检测技术在钻井设备维修中的应用

郭俊亮

（中石化华北石油工程有限公司五普钻井分公司，河南新乡 453700）

0 引言

在钻井设备的维护方面既需要我国科研人员努力研究，更需要我国加大对钻井设备维护方面监测技术的研发力度。我国钻井设备维护监测技术的产业链条需要资金进入，特别是大型钻井设备维护这样综合性、具有国防产业性质的重大平台，国家必须有绝对控制力与战略领导力。

1 检测技术在钻井设备维护的背景

进入21 世纪，在综合考虑国内经济发展以及国外紧张的国际环境基础上，我国提出大力开发海洋环境的战略。正是在这样的大背景下，我国海洋石油天然气的开发开采进入了一个崭新的发展阶段。国际油价的大幅度上升以及国外对石油天然气钻井技术的严格保密控制，使得我国油气开采发展举步维艰。基于此，国家高度重视石油天然气钻井开采技术，有开采就有相应的技术维修，有维修就涉及到维修的实时检测设备。尤其在大海上，脱离了陆地比较稳定的环境，实时检测设备需要接受更加严酷的挑战[1]。

目前，我国的深海油气探测已经进入重要的发展阶段，更加要求有质量好、产品效果佳的检测产品。在海洋钻井发展中，维修技术接受了严格考验。由于钻井设备本身结构复杂多元化，而且零部件结构众多，检测维修难度巨大，需要投入巨大资金以及必不可少的人力物力。由于我国大型油气设备多数进口，价格高昂。一旦损坏零部件的替换品紧缺，会造成工作停滞，影响整个海洋钻井的正常运行。正是由于海洋钻井设备发挥着如此重要作用，所以海洋钻井的维修与保养是整个系统运营的关键。

海洋石油天然气钻井设备有着相当复杂的工艺与技术，功能强大的同时，其自身研究难度以及设备可分析性也值得引起人们关注，在大数据模式的综合处理分析下，设备现场运行状况一目了然，各项指标数据都值得人们推敲和验证。

2 国内外钻井设备的研究现状对比

工业革命的发展，人们迎来了机器时代，各种工业的工程设备开始被生产制造出来，应用到各行各业。人们在使用机器的过程中慢慢发现机器的损坏率持续增高，经历技术变革，人们得出了一些结论。在机械设备的维修中大量使用维修检测技术能起到事半功倍的功效。国外的钻井设备监测技术已经发展的具有相当规模，经历了理论到实践的发展过程，在很多方面已经日渐成熟，如，大数据视野下的设障排除；机械多元化处理模块建设；逻辑想法分析诊断等。

2.1 钻井井架的检测技术

国外技术在经历了技术变革的洗礼后，理论化的事物充分运用到了现实事物中。外国的井架技术经过外部测评和内部分析两个重要阶段，形成了一套自主独立的发展模式。近年来美国公司开发出了无线GPS 检测系统，可以对井架进行360°无死角检测。通过一定技术对接，可以通过大数据的分析控制，找出整个设备中的漏洞。这就是所谓的“准确定位，精准分析”，简单来说，这种模式区别于一般常见问题分析方式，可以直接简单有效解决出现的问题[2]。

2.2 钻机设备的检测与维护

国外钻机设备常见的主要有绞车与钻井泵等多种。它们共同的特征都是利用模式化的振动特征以及离心化诊断模式进行外部的实时状态理论分析。美国与加拿大公司运用实时检测技术进行智能化的数据分析处理，由于先进的检测设备和丰富经验，使得他们的石油天然气海洋钻井公司在检测维护方面得到了巨大经济利益与巨大的影响力，它们开发的故障诊断技术设备在市场上也很受欢迎。

2.3 发展趋势

（1）国外的设备在设计之初，就有良好的前瞻性，紧跟时代前沿，研究方法也很先进。

（2）根据系统的研究测评数据，及时进行调控与分析，在线实时进行智能化、多元化、机动化的检测技术指导分析，使每一步操作都向精确化方面发展。

（3）一体化智能服务。根据设备之间的协调性以及发挥作用的部位不同，设定出许多无线检测系统，让检测研究更加具有理论依靠。同时，精细化的控制发展使得设备的检测更加多样化。

我国的钻井维修技术经历了长时间的发展与沉淀，在某些研究领域以及行业中已经处于先进地位。如，我国自主研制的智能化控制技术，特别是行业尖端的理论化模糊以及诊断性逻辑等专业的神经网路建造系统。正是在我国行业内外共同努力下，我国钻井设备制造、建造、维修维护领域各种测评与检测水平提升了一个巨大台阶。首先，值得注意的是，石油井架检测动态安全技术和柴油钻井机检测诊断的科技是我国自主研发的大型海洋钻井设备控制技术。在设备后期运行过程中发挥了不可估量的作用。我国发展海洋钻机近几年呈现出稳步发展的局面，根据最新的科研成果以及高等研究所、高等教育院校的研究数据来看，我国的理论化研究主要力量集中。我国院校以及科研单位集中的研究思路如下[3]。

（1）模型化的建设方案。依托钻井设备现有的后期维护处理数据，建立信息的终端数据库。在大数据的分析模式下，对钻井设备运行中的复杂情况进行细致有效地分析，将分析后的数据进行模型化的整理与分类。运用现代科研技术对设备信号的接收源进行合理诊断分析，将数据库中的数据与现实状况进行一一分析对比。

（2）实现钻井设备的高效化与模式化操作。依据海洋石油钻井设备本身固有的精密化操作流程，研究开发出钻井的高效测评与控制系统，用现代化管理模式去研究诊断钻井设备的漏洞。

（3）结合现实状况，研发出智能化、多元化的检测系统。加大资金投入与研究，研发世界先进的神经网络开发测评检测平台，线上线下共同努力，使检测系统发挥其真正价值。

（4）实验的研究要充分结合实际，只有理论与实际的结合才能制造出高效、高性能、有质量和多元化的产品。

3 研究的意义与思维的广度

我国的海洋开发，特别是深海领域的开发已经进入了一个全新的发展阶段。深海处的石油天然气开发必然需要大型勘探设备以及钻井设备。因此，检测技术的发展是海洋石油天然气开发的一个核心重要环节，我国从浅海向深海进军的战略构想必然需要技术的支持与支撑。检测技术的充分合理应用也有非常大的前景，所带来的经济效益也不可估量。依据现在战略构想的发展步骤而言，我国在深海领域的战略构想是完全正确的，并且已经在一步一步的事件过程中得到验证和落实[4]。

面对目前的尴尬境遇，如设备落后性以及技术力量的匮乏，我国在海洋勘探与检测方面将采取以下措施。

（1）提升钻井机驱动力量，改善钻井机的动力环境。从钻井机的多元化控制操作系统出发，依据驱动设备的多元化以及特殊作业环境、在高难度操作视野下，进行集中攻坚克难。

（2）优化系统结构，改变原有设备操作法，促进操作方式的灵活性发展。由于设备在深海中，海水侵蚀状况严重，我国科研小组与攻坚克难的专门小组通力合作，研发出设备可靠性良好的操作系统。

（3）提升运行效率，降低运行成本。由于设备自身重，运行需要科技支持和现代化技术的诊断，因此如何实现低成本、高效率运行，是我国现阶段设备的研究难题。设备内部结构具有很强的逻辑联系关系以及复杂性的维修法则，要实现全优化的设备管理，必须提升设备功率以及荷载运行能力。

（4）降低设备运行以及维修维护的危险性系数。钻井设备出现漏洞后，第一时间会威胁到钻井平台人员的人身安全，造成重大安全责任事故，所以统筹考虑整个钻井平台的设备运行状况，对其数据进行定点定时分析，确保整个运行过程安全。

4 半潜式钻井平台结构组成

（1）工作平台。放置钻井设备，提供作业场所以及工作人员生活场所。

（2）立柱。用于支撑平台，连接平台与沉垫。

（3）沉垫。是一个浮箱结构，有许多各自独立的舱室。

（4）锚泊系统。用于给平台定位，通过锚和锚链控制平台的水平位置。

5 井架结构概述分析

海洋井架结构是最主要的海洋钻井提升设备，它主要是将天车、游车、顶驱等大型设备进行安装处理。钻井工程中对井架的要求极高，主要使用要求：承载能力、工作面的长宽高、设备的灵活移动性能、良好的抗腐蚀性能。

目前，由于安装海洋钻井设备需要花费大量时间，在综合考虑各方面因素后，我国采取的方式是将两套系统有机安装在一个深海智能化操作平台中，从而实现效率化生产[5]。

6 结论

（1）充分的运用故障透析的分析模式，钻井可靠性理论研究。故障透析的分析模式是经过一层一层的分析比较模式，找到解决问题的关键性环节。在设备零部件扭结原点以及易被磨损、腐蚀的故障点安装精密的分析仪器和接收传感器。

（2）检测系统的良好运营性，必须依据强大的数据分析。对于检测的内容进行实时分析处理，加强设备裂缝、噪声等细部分析。

（3）数据处理依据详细、具体的指标。根据计算结果以及警报预测数值，综合考虑前提下，进行可靠性分析，对检测的信号端内容进行模式化处理。不同的检测手段、不同的信号源呈现出不一样的实时结果。