張吉平 喬建華 潘躍明 劉曉東 王明永

摘 要：石油裝備自動(dòng)化主要包括井下作業(yè)自動(dòng)化和地面裝備自動(dòng)化，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、和5G技術(shù)的快速發(fā)展，給石油裝備的發(fā)展帶來(lái)了新的契機(jī)。國(guó)外石油裝備自動(dòng)化是集先進(jìn)性、可靠性、適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性于一體自動(dòng)化鉆機(jī)，與自動(dòng)化工具配合，實(shí)現(xiàn)了真正意義自動(dòng)化和智能化操作。指出國(guó)內(nèi)未來(lái)石油裝備自動(dòng)化的發(fā)展方向，實(shí)現(xiàn)可視化的過(guò)程監(jiān)控和可視化的數(shù)字鉆井。

關(guān)鍵詞：石油裝備;自動(dòng)化;數(shù)字化;展望

石油工程技術(shù)的進(jìn)步，都極大地推動(dòng)了勘探開(kāi)發(fā)的發(fā)展，有效保障了勘探增儲(chǔ)、開(kāi)發(fā)增產(chǎn)、降本增效，是儲(chǔ)量發(fā)現(xiàn)、油氣上產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵。隨著油氣勘探開(kāi)發(fā)不斷向深海、沙漠、極地、高山等自然地理環(huán)境惡劣的邊遠(yuǎn)地區(qū)延伸，向深層、“三高”氣藏、低壓低滲透、稠油、非常規(guī)資源等難動(dòng)用儲(chǔ)量延伸，特殊工藝井?dāng)?shù)量不斷增長(zhǎng)，促使國(guó)內(nèi)外鉆井工程技術(shù)得到快速發(fā)展;鉆采工程技術(shù)裝備是實(shí)現(xiàn)油氣勘探開(kāi)發(fā)的重要保障。鉆采工程技術(shù)的不斷創(chuàng)新和提高是有效降低勘探開(kāi)發(fā)成本，增加油氣產(chǎn)量的重要手段，也為石油裝備制造業(yè)發(fā)展提出了更高的要求。

1.國(guó)內(nèi)石油裝備技術(shù)現(xiàn)狀

（1）裝備結(jié)構(gòu)與市場(chǎng)需求仍不匹配。在海外市場(chǎng)，甲方標(biāo)準(zhǔn)要求高，現(xiàn)有鉆井設(shè)備配置不能滿足海外市場(chǎng)需求;在國(guó)內(nèi)外部市場(chǎng)，7000米以上電動(dòng)鉆機(jī)數(shù)量不足，特別是新疆、西南等市場(chǎng)鉆機(jī)不能滿足甲方要求，外闖市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力受到了限制;各油區(qū)內(nèi)部市場(chǎng)，近幾年受油價(jià)低影響，鉆機(jī)更新慢，快裝快移、搬遷車次少、占地面積小、低成本的3000米及以下鉆機(jī)缺口較大。

（2）是高端工具、儀器產(chǎn)品仍是短板。從國(guó)際市場(chǎng)收入占比看，斯倫貝謝、哈里伯頓、貝克休斯等油服企業(yè)高端收入均在50%以上，我們僅為30%多。隨著全球油氣勘探力度加大，高端隨鉆設(shè)備需求擴(kuò)大，高溫MWD、近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向等儀器供不應(yīng)求，需要加快步伐解決卡脖子難題。

（3）自動(dòng)化、環(huán)保設(shè)備推廣數(shù)量偏少。受到成本控制影響，各大鉆井公司僅在少量鉆機(jī)和修井機(jī)上進(jìn)行了逐步配套使用，自動(dòng)化、環(huán)保設(shè)備還未得到較大面積的推廣。自動(dòng)化、環(huán)保設(shè)備是設(shè)備發(fā)展方向，在工程公司減員增效、環(huán)境保護(hù)要求不斷提高的背景下，需大力推廣自動(dòng)化、環(huán)保設(shè)備，實(shí)現(xiàn)環(huán)保生產(chǎn)、較少勞動(dòng)用工、提高本質(zhì)安全。

（4）高端特種作業(yè)設(shè)備數(shù)量不能滿足市場(chǎng)需求。連續(xù)油管作業(yè)、不壓井修井作業(yè)逐步成為常規(guī)作業(yè)技術(shù)，連續(xù)管裝備作業(yè)能力不斷提高，作業(yè)范圍不斷擴(kuò)大，作業(yè)工藝、配套工具技術(shù)日漸成熟;不壓井裝備由注水井向高壓油氣井作業(yè)過(guò)渡。由于設(shè)備投產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，新工具的配套投入較大，連續(xù)油管車和不壓井設(shè)備等特種作業(yè)設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了國(guó)內(nèi)國(guó)外市場(chǎng)的需要。

2.國(guó)外石油裝備概況

（1）國(guó)外自動(dòng)化石油鉆機(jī)都是“機(jī)電儀計(jì)”一體的智能化、信息化、自動(dòng)化鉆機(jī)，具有完善的性能，集先進(jìn)性、可靠性、適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性于一體。國(guó)外自動(dòng)化鉆井技術(shù)主要包括井下作業(yè)自動(dòng)化和地面自動(dòng)化鉆井裝備。井下自動(dòng)化包括旋轉(zhuǎn)閉環(huán)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)、自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)等;地面裝備自動(dòng)化旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)系統(tǒng)自動(dòng)化、鉆井管柱操作系統(tǒng)自動(dòng)化、鉆井液循環(huán)系統(tǒng)自動(dòng)化、一體化司鉆控制系統(tǒng)等。隨著云計(jì)算和和智能識(shí)別系統(tǒng)和控制系統(tǒng)相繼出現(xiàn)，與自動(dòng)化工具配合，實(shí)現(xiàn)了真正意義自動(dòng)化和智能化操作。

（2）“井工廠”模式廣泛應(yīng)用于北美頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)，帶來(lái)了巨大收益。其優(yōu)點(diǎn)運(yùn)移效率高、可以提供任何方向的移動(dòng); 降低了鉆機(jī)整體結(jié)構(gòu)的磨損; 操作靈活、控制精度高。 驅(qū)動(dòng)類型主要是大中型電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，近幾年新增的成套定制鉆機(jī)幾乎全部是交流變頻電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)。此外，還開(kāi)發(fā)應(yīng)用了噪聲小、污染少、運(yùn)移性能好和自動(dòng)化程度高的液壓驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)。大部分配有頂驅(qū)、鐵鉆工、動(dòng)力貓道和鉆機(jī)集成控制系統(tǒng)等，少部分配備了自動(dòng)井架工，大大提高了鉆井工作效率和安全性。

（3）國(guó)外輕型的自動(dòng)化鉆機(jī)，重量?jī)H為普通鉆機(jī)的1＼2，僅需1-2人即可在司鉆房?jī)?nèi)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制完成所有鉆井管柱輸送、接單跟、鉆進(jìn)、起下鉆等鉆井作業(yè)。自動(dòng)化程度高，模塊化、移運(yùn)方便快捷，設(shè)計(jì)緊湊，占地面積小。

（4）發(fā)達(dá)國(guó)家要求對(duì)鉆井廢棄物實(shí)現(xiàn)“零排放”，從源頭上減少到最終處理有嚴(yán)格規(guī)定。國(guó)外對(duì)于鉆井廢棄物的管理始終堅(jiān)持廢棄物處理數(shù)量最少化、毒性最小化的管理原則，稱為“4R”原則。鉆屑回注技術(shù)是實(shí)現(xiàn)零排放較好方式，“從那里來(lái)到那里去”適合于海上鉆井平臺(tái)的井組施工或陸地的叢式井施工，但是這項(xiàng)技術(shù)的局限性在于對(duì)地層要求較高，要先期進(jìn)行地質(zhì)分析，地層要有大孔道，也就是說(shuō)能夠注得進(jìn)去，而且能夠“注入到地層安全層”，油藏與注入?yún)^(qū)要隔離開(kāi)，防止對(duì)產(chǎn)油層造成污染和破壞。

3.石油裝備發(fā)展方向

從全球近年來(lái)鉆井技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)看，每一項(xiàng)鉆井技術(shù)的重大進(jìn)展都對(duì)應(yīng)著某項(xiàng)高技術(shù)的引入。鉆井主導(dǎo)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展實(shí)質(zhì)上是把鉆井、錄井、測(cè)井與信息技術(shù)四者集成于一體，最大限度地實(shí)現(xiàn)提高油氣層的發(fā)現(xiàn)、提高單井產(chǎn)量、縮短鉆井周期、降低“噸油成本”，高效的自動(dòng)化鉆井系統(tǒng)將在油氣勘探開(kāi)發(fā)中扮演越來(lái)越重要的角色。

伴隨大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，計(jì)算能力的大幅提升，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、5G的應(yīng)用，人工智能技術(shù)在越來(lái)越多的領(lǐng)域取得了突破或者長(zhǎng)足的進(jìn)步。人工智能會(huì)使石油鉆機(jī)朝著自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化、信息化，高適應(yīng)性、高可靠性、高效率、高效益方向發(fā)展。5G技術(shù)毫秒級(jí)的延時(shí)，使操作接近100%的可靠性，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控井下和地面參數(shù)，遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程決策、可視化的過(guò)程監(jiān)控，真正實(shí)現(xiàn)可視化的數(shù)字鉆井。

（1）鉆井裝備：主要體現(xiàn)在快移快裝、智能控制、低碳環(huán)保的發(fā)展理念，強(qiáng)調(diào)鉆機(jī)整體運(yùn)作效率、自動(dòng)化操作，智能化運(yùn)行。

（2）固井裝備：滿足固井作業(yè)完全自動(dòng)控制與工程設(shè)備大型集成控制;滿足特殊泥漿體系寬幅密度控制的泥漿混配、泵注要求;滿足超深井、深海及非常規(guī)固井工藝作業(yè)需求。

（3）壓裂裝備：向大功率、大排量、高壓力、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、自適應(yīng)發(fā)展，滿足連續(xù)作業(yè)、超高破裂地層、大規(guī)模施工作業(yè)工況，實(shí)現(xiàn)壓裂作業(yè)集群控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控及操作。

（4）修井作業(yè)裝備：向多功能組合、一機(jī)多用、高端作業(yè)設(shè)備發(fā)展，連續(xù)管裝備作業(yè)能力不斷提高，作業(yè)范圍不斷擴(kuò)大，作業(yè)工藝、配套工具技術(shù)日漸成熟。

（5）井下儀器：向高精度、陣列化、集成化、隨鉆化方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳強(qiáng)，劉冰.石油裝備制造業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及其機(jī)遇和挑戰(zhàn).《石油知識(shí)》.2009年 第5期.