石油钻井自动化发展探讨详解.doc

石油钻机自动化发展探讨 摘 要：钻机的自动化能够最大程度地减少人工作业的工作量与工作风险，提高钻井作业效率。近年陆地钻机对自动化、智能化、高安全性需求也日益提高，钻机自动化技术成为钻机技术发展的重要方向之一。目前，我国的自动化钻机作为先进钻机的代表，不仅能取代常规的钻井装备，消除传统的钻井作业效率低、成本高、劳动强度大等缺点，还能减少井队人员配置，降低海外人工作业成本，规避国外作业的风险。钻机自动化升级可以形成钻机成套自动化控制技术的研究，为提高钻机自动化研制打下良好基础。此外还可以向海洋钻机进行技术辐射，以带动现有钻机技术水平的升级。 关键词：石油钻机 自动化 发展 初级自动化钻机是应用了铁钻工、自动吊卡、自动卡瓦及管子排放系统等部分自动化工具及装置的普通钻机。主、副司钻集中操作，依靠现场作业人员辅助来完成基本的钻井操作。除主机的常规配置外，它主要增配的装置包括钻机游动系统自动化控制、铁钻工、管子排放系统、自动吊卡及自动卡瓦等。其目的是最大化减少人工作业的工作量与工作风险，减少作业人员。 高级自动化钻机在钻井作业的所有环节都应用了自动化工具及装置。并且实现了集成控制，钻井作业在司钻监控下，由计算机上的钻井专家系统按照程序智能控制有序进行。最基本的配置可保证正常作业时，钻台上不需要直接操作人员。目前最先进的自动化钻机每班仅需4人即可完成全部钻井作业。 钻机的自动化能够最大程度地减少人工作业的工作量与工作风险，提高钻井作业效率。早期钻机自动化技术与装备多应用于海洋钻机，近年陆地钻机对自动化、智能化、高安全性需求也日益提高，钻机自动化技术成为钻机技术发展的重要方向之一。钻机自动化的关键是如何实现钻井管柱操作的自动化，即通过研制和配套相应的管柱处理系统实现钻井管柱从地面到钻台面的输送、测量——管柱在钻台面的上、卸扣和紧、崩扣——钻进中送钻——起下钻时立根的排放等一系列动作机械化、自动化操作。上述操作主要依赖先进的自动猫道，钻台机械手、铁钻工、自动卡瓦、自动吊卡、二层台管柱自动排放装置及相应司钻集成控制技术。 一、石油钻机国内外现状及发展趋势 （一）国外相关产业和技术现状、发展趋势 国外钻机经过柴油机驱动→直流电驱动→交流电驱动，已发展到高度自动化和智能化阶段。随着石油工业的发展，对钻机的作业效率有更高的要求。常规钻机采用人工操作管柱系统的模式越来越不适应发展的需要。另外对钻机的自动化操作要求也越来越迫切。 1949年, Byron Jackson 公司研制出第1台三臂管柱排放装置样机, 并于1952年获得成功应用。1956年, 第1套钻柱操作系统在CUSS—1钻井船上应用，该钻井船的钻柱水平排放在甲板上, 操作系统主要用于排放水平放置的管柱。20世纪70年代以后, 随着一些新的井口操作自动化工具(如液压大钳、动力卡瓦) 的应用,同时各种用途的钻柱排放装置不断出现, 这些装置与井口自动化工具配合使用, 使得钻井作业过程中对管柱的各种操作不再需要人工直接参与, 钻柱排放技术开始从机械化向半自动化发展。1973年, 挪威的SmedvigWestVenture钻井船上安装了BJ2Hughes公司研制的机械化、半自动化钻柱排放系统。据统计, 该钻井平台利用机械化管柱排放系统1 a节省了28 d的时间, 平均一趟钻节省1 h。管柱排放系统在West Venture平台的成功应用, 使得北海地区的其他钻井船也配备了管柱排放系统。 20世纪80年代, 由于一些国家法规的制定和实施, 促进了钻柱自动排放技术的快速发展。各种不同结构特点的钻柱自动化操作系统相继研制成功, 新建海洋石油钻井平台上全部配备了管柱自动排放系统。 从20世纪80年代中后期开始, 随着计算机技术、信息技术和控制技术的发展, 管柱自动排放技术开始向自动化和智能化方向发展。一些先进的管柱自动排放系统可以与钻机的其它操作集成在一起, 1个人即可完成钻台所有操作。系统完全按照设定的程序工作, 可以自动判断工作状态, 一旦出现误操作, 系统可以自动停止, 真正实现了安全、自动、高效作业。 20世纪90年代以后, 钻柱自动排放装置由最初的专为特定钻井船设计发展为模块化、系列化设计, 钻柱自动排放技术的应用也由海洋钻井平台走向陆地钻机, 逐步实现了模块化和系列化。现已可以根据钻机的类型选择不同的操作系统, 满足不同类型钻机的需要。 1993年, Varco公司开发了可以遥控操作的管柱自动排放系统, 1996年, 第1个模块化设计的钻柱排放系统研制成功。1990 年, 精密钻井公司建造了Super Single 钻机, 该钻机为新型自动化钻机, 带有管柱处理和排放装置, 可以完全实现自动化钻井作业。1996年, 斯伦贝谢Sedco Forex公