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(fā)力度的持續(xù)增強(qiáng)，國內(nèi)石油鉆井技術(shù)得到了進(jìn)一步改進(jìn)與完善。介于國內(nèi)石油機(jī)械市場生產(chǎn)力度不斷增加的趨勢，石油鉆井技術(shù)在某些層面上得到轉(zhuǎn)型與升級。如此一來，我國石油鉆井技術(shù)變得更加成熟、規(guī)范。近些年來，國內(nèi)智能化水平的不斷提升側(cè)面帶動了各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。其中，智能送鉆技術(shù)作為智能化時(shí)代的產(chǎn)物，能夠以智能化模式實(shí)現(xiàn)鉆井工作的有序開展，確保鉆井質(zhì)量與效果?？梢哉f，基于智能化的送鉆技術(shù)對于石油勘測開發(fā)工作而言，具有重要的實(shí)施意義。

1 石油鉆機(jī)智能送鉆技術(shù)的基本特征與原理

1.1 基本特征

智能送鉆技術(shù)最為顯著的特征在于改變傳統(tǒng)人工調(diào)節(jié)方式，取而代之的是系統(tǒng)自動化調(diào)節(jié)方式。結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，基于智能化的送鉆技術(shù)在應(yīng)用效果方面，多具備提升控制鉆機(jī)速率與調(diào)節(jié)鉆機(jī)壓力的特點(diǎn)，某些方面還具備監(jiān)控與控制的特性，能夠有效地預(yù)防運(yùn)行隱患問題。舉例而言，在實(shí)際鉆井施工當(dāng)中，操作人員往往會利用既定的鉆井工藝開展作業(yè)。

為進(jìn)一步確保鉆井工藝的安全性與合理性，操作人員必須嚴(yán)格控制好鉆壓、鉆速以及系統(tǒng)壓力等方面的參數(shù)數(shù)值，確保系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)鉆頭連續(xù)進(jìn)給的相關(guān)要求。通過應(yīng)用智能送鉆技術(shù)基本上可以達(dá)成上述要求，送鉆系統(tǒng)會利用智能化技術(shù)，自動控制鉆井速度以及系統(tǒng)壓力等參數(shù)數(shù)值，為鉆井作業(yè)提供安全保障。除此之外，智能送鉆技術(shù)還可以有效規(guī)避以往人工調(diào)節(jié)方式的不足，降低人力資源的消耗，利于企業(yè)節(jié)省開支，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化目標(biāo)。

1.2 基本原理

隨著智能化技術(shù)的不斷完善與改進(jìn)，自動送鉆技術(shù)在應(yīng)用方面發(fā)生較大改變。主要體現(xiàn)在從原本的剎車上絞車的應(yīng)用過渡到盤式剎車的應(yīng)用。根據(jù)現(xiàn)狀來看，自動送鉆技術(shù)還多用于電驅(qū)動絞車。根據(jù)以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，智能送鉆技術(shù)的基本原理主要可以歸結(jié)為以下幾個(gè)方面。

一方面，智能送鉆技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用過程中，監(jiān)控環(huán)節(jié)多屬于動態(tài)分析過程。系統(tǒng)往往會利用智能化技術(shù)，且結(jié)合專業(yè)數(shù)學(xué)知識，對系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行合理分析。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)會根據(jù)自身實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，做好相關(guān)控制工作。這種應(yīng)用原理基本上有效消除了傳統(tǒng)人工操作的不足，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的統(tǒng)一性與自動化。

另一方面，智能送鉆技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用過程中，常常會利用控制驅(qū)動作用，確保模糊控制效果。并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際鉆壓完成具體的加載工作。這樣做的主要目的在于彌補(bǔ)人工智能操作存在的不足，以便更好地確保鉆機(jī)智能送鉆技術(shù)的應(yīng)用效果，防止在運(yùn)行過程中出現(xiàn)隱患問題。

2 石油鉆機(jī)智能送鉆技術(shù)的類型與應(yīng)用流程

2.1 模糊控制技術(shù)

2.1.1 基本概念

所謂的模糊控制技術(shù)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(jì)算機(jī)控制理論為基礎(chǔ)內(nèi)容的智能送鉆技術(shù)類型，屬于基于計(jì)算機(jī)調(diào)控的模糊控制系統(tǒng)。通俗來講，模糊控制技術(shù)主要結(jié)合理論與語言等變量內(nèi)容，利用智能化手段，將傳統(tǒng)人工控制模式轉(zhuǎn)變成為數(shù)值運(yùn)算模式，目的在于借助計(jì)算機(jī)設(shè)備實(shí)現(xiàn)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(shù)基本上可以有效結(jié)合人的思維模式，對石油鉆井工作中的不確定因素進(jìn)行合理把握與管控。最重要的是，模糊控制技術(shù)不需要借助數(shù)學(xué)模型控制過程實(shí)現(xiàn)控制管理，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

2.1.2 應(yīng)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(jìn)一步確保模糊控制效果，研究人員結(jié)合上述四部分內(nèi)容進(jìn)行合理優(yōu)化，嚴(yán)格控制鉆壓速度與壓力。具體應(yīng)用流程如下。

從計(jì)算偏差開始可以將變量的精確值轉(zhuǎn)變成為系統(tǒng)所需的模糊量。再嚴(yán)格根據(jù)控制規(guī)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(tǒng)所需的輸出變量與輸入變量，也就是我們常說的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分。介于這個(gè)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(jì)算方面，可以錄用隸屬函數(shù)計(jì)算方式進(jìn)行解決。最后，結(jié)合實(shí)際情況采取有效的控制算法。如針對一些系統(tǒng)要求不高的送鉆系統(tǒng)，可以利用清晰化設(shè)計(jì)方法。針對模糊控制器參數(shù)設(shè)計(jì)部分，可以利用模糊控制量化因子進(jìn)行處理。

2.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)鉆井?dāng)?shù)據(jù)的數(shù)學(xué)研究來看，我們基本上可以明確鉆壓與鉆速之間的關(guān)系。當(dāng)鉆壓相對較小的時(shí)候，所產(chǎn)生的巖屑量也較小。如果此時(shí)，鉆壓持續(xù)加大勢必會影響井底條件，且鉆速也會得到遏制，無法繼續(xù)增長，甚至出現(xiàn)停止增加狀態(tài)。因此可以說，基于一定條件下，鉆速與鉆壓之間呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系。當(dāng)鉆壓數(shù)值過低時(shí)，不建議作業(yè)人員使用。究其原因，主要是因?yàn)殂@壓超過限定范圍之后，會對鉆頭造成嚴(yán)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(jù)鉆井?dāng)?shù)據(jù)要求與相關(guān)規(guī)定，做好控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。一般來說，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要圍繞鉆壓控制與鉆速控制展開。內(nèi)外結(jié)合的方式有利于二者效率的有效提升，基本上不會出現(xiàn)上述問題。當(dāng)內(nèi)環(huán)部分鉆速出現(xiàn)明顯問題之后，內(nèi)環(huán)內(nèi)部的參數(shù)會受到自身系統(tǒng)的控制作用而出現(xiàn)相應(yīng)變化?？梢哉f，內(nèi)環(huán)產(chǎn)生的慣性會影響內(nèi)環(huán)回路的運(yùn)行效果。且在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)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(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度產(chǎn)生促進(jìn)效果，比較利于智能送鉆技術(shù)應(yīng)用水平的有效提升。

3 智能送鉆技術(shù)在石油鉆機(jī)中的實(shí)踐應(yīng)用分析

3.1 主電機(jī)自動送鉆

電驅(qū)動鉆機(jī)的不斷發(fā)展進(jìn)一步促進(jìn)了主電機(jī)自動送鉆系統(tǒng)的發(fā)展。可以說，主電機(jī)送鉆系統(tǒng)的出現(xiàn)與廣泛應(yīng)用進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了對鉆壓與鉆速的控制要求。結(jié)合實(shí)踐效果來看，石油鉆井過程往往需要利用電壓信號轉(zhuǎn)化技術(shù)，才能夠有效作用于壓力變壓器當(dāng)中。并以模式傳感器輸出液壓信號的方式，經(jīng)過單元當(dāng)中，由系統(tǒng)進(jìn)行智能判斷，確定當(dāng)前壓力信號與鉆壓數(shù)值是否滿足規(guī)定要求，以及系統(tǒng)運(yùn)行是否存在不合理問題。需要注意的是，在實(shí)際應(yīng)用過程中，建議操作人員應(yīng)該結(jié)合A/D采樣處理方式，判定系統(tǒng)存在的異常鉆壓信號。并將相關(guān)數(shù)值輸入到速度控制單元當(dāng)中，以便系統(tǒng)及時(shí)恢復(fù)正常運(yùn)行水準(zhǔn)，防止隱患問題進(jìn)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(shù)達(dá)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(jī)剎車力矩的相關(guān)原理進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，確保盤式剎車自動送鉆系統(tǒng)得以正常運(yùn)行。其中，系統(tǒng)組成中的拉力傳感器會根據(jù)鋼絲繩拉力的方法，將所得的信號傳入到計(jì)算機(jī)當(dāng)中，經(jīng)過相關(guān)變換完全轉(zhuǎn)化為鉆壓實(shí)際數(shù)值。在整個(gè)過程當(dāng)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(shù)值。介于這種方式單純停留在自動化功能方面，建議技術(shù)人員應(yīng)該在剎車片的處理方式上，盡量確保多個(gè)剎車片得以協(xié)調(diào)配合，以便更好地促進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。

4 結(jié)語

總之，石油鉆機(jī)智能送鉆技術(shù)作為確保我國石油勘探質(zhì)量安全的核心技術(shù)，必須得到切實(shí)加強(qiáng)與優(yōu)化。目前，我國智能化水平仍處于不斷探索與加強(qiáng)的發(fā)展階段當(dāng)中，在此過程中，相關(guān)研究人員應(yīng)該加強(qiáng)對智能送鉆技術(shù)的研究力度，更好地為鉆井質(zhì)量提供安全保障。與此同時(shí)，研究人員可以結(jié)合現(xiàn)階段石油鉆機(jī)智能送鉆技術(shù)存在的不足，進(jìn)行深入分析與改善，如優(yōu)化自動送鉆系統(tǒng)等，從根本上確保我國石油勘探行業(yè)的長足發(fā)展，促進(jìn)我國石油鉆機(jī)智能化發(fā)展和石油事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。