鄭黎明 李彥霖 張洋洋 王 宇 王云飛 王 浩 Ullah Fazl

(1.燕山大學(xué)車輛與能源學(xué)院 2.中國(guó)石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院)

0 引 言

隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等數(shù)字化技術(shù)與自動(dòng)化鉆井技術(shù)的不斷融合發(fā)展，鉆井作業(yè)逐步由自動(dòng)化轉(zhuǎn)向智能化，智能鉆機(jī)已成為石油裝備研發(fā)領(lǐng)域的重點(diǎn)之一。智能鉆井是借助自動(dòng)控制技術(shù)、微機(jī)電技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、大數(shù)據(jù)、人工智能理論與鉆井工程緊密結(jié)合形成的集成化技術(shù)。智能鉆機(jī)在無人干預(yù)條件下自動(dòng)實(shí)現(xiàn)鉆井流程，將大數(shù)據(jù)、人工智能與鉆井、地質(zhì)、測(cè)井等專業(yè)進(jìn)行融合，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各項(xiàng)地質(zhì)、工程數(shù)據(jù)，通過開展鉆井參數(shù)學(xué)習(xí)優(yōu)化與自適應(yīng)調(diào)節(jié)、鉆井系統(tǒng)故障診斷與排除、復(fù)雜事故的識(shí)別及決策與應(yīng)對(duì)，實(shí)現(xiàn)鉆井過程智能閉環(huán)控制，進(jìn)而有效提升鉆井效率[1-2]。智能鉆機(jī)和智能井下執(zhí)行機(jī)構(gòu)、井下超前地質(zhì)探測(cè)、智能導(dǎo)向、井下閉環(huán)控制、智能決策等相融合，由此進(jìn)一步形成具有精準(zhǔn)性、高效性與實(shí)時(shí)性的智能鉆井系統(tǒng)[3]。

國(guó)內(nèi)智能鉆機(jī)研發(fā)不斷推進(jìn)，5 000、7 000及9 000 m自動(dòng)化鉆機(jī)逐步面世，歷經(jīng)從單項(xiàng)功能設(shè)備改進(jìn)到多設(shè)備并聯(lián)協(xié)同作業(yè)，再到一鍵式人機(jī)交互(威204H62 平臺(tái)，國(guó)內(nèi)首套)等發(fā)展，但多數(shù)廠家僅研制了具備某一功能的鉆井自動(dòng)化設(shè)備/工具。20世紀(jì)以來，國(guó)外自動(dòng)化鉆機(jī)發(fā)展相對(duì)較快，已有一些商業(yè)化應(yīng)用的自動(dòng)化鉆機(jī)，如意大利的Drillmec、挪威的WEST、德國(guó)的Bauer、美國(guó)的NOV等[4]。

目前智能鉆機(jī)已在各大系統(tǒng)組成方面進(jìn)行了大膽創(chuàng)新，“智能化”水平有所體現(xiàn)，在某種程度上大大減少了人力，但整體水平仍有待提升，即將自動(dòng)化鉆機(jī)變?yōu)檎嬲闹悄茔@機(jī)。以下從八大系統(tǒng)的各系統(tǒng)組成及研發(fā)方面來闡明智能鉆機(jī)各系統(tǒng)的發(fā)展方向。

1 智能鉆機(jī)與傳統(tǒng)鉆機(jī)的系統(tǒng)差異

1.1 起升系統(tǒng)

傳統(tǒng)鉆機(jī)起升系統(tǒng)由鉆井絞車、輔助剎車、游動(dòng)系統(tǒng)、大鉤、井架及井口工具組成。它主要承擔(dān)起下鉆具、均勻送鉆、更換鉆頭、下套管與井下特殊作業(yè)等工作。一般都采用絞車式提升方式，需要人力操作或協(xié)同輔助。

現(xiàn)有智能鉆機(jī)與傳統(tǒng)鉆機(jī)的起升系統(tǒng)主要區(qū)別：前者主要改用了液壓式或齒輪齒條式提升系統(tǒng)及自動(dòng)裝接鉆桿，不再配備天車、游車、絞車和鋼絲繩滑輪等，液壓式提升系統(tǒng)的井架采用柱式結(jié)構(gòu)，具有自升能力，可通過液缸的頂升來實(shí)現(xiàn)起升功能(見圖1)；齒輪齒條式提升系統(tǒng)的井架采用由桁架構(gòu)成的雙井架設(shè)計(jì)，鉆臺(tái)上不再保留手動(dòng)大鉗、液壓貓頭、氣動(dòng)絞車等設(shè)備。后者配備自動(dòng)貓道機(jī)-立根盒或使用提前排好的立柱、自動(dòng)排管機(jī)、鐵鉆工等。將兩者進(jìn)行比較可知，智能鉆機(jī)設(shè)備的減少，使井架高度、鉆臺(tái)面積、底座尺寸等適當(dāng)減小，整體質(zhì)量顯著減少。

圖1 傳統(tǒng)、智能鉆機(jī)的起升系統(tǒng)主要組成對(duì)比示意圖Fig.1 Comparison of main composition of hoisting systems between traditional and intelligent rigs

例如，Drillmec自動(dòng)化鉆機(jī)采用液壓式提升系統(tǒng)，采用垂直管架輸送系統(tǒng)移動(dòng)預(yù)先接好并放置于立根盒框架內(nèi)的立根。海瑞克自動(dòng)化鉆機(jī)采用液壓式提升系統(tǒng)，引入水平-垂直管具處理系統(tǒng)。B Robotics W公司的Genesis鉆機(jī)同樣引入液壓式提升系統(tǒng)。Bauer自動(dòng)化鉆機(jī)通過垂直管架輸送系統(tǒng)來配置立根盒；Huisman自動(dòng)化鉆機(jī)、NOV自動(dòng)化鉆機(jī)(設(shè)有鼠洞)引入水平-垂直管具處理系統(tǒng)，兩者仍沿用絞車式提升方式。WEST公司的CMR鉆機(jī)(連續(xù)運(yùn)動(dòng)智能鉆機(jī))采用齒輪齒條+雙提升系統(tǒng)，配備立根盒、排管機(jī)，接單根時(shí)允許不停泵、停鉆，可提升工作效率，實(shí)現(xiàn)連續(xù)送鉆[1]。山東科瑞機(jī)械制造有限公司的9 000 m交流變頻電驅(qū)鉆機(jī)引入管柱自動(dòng)化處理系統(tǒng)(含動(dòng)力雙鼠洞、鐵鉆工、立根機(jī)械手、動(dòng)力二層臺(tái)等)，仍采用絞車式提升方式。寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司突破“一鍵式”人機(jī)交互等多項(xiàng)技術(shù)，研制出7 000 m自動(dòng)化鉆機(jī)[4]。2021年，Nabor公司宣稱研發(fā)了世界第一臺(tái)全自動(dòng)陸地鉆機(jī)，在無現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員手動(dòng)操控情形下，首口全自動(dòng)鉆井作業(yè)在美國(guó)Permian盆地實(shí)現(xiàn)，總井深6 071 m[2]。

鉆機(jī)在鉆進(jìn)時(shí)采用自動(dòng)送鉆，送鉆裝置在給定條件下按鉆井工藝要求自動(dòng)進(jìn)給，自動(dòng)送鉆共有恒鉆壓、恒泵壓、恒鉆速、恒轉(zhuǎn)矩4種模式，其中恒鉆壓自動(dòng)送鉆應(yīng)用更為廣范[5-8]?；诰足@壓的自動(dòng)送鉆系統(tǒng)，當(dāng)井底鉆壓偏離地面鉆壓時(shí)，由控制器對(duì)鉆壓差值進(jìn)行處理，將處理結(jié)果反饋至剎車機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以此形成一個(gè)控制循環(huán)，達(dá)到實(shí)時(shí)控制鉆壓的目的。

智能鉆機(jī)起升系統(tǒng)今后的主要發(fā)展方向：進(jìn)一步提高自動(dòng)裝接鉆桿水平與速度，落實(shí)無人化操作；進(jìn)一步優(yōu)選出穩(wěn)定性好、系統(tǒng)簡(jiǎn)潔的起升系統(tǒng)，使系統(tǒng)布局整合優(yōu)化，進(jìn)而壓縮鉆機(jī)尺寸。

1.2 旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)

傳統(tǒng)鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括水龍頭、轉(zhuǎn)盤、鉆具或頂部驅(qū)動(dòng)裝置，其中井下鉆具又涉及導(dǎo)向鉆井(隨鉆測(cè)量、井下地質(zhì)導(dǎo)向、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向)等。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)給井下鉆具提供足夠的動(dòng)力與旋轉(zhuǎn)扭矩，滿足破巖需求和井下其他要求。

現(xiàn)有智能鉆機(jī)與傳統(tǒng)鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)主要區(qū)別(見圖2)：當(dāng)前愈發(fā)重視井下隨鉆測(cè)量與導(dǎo)向鉆進(jìn)技術(shù)，引入了智能鉆桿；傳統(tǒng)轉(zhuǎn)盤鉆向頂驅(qū)、導(dǎo)向鉆井過渡，不再配備轉(zhuǎn)盤、方鉆桿、單獨(dú)的水龍頭。

圖2 傳統(tǒng)、智能鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)主要組成對(duì)比示意圖Fig.2 Comparison of main composition of rotating systems between traditional and intelligent rigs

地質(zhì)/旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)在現(xiàn)有鉆井方法中自動(dòng)化程度相對(duì)最高，能有效提高鉆井質(zhì)量、效率與目的儲(chǔ)層鉆遇率。智能導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)配備了功能性較強(qiáng)的井下可調(diào)工具、井眼軌道智能優(yōu)化算法、鉆速智能優(yōu)化算法[9]，可基于隨鉆測(cè)量井軌跡、井下地質(zhì)參數(shù)，自動(dòng)調(diào)整井眼軌道與鉆進(jìn)，是地質(zhì)導(dǎo)向與旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)的下一步發(fā)展方向；目前較為先進(jìn)的導(dǎo)向系統(tǒng)，如哈里伯頓的iCruise、中海油的Welleader等。地質(zhì)導(dǎo)向鉆井前探技術(shù)在隨鉆過程中可以更早獲取鉆頭附近或鉆頭前的地層數(shù)據(jù)，其中涉及近鉆頭前探技術(shù)、隨鉆地震前探技術(shù)、方位電磁波前探技術(shù)等，以此提高了地質(zhì)導(dǎo)向鉆井的主動(dòng)性[10]。

智能鉆桿是在常規(guī)鉆桿管體中嵌入多芯導(dǎo)線(絕緣材料包裹)的新型鉆桿，目前已研發(fā)了不同埋線方式、截面形狀、接頭密封方法的智能鉆桿。智能鉆桿面向的有線傳輸有利于在深井超深井條件下提高數(shù)據(jù)傳輸效率與穩(wěn)定性，可解決無線隨鉆傳輸(鉆井液脈沖、低頻電磁波、隨鉆聲波)存在的系列問題。

在智能鉆桿末端，作為井下智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)的智能鉆頭，可根據(jù)指令自適應(yīng)調(diào)節(jié)。在鉆頭體的下部有一個(gè)電子系統(tǒng)密封倉(cāng)，內(nèi)置計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)(包括信息監(jiān)測(cè)用傳感器、數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)部分、電源、通信控制元件及相關(guān)測(cè)控軟件等)。目前研發(fā)形成了各種高效的智能鉆頭，如哈里伯頓的Cerebro Force鉆頭，貝克休斯的TerrAdapt自適應(yīng)鉆頭[11]。

智能鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)今后的主要發(fā)展方向：提高智能導(dǎo)向鉆進(jìn)系統(tǒng)的應(yīng)用，建立多源數(shù)據(jù)智能井下感知傳感系統(tǒng)；進(jìn)一步開發(fā)智能鉆頭-無線電磁波短傳-智能鉆桿組合數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，進(jìn)而提高井下信息監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸及實(shí)時(shí)處理的速率[2]；建立復(fù)雜地層巖石物理參數(shù)智能表征模型，形成地質(zhì)目標(biāo)體精細(xì)識(shí)別和超前探測(cè)技術(shù)(地震-測(cè)井-地質(zhì)-工程一體化)；加強(qiáng)智能鉆具的耐壓耐溫耐沖擊能力，對(duì)不同地層的結(jié)構(gòu)可自調(diào)節(jié)/自適應(yīng)[12-13]。

1.3 循環(huán)系統(tǒng)

傳統(tǒng)鉆機(jī)循環(huán)系統(tǒng)包括鉆井泵、地面管匯、鉆井液罐/池、鉆井液凈化與調(diào)配設(shè)備等，將鉆井液循環(huán)到鉆頭再將其返回地面進(jìn)行清潔和再循環(huán)。

循環(huán)系統(tǒng)的智能化改進(jìn)主要是實(shí)現(xiàn)配置-流動(dòng)過程多參數(shù)在線監(jiān)測(cè)-收集-處理-自動(dòng)灌漿等功能的自動(dòng)化。如山東科瑞機(jī)械制造有限公司的9 000 m鉆機(jī)配備遠(yuǎn)程控制液壓鉆井液防濺盒及互鎖保護(hù)，有效回收管柱中存留的鉆井液[4]；Cameron Sense公司研制了一種卸垛機(jī)器人，接收鉆井液配方作業(yè)指令后，能自行確定鉆井液添加劑類型、數(shù)量與配置；巴西石油公司研發(fā)的鉆井液性能實(shí)時(shí)測(cè)試監(jiān)控系統(tǒng)利用中樞神經(jīng)系統(tǒng)(多層感知型)對(duì)各個(gè)鉆井液在線測(cè)試儀器進(jìn)行連接[14]。

自動(dòng)化鉆井液凈化系統(tǒng)采用模塊化與一體化集成設(shè)計(jì)方式，既能逐步減小本身設(shè)備質(zhì)量，同時(shí)又能減少占地面積，壓縮作業(yè)時(shí)間，提升施工效率；運(yùn)用PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)裝置自動(dòng)控制，保證設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行，節(jié)省大量人力資源，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。

循環(huán)系統(tǒng)今后的主要發(fā)展方向：優(yōu)化整合循環(huán)系統(tǒng)(主要是鉆井液凈化與調(diào)配設(shè)備)的設(shè)備組成與布置，減少設(shè)備規(guī)模與占地面積；鉆井液凈化與調(diào)配設(shè)備的自主運(yùn)行穩(wěn)定性包括處理、測(cè)量(錄井)、收集鉆井巖屑的穩(wěn)定性，遇到井下復(fù)雜事故的應(yīng)急穩(wěn)定性；鉆井液被在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)后，系統(tǒng)能自動(dòng)調(diào)配鉆井液；根據(jù)智能導(dǎo)向鉆進(jìn)(鉆頭鉆進(jìn)指標(biāo)情況)、超前探測(cè)(地層情況)的結(jié)果，及時(shí)調(diào)整鉆井泵排量。

1.4 井控系統(tǒng)

傳統(tǒng)鉆機(jī)井控系統(tǒng)包括防噴器組合及控制系統(tǒng)、井控管匯、鉆具內(nèi)放噴工具、井控監(jiān)測(cè)儀器儀表、井控鉆井液處理設(shè)備、井噴失控處理與特殊作業(yè)設(shè)備等。

智能井控系統(tǒng)目前的重點(diǎn)是智能控壓鉆井系統(tǒng)，其主體包括旋轉(zhuǎn)控制頭、專用控制器與傳感器及現(xiàn)有一系列井控設(shè)備等實(shí)現(xiàn)封閉可控的鉆井液返回系統(tǒng)，其核心裝備是測(cè)控裝置[15]。該系統(tǒng)主要根據(jù)井筒數(shù)據(jù)自動(dòng)識(shí)別井下工況，并智能調(diào)節(jié)節(jié)流閥開度，將井底壓力控制在所需要的范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)鉆井過程中井內(nèi)壓力的智能控制，防止地層的流體進(jìn)入井筒，帶來井涌、井漏、坍塌及卡鉆等風(fēng)險(xiǎn)，可在鉆進(jìn)安全密度窗口較窄的地層使用。

斯倫貝謝公司研發(fā)的動(dòng)態(tài)環(huán)空壓力控制(DAPC)系統(tǒng)，把井場(chǎng)設(shè)備連接為一個(gè)整體，通過高速網(wǎng)絡(luò)，用流量自動(dòng)調(diào)節(jié)回壓。威德福公司的MicrofluxTM 控制系統(tǒng)，可以通過傳感器和節(jié)流控制裝置檢測(cè)鉆井液進(jìn)出口壓力的微小變化并快速改變井口回壓。威德福公司發(fā)布的新一代智能控壓鉆井系統(tǒng)Victus成功應(yīng)用在幾千次鉆井作業(yè)中[16]。哈里伯頓公司推出的控制壓力鉆井(MPD)系統(tǒng)改進(jìn)了循環(huán)泵，使回壓更加穩(wěn)定，通過鉆井液返出井口及回壓泵入口的流量計(jì)，實(shí)現(xiàn)鉆井液循環(huán)系統(tǒng)出入口流量差和壓力差的精確測(cè)量與分析，能檢測(cè)井下溢流、漏失[17]。中國(guó)石油集團(tuán)研制的精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)(PCDS)集恒定井底壓力控制與微流量控制于一體，可實(shí)現(xiàn)欠/近/過平衡精細(xì)控壓鉆井。中國(guó)石化基于西北油田復(fù)雜地質(zhì)特征，通過優(yōu)選監(jiān)測(cè)參數(shù)和完善判斷規(guī)則，建立了溢流預(yù)警模型，有效提高了溢流事件的判別效率[18]。

井控系統(tǒng)今后的主要發(fā)展方向：研發(fā)鉆井液環(huán)空壓力監(jiān)測(cè)裝置，將其分布安裝在鉆柱上，由此實(shí)現(xiàn)沿鉆柱的環(huán)空流動(dòng)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，達(dá)到及時(shí)發(fā)現(xiàn)并鎖定漏失層位的目的，為鉆井井漏監(jiān)測(cè)及科學(xué)、高效堵漏提供指導(dǎo)；結(jié)合大數(shù)據(jù)庫(kù)，優(yōu)化升級(jí)智能井控系統(tǒng)，更加高效開展井侵風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)與報(bào)警，可與其他系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同工作。

1.5 控制系統(tǒng)

傳統(tǒng)鉆機(jī)控制系統(tǒng)包括控制機(jī)構(gòu)、傳輸管線與閥門、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、壓氣機(jī)、傳感器及儀表等。為指揮各機(jī)組協(xié)調(diào)地進(jìn)行工作，整套鉆機(jī)配備有各種控制裝置，具體為：機(jī)械控制、氣控、電控、液控和電、氣、液混合控制，機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)普遍采用集中氣控。傳統(tǒng)鉆機(jī)控制系統(tǒng)布局繁多、復(fù)雜，鉆進(jìn)過程中依賴司鉆人工控制，需要注意力高度集中，勞動(dòng)強(qiáng)度大，人為影響因素較大且需憑經(jīng)驗(yàn)操作。

智能鉆機(jī)(計(jì)算機(jī)集成)控制系統(tǒng)是整個(gè)智能鉆機(jī)的大腦，能對(duì)各種復(fù)雜工況、運(yùn)行狀態(tài)、操作對(duì)象的異常變化等進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別、邏輯分析及決策，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鉆井施工的精準(zhǔn)閉環(huán)控制，同時(shí)能與鉆井、地質(zhì)和測(cè)井等專業(yè)大數(shù)據(jù)進(jìn)行充分融合，提高鉆井質(zhì)量與效率，降低司鉆工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低鉆井成本。它是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，集測(cè)控技術(shù)、適用性、精確性于一體的高精度自動(dòng)控制系統(tǒng)，由于將一系列的電子元件聯(lián)接起來，并且使它們彼此實(shí)現(xiàn)溝通，故具有良好的人機(jī)界面。根據(jù)鉆井作業(yè)工序、類型，智能鉆機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)一步向智能導(dǎo)向、智能控壓、智能監(jiān)控、智能決策等延伸。當(dāng)然，因智能鉆機(jī)自動(dòng)化程度高、涉及控制模塊多，需要提前進(jìn)行大量培訓(xùn)[19-20]。

智能鉆機(jī)控制系統(tǒng)可分成3層結(jié)構(gòu)：底層是執(zhí)行機(jī)構(gòu)與監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)；中間層是由若干個(gè)以單個(gè)獨(dú)立設(shè)備為單元組成的控制站，能夠獨(dú)立完成一或多項(xiàng)任務(wù)；頂層是鉆機(jī)集成監(jiān)控與智能決策系統(tǒng)[21]。

智能鉆井的底層執(zhí)行機(jī)構(gòu)屬于閉環(huán)控制模塊(包括數(shù)字閉環(huán)控制器、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向、鉆頭等部分)；其中數(shù)字閉環(huán)控制器，是軌道執(zhí)行與鉆進(jìn)策略的“中樞”，能把鉆進(jìn)參數(shù)組模式信號(hào)傳輸?shù)骄畧?chǎng)自動(dòng)鉆機(jī)，鉆機(jī)根據(jù)接收信號(hào)來調(diào)整鉆壓、轉(zhuǎn)速、泵壓、排量等參數(shù)，以合理調(diào)節(jié)鉆速[21]。

中間層控制系統(tǒng)方面不斷進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)協(xié)同作業(yè)[22]。例如，寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司應(yīng)用“一鍵多能，多鍵協(xié)作”的理念可以實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)所有關(guān)鍵設(shè)備的集中控制與監(jiān)視，通過采用可編程控制技術(shù)、控制系統(tǒng)冗余容錯(cuò)機(jī)制、設(shè)備安全急停技術(shù)、多設(shè)備運(yùn)動(dòng)防碰技術(shù)等，將鉆機(jī)變頻系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)、頂驅(qū)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、管柱處理系統(tǒng)等組成集成控制系統(tǒng)，以完成雙司鉆集成控制平臺(tái)開發(fā)[4]。

智能鉆井的智能決策模塊是控制系統(tǒng)的“大腦”，包括預(yù)設(shè)軌道參數(shù)、預(yù)設(shè)鉆進(jìn)參數(shù)、參數(shù)智能反演、軌道鉆進(jìn)參數(shù)智能修正等4部分。該模塊依據(jù)獲取的信息和先驗(yàn)知識(shí)輸入AI預(yù)測(cè)模型進(jìn)行決策判斷，結(jié)合預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)軌道、鉆進(jìn)策略進(jìn)行智能修正[21]。

挪威AKER MH公司的Drillview系統(tǒng)、美國(guó)NOV 公司的Cyberbase系統(tǒng)、AXON公司的RigScope系統(tǒng)、CAMERON公司的OnTrack系統(tǒng)、JELEC 公司的DID系統(tǒng)等為目前較為先進(jìn)的集成控制系統(tǒng)的典型代表[23]。我國(guó)設(shè)計(jì)的idriller控制系統(tǒng)[24]，借助后臺(tái)軟件系統(tǒng)，利用一體化座椅實(shí)現(xiàn)鉆井液泵、鐵鉆工、絞車、頂驅(qū)、轉(zhuǎn)盤等設(shè)備的操控，將多種常規(guī)機(jī)械式顯示表盤/屏幕等集成在一體化化座椅前端顯示屏內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了所有鉆機(jī)子系統(tǒng)操作終端的集成化、統(tǒng)一化、人性化設(shè)計(jì)；此外，還配備了多級(jí)急停安全機(jī)制，并行運(yùn)動(dòng)防碰及軌跡規(guī)劃功能等。

智能控制系統(tǒng)今后的主要發(fā)展方向：進(jìn)一步推動(dòng)石油鉆機(jī)控制系統(tǒng)制度化、規(guī)范化、自動(dòng)化的發(fā)展；針對(duì)不同的石油鉆機(jī)，進(jìn)行方向差異化的自動(dòng)化改造；落實(shí)鉆機(jī)各單元的集成控制與有效整合，實(shí)現(xiàn)“一鍵多能，多鍵協(xié)作”操作；對(duì)司鉆房集成控制室進(jìn)行布局、功能優(yōu)化，解決司鉆操作臺(tái)布局混亂、風(fēng)格不統(tǒng)一的問題，減輕司鉆工作強(qiáng)度和壓力[25-26]。

1.6 動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)

傳統(tǒng)鉆機(jī)動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)包括動(dòng)力提供設(shè)備(柴油機(jī)或電動(dòng)機(jī))、傳導(dǎo)設(shè)備(聯(lián)軸器、離合器、變速箱、皮帶傳動(dòng)及鏈條傳動(dòng)等)。傳動(dòng)系統(tǒng)是將動(dòng)力機(jī)和各工作機(jī)聯(lián)系起來，將動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞并分配給各工作機(jī)，供給鉆井時(shí)需要的扭矩、鉆壓、轉(zhuǎn)速及泵壓；該系統(tǒng)涉及動(dòng)力及其控制系統(tǒng)、電氣傳動(dòng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)、配電控制系統(tǒng)等。

經(jīng)過40余年的發(fā)展，我國(guó)已開發(fā)了機(jī)械傳動(dòng)、直流電傳動(dòng)、交流變頻電傳動(dòng)、機(jī)電復(fù)合傳動(dòng)及交/直流電復(fù)合傳動(dòng)鉆機(jī)。交流變頻電傳動(dòng)鉆機(jī)代表了我國(guó)石油鉆機(jī)技術(shù)的最高水平。傳動(dòng)系統(tǒng)中引入功率限制控制器PLS長(zhǎng)期監(jiān)視柴油機(jī)功率和發(fā)電機(jī)功率，引入鉆井液泵同步控制器SPS控制多臺(tái)鉆井液泵同步并使泵壓脈動(dòng)大幅度降低[27]。

現(xiàn)代動(dòng)力及其控制系統(tǒng)具有現(xiàn)場(chǎng)總線通信功能，增強(qiáng)了將傳動(dòng)系統(tǒng)與配電系統(tǒng)一起接入能量管理系統(tǒng)、上級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)的可能性。對(duì)于直流鉆機(jī)電氣傳動(dòng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，多臺(tái)交流柴油發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)后，通過晶閘管移相控制實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制；因串勵(lì)電機(jī)啟動(dòng)扭矩大、過載能力強(qiáng)，電動(dòng)機(jī)多采用串勵(lì)電動(dòng)機(jī)，各調(diào)速控制柜通過 PROFIBUS-DP 總線和PLC以及上位機(jī)形成網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，工況監(jiān)視，調(diào)速系統(tǒng)一般采用電流環(huán)、速度環(huán)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。對(duì)于交流電氣傳動(dòng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)而言，多臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)后，一般多用交-直-交電壓型變頻器實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制；電動(dòng)機(jī)采用交流異步變頻電動(dòng)機(jī)，調(diào)速系統(tǒng)大多采用矢量控制，也有采用轉(zhuǎn)矩控制，如ABB變頻器多用轉(zhuǎn)矩控制。配電控制系統(tǒng)目前以馬達(dá)控制中心為基本單元，采用抽屜式結(jié)構(gòu)，有集中、就地2種操作方式；國(guó)外已將二次回路帶串口或具有現(xiàn)場(chǎng)總線通信功能的電力監(jiān)控儀表用在馬達(dá)控制中心系統(tǒng)，從而與動(dòng)力及其控制系統(tǒng)、電氣傳動(dòng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)一起構(gòu)成完整的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)[28]。

智能動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)今后的主要發(fā)展方向：廣泛應(yīng)用電氣傳動(dòng)和自動(dòng)化領(lǐng)域最新科技成果，模擬人工智能，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)(包括鉆井專家、現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員和富有經(jīng)驗(yàn)操作者等)和知識(shí)(鉆井的基本要求、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和仿真模型等)進(jìn)行在線運(yùn)算，完成鉆井全過程的智能化、集成化、模塊化傳動(dòng)系統(tǒng)控制。

1.7 鉆機(jī)底座

傳統(tǒng)鉆機(jī)底座既是整個(gè)鉆機(jī)的基礎(chǔ)，又是其重要組成部分。它用于安裝有關(guān)鉆機(jī)部件，保證各部件之間的相對(duì)位置和安裝尺寸，提供鉆井工人的操作場(chǎng)所，充當(dāng)各部件和地基基礎(chǔ)之間的中間支撐物，提供鉆臺(tái)面和井口之間的高度空間。底座按結(jié)構(gòu)型式和起升方式可分為箱塊式、旋升式、雙升式、升舉式底座；按移運(yùn)方式又可分為拖掛式、托撬式、軌道移動(dòng)式底座[29]。

目前鉆機(jī)底座研發(fā)與應(yīng)用涉及輕型鉆機(jī)車裝化、自升式底座、液壓平移等。國(guó)內(nèi)9 000 m鉆機(jī)多通過滑移裝置或行走裝置實(shí)現(xiàn)短距離移動(dòng)，大噸位整體移運(yùn)系統(tǒng)的研制使拖掛技術(shù)從7 000 m鉆機(jī)應(yīng)用至9 000 m鉆機(jī)[4]。底座與鉆機(jī)井架的快速移運(yùn)技術(shù)包括底座高位整拖(短距離場(chǎng)內(nèi)移運(yùn)，不宜超過50 m)、底座低位整拖(同油區(qū)跨井場(chǎng)移運(yùn)，不宜超過1 km)、井架與底座分體拖運(yùn)(不同油區(qū)井場(chǎng)移運(yùn))、底座拆分拖運(yùn)(中長(zhǎng)途移運(yùn))。底座可配置安全攀爬的轉(zhuǎn)梯架，以及地面直達(dá)鉆臺(tái)面的載人電梯[30]。

智能鉆機(jī)底座今后的主要發(fā)展方向：提高井架底座的安全可靠性，發(fā)展適應(yīng)井控系統(tǒng)高度需求、高度可調(diào)整的底座，降低底座生產(chǎn)成本，且方便拆裝、搬遷。

1.8 輔助系統(tǒng)

傳統(tǒng)鉆機(jī)輔助系統(tǒng)包括井場(chǎng)供氣設(shè)備、供水設(shè)備、保溫設(shè)備、鉆鼠洞設(shè)備、輔助發(fā)電設(shè)備、輔助起重設(shè)備及井下事故處理設(shè)備等。

目前對(duì)鉆機(jī)外圍輔助設(shè)備的自動(dòng)化研究相對(duì)比較少，例如發(fā)電機(jī)房降噪設(shè)計(jì)，傳感器/機(jī)器人危險(xiǎn)檢測(cè)與報(bào)警，工作生活環(huán)境舒適度提高等方面。一些輔助系統(tǒng)設(shè)備屬于獨(dú)立性部件，不便對(duì)其進(jìn)行頻繁拆除、安裝、運(yùn)輸?shù)取?/p>

今后的主要發(fā)展方向：在開展智能鉆機(jī)其他系統(tǒng)研發(fā)過程中，對(duì)外圍輔助設(shè)備進(jìn)行同步優(yōu)化設(shè)計(jì)，以便實(shí)現(xiàn)配套使用。

結(jié)合鉆機(jī)不同系統(tǒng)組成的發(fā)展現(xiàn)狀，起升系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)(尤其是井下部分)、控制系統(tǒng)、井控系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)是目前智能鉆機(jī)信息化改造的重點(diǎn)，具體表現(xiàn)為：系統(tǒng)組成變化大、結(jié)構(gòu)布局集成化與人性化，自動(dòng)化控制與傳動(dòng)愈發(fā)深入；循環(huán)系統(tǒng)、鉆機(jī)底座、輔助系統(tǒng)的部分設(shè)備在某些方面仍具有智能化改進(jìn)空間。

2 智能鉆機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

關(guān)于智能鉆機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，大量研究人員給出了相關(guān)認(rèn)識(shí)，如框架規(guī)劃與標(biāo)準(zhǔn)體系、自動(dòng)控制系統(tǒng)、鉆井智能決策分析系統(tǒng)、智能鉆井一體化技術(shù)的研發(fā)，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量技術(shù)、信息高速傳輸技術(shù)的融合與發(fā)展，開發(fā)鉆機(jī)故障診斷、排除及鉆井參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)，以及鉆井復(fù)雜情況識(shí)別及決策的控制算法與軟件等。筆者在總結(jié)、豐富相關(guān)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，認(rèn)為智能鉆機(jī)整體的發(fā)展趨勢(shì)如下。

(1)鉆機(jī)的信息化。構(gòu)建和完善智能鉆井所需的系統(tǒng)整體架構(gòu)和統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，使地面與井下各子系統(tǒng)、不同公司鉆井設(shè)備系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在智能鉆井平臺(tái)上的通用性和操作互換性；在參考國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上[2，14]，信息化方面應(yīng)重視建立中國(guó)特色和中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)一步開發(fā)鉆機(jī)應(yīng)用軟件，代碼編制、程序開發(fā)/接入，考慮統(tǒng)一性或可兼容性，接口、采集、數(shù)據(jù)、圖件、轉(zhuǎn)化等符合油田信息化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。引入人工智能、自動(dòng)化、快速數(shù)據(jù)分析、5G等方面的最新技術(shù)，提升數(shù)據(jù)采集-分析-反饋的能力，加強(qiáng)設(shè)備的人機(jī)交互協(xié)作或自學(xué)習(xí)、自運(yùn)行能力，向鉆機(jī)的智能化、智慧化運(yùn)行方向發(fā)展。

(2)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化。構(gòu)建從地面到井下更加全面的傳感器網(wǎng)絡(luò)，從鉆頭到地面設(shè)備、從司鉆到遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)作業(yè)中心等所有鉆井過程實(shí)現(xiàn)數(shù)字化整合。對(duì)鉆機(jī)鉆進(jìn)、井下復(fù)雜事故處理等作業(yè)步驟進(jìn)行梳理，形成更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、易于機(jī)器運(yùn)行、可代碼編制的流程。人員(交互)作業(yè)有章可循，操作更加規(guī)范、人性，標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)自動(dòng)開展或快速響應(yīng)提示。

(3)系統(tǒng)集成創(chuàng)新。智能鉆機(jī)多系統(tǒng)、大規(guī)模集成研發(fā)，不再局限于對(duì)部分工具的自動(dòng)化。結(jié)合現(xiàn)有各種智能鉆機(jī)的特征與優(yōu)勢(shì)，開展不同自動(dòng)化組件的系統(tǒng)/設(shè)備集成；引入創(chuàng)新思維科學(xué)方面的方法，對(duì)現(xiàn)有智能鉆機(jī)未涉及的系統(tǒng)/設(shè)備進(jìn)行改造，進(jìn)一步提高自動(dòng)化水平；建設(shè)融合“群智慧”策略的智能鉆井技術(shù)構(gòu)架，提供平臺(tái)多井同鉆/井工廠作業(yè)時(shí)鉆井參數(shù)/方案的“個(gè)體最優(yōu)解”學(xué)習(xí)[2]；進(jìn)行面向不同作業(yè)環(huán)境的自動(dòng)化設(shè)備研制與集成。

(4)運(yùn)轉(zhuǎn)高效化。隨著故障分析和故障診斷技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和系統(tǒng)自適應(yīng)控制技術(shù)等的發(fā)展，自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行效率與穩(wěn)定性也應(yīng)不斷提高，尤其是突發(fā)設(shè)備故障、井下復(fù)雜事故的自我修復(fù)穩(wěn)定性，應(yīng)研發(fā)功能完善、轉(zhuǎn)換快速、運(yùn)行可靠、成本經(jīng)濟(jì)的各種設(shè)備和工具，以適應(yīng)復(fù)雜作業(yè)環(huán)境與地質(zhì)環(huán)境。

(5)實(shí)時(shí)井下反饋。除了提升地面設(shè)備自動(dòng)化、智能化水平，還應(yīng)進(jìn)一步提升智能鉆柱、智能鉆頭、智能導(dǎo)向等井下設(shè)備與技術(shù)應(yīng)用效果，增強(qiáng)對(duì)井下流體/鉆具狀態(tài)監(jiān)測(cè)、井下鉆進(jìn)參數(shù)、地層信息等的傳輸與自反饋能力，實(shí)現(xiàn)多個(gè)復(fù)雜層位“一趟鉆”，減少井下復(fù)雜事故的發(fā)生概率。

(6)作業(yè)的無/少人化。進(jìn)一步降低對(duì)人的操作需求，重點(diǎn)圍繞高危環(huán)節(jié)減少人員值守、增加無人化工作區(qū)域面積，引入機(jī)器人/傳感器代替人力完成作業(yè)任務(wù)[1-3]；隨著高速信息傳輸、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)分析等技術(shù)的不斷進(jìn)步，設(shè)備運(yùn)行逐步向遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制操作方向發(fā)展，由此可進(jìn)一步降低人員作業(yè)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

3 智能鉆機(jī)的系統(tǒng)裝備發(fā)展建議

通過現(xiàn)場(chǎng)智能控制平臺(tái)聯(lián)系地面、井下方式的智能化，智能鉆井構(gòu)建形成一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的閉環(huán)控制；現(xiàn)場(chǎng)智能鉆井又與遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)智能控制中心進(jìn)一步形成現(xiàn)場(chǎng)+遠(yuǎn)程的大閉環(huán)控制[31]。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)閉環(huán)控制的智能鉆機(jī)而言，需進(jìn)一步將信息化技術(shù)融合進(jìn)智能鉆機(jī)各個(gè)設(shè)備，進(jìn)而推動(dòng)自動(dòng)化鉆機(jī)從部分無人化走向全面無人化的全自動(dòng)智能鉆機(jī)。筆者在結(jié)合智能鉆機(jī)現(xiàn)有研發(fā)成果與發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，給出如下智能鉆機(jī)系統(tǒng)裝備組成的設(shè)計(jì)思路。

3.1 智能連續(xù)管鉆機(jī)

目前，被眾多研究人員認(rèn)為未來有可能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)智能鉆機(jī)愿景的是連續(xù)管鉆機(jī)，而且目前國(guó)內(nèi)外已研制了部分型號(hào)；其將連續(xù)管鉆井方式與頂驅(qū)/導(dǎo)向鉆具相結(jié)合，通過(有纜)連續(xù)管向井下供電并驅(qū)動(dòng)井下鉆頭鉆進(jìn)，具備連續(xù)起下鉆、連續(xù)循環(huán)功能，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速、大容量、雙向傳輸。

LZ900/73-3500型連續(xù)管復(fù)合鉆機(jī)地面設(shè)備部分包括滾筒車、井架車、鉆臺(tái)總成、司鉆房和井控系統(tǒng)5部分[32]。其中：注入頭是連續(xù)管復(fù)合鉆機(jī)最為核心的關(guān)鍵部件，滿足提升力需要大規(guī)格注入頭，實(shí)施連續(xù)管鉆井時(shí)，注入頭主要用于起下連續(xù)管和井下鉆具組合；注入頭亦設(shè)置多種傳感器，用于檢測(cè)鉆壓、下入長(zhǎng)度、起下速度及鉆速等。

對(duì)于井下設(shè)備部分，由于考慮鉆定向井時(shí)連續(xù)管不可旋轉(zhuǎn)，因此不建議設(shè)置頂驅(qū)(見圖3)，其連續(xù)管鉆井的井下鉆具組合BHA和傳統(tǒng)的井下工具也有所不同，連續(xù)管的主要作用包括為井下鉆井作業(yè)提供動(dòng)力、測(cè)量鉆井參數(shù)并反饋至地面、調(diào)整鉆頭工具面以保證井眼軌跡等。例如：在國(guó)外貝克休斯公司研制的CoilTrak系統(tǒng)中，連續(xù)管鉆井的井下鉆具組合BHA包括連續(xù)管、變徑接頭、安全丟手、轉(zhuǎn)向器(核心部件)、MWD、容積式馬達(dá)和鉆頭等專用工具；WWT公司發(fā)明的井下機(jī)器人直徑120 mm，長(zhǎng)度6.9 m，牽引力可達(dá)65 770 N；劉清友等提出了主動(dòng)螺旋驅(qū)動(dòng)輪式井下鉆井機(jī)器人結(jié)構(gòu)方案，通過采用自鎖支撐原理，研制了雙斜塊大牽引力連續(xù)管鉆井機(jī)器人，并進(jìn)行了持續(xù)改進(jìn)[2，32-33]。

圖3 連續(xù)管鉆機(jī)功能模型圖Fig.3 Functional model of coiled tubing rig

筆者給出了連續(xù)管鉆機(jī)設(shè)想的功能模型圖(見圖3)，該模型是對(duì)目前各系統(tǒng)智能化進(jìn)展的集成。其作用對(duì)象為巖石，功能為破碎巖石，巖石對(duì)應(yīng)的第一層級(jí)是智能鉆頭，智能鉆頭進(jìn)一步分別連接前探技術(shù)設(shè)備、導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)、智能井控設(shè)備、連續(xù)管與滾筒車；動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)分別驅(qū)動(dòng)起升系統(tǒng)、滾筒車、鉆井液循環(huán)系統(tǒng)凈化與調(diào)配裝置及井控系統(tǒng)；考慮連續(xù)管內(nèi)部鉆井液注入需求，在連續(xù)管與循環(huán)系統(tǒng)間添加一個(gè)注入短節(jié)；因起升系統(tǒng)需要仍添加了底座、輔助系統(tǒng)；控制系統(tǒng)對(duì)其他系統(tǒng)均進(jìn)行智能化連接。對(duì)于該系統(tǒng)而言，有害之處主要是巖石帶來的智能鉆頭磨損、鉆井液污染，需要將含巖屑的鉆井液舉升至地面并進(jìn)行處理，智能鉆頭需要考慮自調(diào)節(jié)或一次下鉆性能。

3.2 智能連續(xù)管鉆機(jī)的裁剪

圖3中的連續(xù)管鉆機(jī)雖然考慮了目前主流系統(tǒng)及設(shè)備的發(fā)展，但依然需要引入很多設(shè)備、系統(tǒng)，增加了鉆機(jī)復(fù)雜性、成本與占地面積。基于創(chuàng)新思維方法功能分析與裁剪，相當(dāng)多設(shè)備對(duì)于破碎巖石、形成孔道、排除巖屑這些基本功能都是對(duì)上一級(jí)功能的補(bǔ)充(屬于因果功能)，對(duì)于鉆機(jī)的這些基本功能是可以考慮裁剪的(見圖4)。具體裁剪原則如下。

圖4 連續(xù)管鉆機(jī)功能模型裁剪Fig.4 Functional model cropping of coiled tubing rig

(1)考慮鉆頭磨損與更換需求，智能鉆頭仍是必須的部分。

(2)對(duì)于井下控壓鉆井設(shè)備、導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)、前探技術(shù)設(shè)備而言，隨著智能化、機(jī)械自動(dòng)化等的改進(jìn)，考慮該部分井下鉆具組合BHA進(jìn)行充分集成，并進(jìn)一步減小尺寸；旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向配置大功率電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(與后續(xù)電纜連接)或氣驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(與后續(xù)注氣管線設(shè)置連接)。

(3)連續(xù)管管柱耗材多、質(zhì)量大，涉及復(fù)雜的管內(nèi)外循環(huán)鉆井液，對(duì)此可以考慮通過其他功能進(jìn)行替換。例如：鉆井液舉升巖屑可以借鑒采油工程的多級(jí)氣舉工藝，通過氣泵、注氣管線實(shí)現(xiàn)；注氣管線可以采用現(xiàn)有小孔徑、耐高壓鋼制管線，以有效降低管線質(zhì)量，且使之與鋼絲繩+電纜(起下、連接井下鉆具組合BHA)進(jìn)行集成，從而有效替代智能連續(xù)管/智能鉆桿。

(4)新型注入管線與巖屑舉升工藝會(huì)引起鉆機(jī)多方面變化：鉆井液不再需要形成循環(huán)，只需要自動(dòng)灌漿，這對(duì)鉆井液類型、性能持續(xù)性(適應(yīng)不同地層、密度相對(duì)大、能長(zhǎng)時(shí)間舉升巖屑)提出了挑戰(zhàn)；起升系統(tǒng)(以及支撐用底座)、鉆井液注入短節(jié)、頂驅(qū)均不需要再設(shè)置，極大地降低了鉆機(jī)整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜性；井控系統(tǒng)與注入管線需要在地面實(shí)行有效密封。

(5)動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)對(duì)象明顯減少，可以降低功率需求；為防止井侵事故，地面井控系統(tǒng)亦屬于必須組成部分；控制系統(tǒng)更加緊密監(jiān)測(cè)井下鉆進(jìn)過程，并進(jìn)行智能化信息反饋；輔助系統(tǒng)可根據(jù)新的鉆機(jī)結(jié)構(gòu)和工具需求改變配套設(shè)備。

整體而言，裁剪后新鉆機(jī)設(shè)計(jì)理念為：更加重視井下鉆進(jìn)這一核心部分，通過改進(jìn)巖屑舉升方式，考慮中間信息傳輸與工具提升效果，極大簡(jiǎn)化地面鉆機(jī)布局與復(fù)雜結(jié)構(gòu)，達(dá)到削減鉆機(jī)成本的目的。

4 結(jié) 論

(1)智能鉆井與傳統(tǒng)鉆機(jī)在系統(tǒng)組成方面存在明顯差異，控制系統(tǒng)是智能鉆機(jī)的大腦，起升系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)是信息化、智能化改造的重點(diǎn)，鉆機(jī)底座與輔助系統(tǒng)改造相對(duì)較少；針對(duì)智能鉆機(jī)當(dāng)前進(jìn)展，鉆機(jī)的信息化、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)集成創(chuàng)新、運(yùn)行高效化、實(shí)時(shí)井下反饋、作業(yè)的無/少人化等仍是智能鉆機(jī)研發(fā)的重要發(fā)展方向。

(2)對(duì)于未來有可能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)智能鉆機(jī)愿景的連續(xù)管鉆機(jī)，結(jié)合智能鉆機(jī)各個(gè)系統(tǒng)現(xiàn)有進(jìn)展集成，給出了連續(xù)管鉆機(jī)系統(tǒng)的組成與功能模型圖；基于功能裁剪方法，提出了側(cè)重基礎(chǔ)功能與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的連續(xù)管智能鉆機(jī)方案。