因此，高固相含量的鉆井液會降低鉆井速度，增加鉆頭的更換頻率，從而增加整體鉆井的成本。

1.2 鉆具組合的影響

不同的鉆具組合在一起會發揮不同的作用。將不同的鉆具組合到一起會形成結構性的差異，使得工作原理也有極大不同，這會對鉆井的速度產生不同的影響。在鉆井作業過程中，選擇合適的鉆具在一定程度上決定了鉆井作業的質量。在對井口的地質條件進行研究時不難發現，每個井口的地質條件都具有獨特性。在選擇鉆井方式時，需要對井口的地質條件進行充分考慮，例如，在井口軌跡相對較為容易控制的地方可選擇導向鉆具組合，該種組合方式能夠對鉆頭的方向進行精準控制，使得鉆井工作變得更加高效，從而提高鉆井速度。

1.3 鉆頭選擇的影響

在開展鉆井工作時，需要根據地質條件的特點具有針對性的對鉆頭進行選擇，只有選擇最為合適的鉆頭才能提升鉆井速度。深入到地下巖層進行鉆井時，面對一些較為堅硬的巖石需根據實際情況對鉆頭的類型以及鉆探方式進行調整。例如，采用帶有螺旋桿的鉆頭能夠很好地對巖石進行切割，從而提高鉆井速度。這種方式可節約鉆井時間，提高鉆井的安全性。簡而言之，在鉆井時需要根據實際情況對鉆頭進行選擇，以實現鉆探效率的最大化。

2 石油鉆井自動化技術的應用

2.1 智能勘探技術

鉆井勘探技術作為鉆井行業的核心支柱，極大提升了勘探的精細度，為鉆井作業的順利實施提供了有力保障。這一技術的運用不僅顯著提高了開采質量，還為后續工作奠定了堅實的理論基礎。而在這一領域，智能勘探技術的引入無疑為鉆井行業注入了新的活力，其精細勘探的能力主要體現在以下3 個方面。

（1）智能勘探技術以其精準而迅速的定位能力，顯著優化了開采位置的確定過程。借助先進的GPS衛星定位技術，勘探人員能夠迅速掌握開采區域的油氣分布狀況，為制訂科學合理的開采計劃提供了重要依據。這大幅降低了勘探成本，顯著提高了位置定位的精準度，為石油開采企業贏得了寶貴的時間和經濟效益，進一步拓展了企業的盈利空間。

（2）智能勘探技術的引入使得勘探過程更加全面而深入。在石油和原油資源的勘探過程中，智能勘探技術結合各種制導技術，有效探測了200 m 深度以內的原油分布，同時結合高清技術，確保了勘探數據的清晰度和準確性。勘探人員能夠依據實時返回的勘探數據，利用自動化技術深入分析原油資源的開發潛力，為后續的開采作業提供了有力支持。

（3）智能勘探技術在數據處理方面經過高效率的數據分析整合，能夠為后續開展鉆井工作提供有力支持。數據分析工作的開展可更加準確地掌握每個井口的實際情況，從而匹配相應的技術。

2.2 虛擬存儲技術

隨著云計算和云存儲技術的發展，石油公司迎來了前所未有的發展機遇。這些先進技術為石油公司構建了一個高效靈活的數據處理平臺，推動了石油鉆井行業的智能化革新。特別是通過構建計算機云存儲數據庫，施工數據得以安全、便捷地儲存，為后續的精準分析和高效利用提供了堅實基礎。

（1）將虛擬存儲技術與石油鉆井行業進行融合能夠有效加快石油鉆井行業的發展速度。虛擬存儲技術可實現對數據的動態化延展，與傳統的固定存儲方式相比，虛擬存儲能夠提升數據的活力。通過應用該技術，數據可實現自由流動，能夠根據實際需求進行實時的數據存儲。動態化的數據處理方式能夠進一步提高數據處理的效率，使得數據資源能夠得到更加合理的利用。

（2）虛擬存儲技術的分層整理處理和應用能力為石油鉆井行業帶來了革命性的改變。

分層應用技術的使用可實現對不同類型數據的高效分層整理，并形成一個垂直向的數據庫結構，該種結構的優勢在于能夠全面提升數據搜索效率，使每一層的數據庫都能得到高效管理。同時，運用計算編程，可根據實際施工情況制訂個性化管理方案，從而確保鉆井過程的安全性和數據利用率的大幅提升。虛擬存儲技術具有極高的數據安全性，各類數據都能得到有效的保護和管理，可從根本上降低數據在運用過程中出現錯誤的概率。當計算機遭受到外界攻擊時，云存儲數據庫能夠快速進行自我保護，以減少數據的損失，最大程度保護數據的安全性。

2.3 自動控制技術

將自動控制技術應用于石油鉆井工作中能夠有效提升鉆井效率，推進石油行業得到更加快速的發展。自動控制技術在石油開采中發揮了不可或缺的作用。具體而言，其主要體現在以下兩大方面。

（1）自動控制技術可實現鉆井作業的自動化駕駛，減少對人力資源的依賴，極大地增強行業安全性。借助先進的技術可預防并解決在石油開采過程中可能出現的各類問題。通過程序設計，每一個環節都能得到精確的控制，不僅降低了出錯率，還提升了石油開采過程的自動化水平。自動控制技術對于虛擬儲存的應用也起到了積極的推動作用。對于自動控制技術而言，其最為主要的組成部分就是邏輯表達方式。該種方式能夠更好地分析數據之間的內在聯系。通過細致的分析可為后續勘探工作的開展提供有力支持，極大地提高石油鉆井行業的整體施工效率。

（2）自動控制技術的應用可對數據進行深度整合分析。在開展勘探工作時，會產生大量的數據信息，對這部分數據信息進行整理并傳輸至控制中心，能夠為后續工作提供完善的數據支持。為進一步對數據的時效性和準確性進行保證，需對數據傳輸技術進行不斷優化，提升鉆井的自動化控制效果，使得鉆井施工的質量能夠得到大幅提升。

3 石油鉆井鉆速扭矩自動控制方法設計分

3.1 自動送鉆控制模型建立

石油鉆井過程中的鉆速自動控制模型，可通過鉆速傳感器實現電流矢量的精準傳遞。這一傳遞過程不僅能夠精確地測定電流量的變化，更可為后續的鉆速控制提供可靠的數據基礎。在此基礎上，變頻調速裝置發揮著至關重要的作用，其將電流矢量轉化為扭矩和鉆速，實現了鉆井過程中的自動送鉆控制。

在石油鉆井的實際工作中，鉆井速度受眾多復雜因素影響。為確保鉆井過程順利進行，在進行速度設定時，必須根據實際情況精心選擇并設定各種參數。楊格模式作為一種高效的鉆速和扭矩設定方法，通過其獨特的算法，能精準地計算出最適合當前工況的鉆速和扭矩值。在進行自動送鉆控制模型設計時，可在已有模式的基礎上對參數進行修正，以得到以下公式。

3.2 參數自動調整自動控制設計

借助PID（比例– 積分– 微分）控制器，可實現送鉆模型參數的自動化優化處理。PID 控制器憑借其強大的數據處理能力，能夠精準地調控送鉆過程中的各種參數。通過設定一系列輔助參數和精確的條件，PID 控制器能夠實時調整送鉆模型，以應對不同工作環境和送鉆需求。在優化過程中，PID 控制器不僅發揮著核心作用，還能與PDA 協同工作，實現自動推理。

4 提升石油鉆井速度的路徑

4.1 科學準確掌握巖土環境

在鉆井作業中，精確掌握目標地理位置的巖土信息至關重要。這是因為不同的地質環境對于鉆井的壓力和壓強需求各異，地質分層復雜多變，而石油氣層的分布位置更是千差萬別。要確保鉆井的高效與安全，巖土信息的精確描述成為關鍵所在。

為了達成這一目標，現代鉆井行業越來越多地依賴于先進的信息技術，如智能勘探技術等。這些技術能夠通過精確的勘探手段，對地下的巖土環境進行全面而細致的描繪，從而為后續的鉆井作業提供詳實的數據支持。基于這些數據信息可構建出精準的地質模型，從而開展分析研究工作，制訂更加科學合理的鉆探方案。地質環境會對鉆井速度產生極大影響，通過對巖土環境特點進行深入分析能夠準確掌握地層密度、壓力層特點以及地下結構的實際分布情況。這些數據的準確性，直接關系到鉆探作業的效率和安全。因此，整理和分析巖土環境信息有助于縮短鉆探時間，并在很大程度上提升鉆井的整體速度。

4.2 選用先進的鉆井技術

鉆井技術的選用是否科學合理會直接影響石油鉆井水平。只有選用先進的鉆井技術才能推進石油鉆井行業得到更好的發展。在發展過程中，為進一步對鉆井技術進行優化提升，首先需要對鉆頭和鉆具進行升級，并對鉆具進行科學的搭配應用，以滿足石油鉆井的實際需求。通過不斷革新鉆井工藝，可引入前沿的技術和優質的材料，從而顯著提高鉆井設備的防腐性能，延長其使用壽命。頂驅裝置的引入可使得鉆井過程更加自動化，提高工作效率，降低人為錯誤的可能性。借助PLC 平臺和物聯網技術，可實現石油鉆井技術的智能化升級，使鉆井過程更加精準高效。

同時，采取組合式鉆井技術能夠有效達到預期鉆井目標，提高石油鉆井工作效率。目前，高速鉆孔技術被廣泛應用在石油鉆井行業中，有效提高了作業速度，縮短了作業時間，為石油企業帶來了更為可觀的利潤空間。在石油鉆井行業發展過程中，智能勘探技術、云儲存技術以及自動化控制技術是最為主要的3大核心技術，通過應用先進的技術可極大地提高鉆井速度，同時保證鉆井過程的安全性。

4.3 注重鉆井設備與鉆井液技術的優化

在開展石油勘探工作時，鉆井液和鉆井設備鉆井速度的提升有著根本性的影響，因此，需對鉆井液和鉆井設備進行科學合理的選用。

在鉆井過程中，必須充分考慮地質環境和巖土條件特點，具有針對性的對鉆井液和設備進行選用，不同的地層結構需匹配不同的鉆井液，以達到中和地層環境的目的，從而保證鉆頭能夠順利完成鉆井工作。此外，需對鉆井液和地質環境的匹配程度進行深入細致的分析，只有在保證高匹配度的情況下才能開展后續工作。在開展勘探工作時，地下結構并不是一成不變，而是會呈現多種不同的結構。若始終采用同一種鉆井液可能會影響工作效率，因此需結合地下結構的實際情況科學選用鉆井液。目前較為常用的鉆井液為鉀離子無機鹽鉆井液。

在對鉆井設備進行選用時，需考慮設備自身的防護性以及自動化程度，根據實際鉆井情況選擇自動化程度較高的鉆井設備，以提高鉆井效率，保證鉆井過程的安全性。

5 結束語

在石油鉆井作業中，影響鉆速的3 大要素為鉆井液、鉆具組合及鉆頭的設計與應用。目前，與石油鉆井有關的技術均得到顯著進步，其中包括智能勘探、虛擬存儲以及自動化控制等方面。為對鉆井效率進行進一步提升，需要從多方面入手開展工作。可通過準確的描述巖土環境為鉆井作業提供詳細全面的地質信息，幫助作業人員更好地了解地下情況；可選擇先進的鉆井技術，結合具體的地質條件和作業需求，實現鉆井速度的最大化；可優化鉆井設備和鉆井液，通過不斷的技術創新和設備升級，提升鉆井設備的性能和鉆井液的效果，為鉆井速度的提升提供強有力的支持。

參考文獻

[1] 郎衛生. 旋沖鉆井技術在大慶石油鉆井中的應用[J]. 化學工程與裝備，2021（4）：54，62.

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