试论自动化设备在石油钻机中的应用

刘贝

（石化盈科信息技术有限责任公司，湖北 武汉 430077）

近年来，随着科技的推陈出新，自动化技术和相应的硬件设备逐渐在各行业普及，其利用自身节省人力、资源消耗，同时稳定提升工作效率和稳定性的优势，迅速成为各行业的主要发展方向。对此，相关人员享受技术优势的同时，也需要了解市场环境和受众需求，对石油钻探工作深入探究，寻求现有体系的优化路径，为其未来发展奠定基础，同时，也能进一步促进行业的转型与发展。

1 石油钻机自动化设备应用现状

随着社会的不断发展，石油等不可再生珍稀资源已经成为社会经济发展的重要助力，而石油钻机作为开采工艺的核心设施，更是历经多次优化，工作效率和现有的硬件结构更加完善，同时其管理体系也逐渐细化，使用效果良好，目前主体发展情况可以简单囊括为两个方向。

1.1 设备功能分类

较比传统的工作模式，现有的石油行业受自动化因素的影响，其工作范围被进一步细化，仪器设备的优势更加明显，致使石油钻机配套自动化设备根据其性能特点可以分为两类，分别为管住自动化处理和井口自动化操作两类，前者主要完成钻井管具由现场存储到过程运输，直至最终实施的全过程管理，目标在于提升接力柱的安装标准性，后续保障单根结构性能完美发挥，不会出现搭配不稳定，进而造成不必要经济损失的情况。过程中主要使用的仪器设备有液压钻杆、液钻杆支架、动力猫道、机械手装置和液压吊取装置。后者相对而言则是负责钻井管道仪器设备的井口阶段，自动化操作管理目的在于确保物料装卸稳定，设备运行合理，不会出现过度磨损或老化等问题，在实际运行时，需要使用到铁砧、动力卡瓦丝扣和泥浆防喷溅装置，后续运行时考虑各个硬件设备的特点，以成本为主要参考目标，分析效率等基本变量，规划合理的应用模式。

1.2 设备控制技术

随着石油钻井设备的性能多样化，相关人员除彼此的搭配稳定性外，也开始进一步关注仪器设备的管理控制体系，判断其是否具有全面性，能否应对复杂多变的工作环境，且出现突发问题时，现有的工作系统能否稳定应对。对此，相关人员通过深入分析与理论验证，逐渐完善了设备控制技术，其利用plc 系统为主体核心，通过外部附加集成各类个性化装置，能够更有效地完成信号传输，同时，利用高精度传感器能够实现指令的实时发布，还能对各个主体电机形成完整控制体系，进而由固定性向自动化转型。另外，目前石油钻机设备中主要使用的控制器为S7 系列，性能稳定，每个设备都有独立的控制系统，过程管理难度适中，可以实现阶段性的性能互联，既能单独操作，也能基于用户需求反馈，实现一体化控制，属于目前石油相关产业未来发展的重要助力。

2 自动化设备在石油钻机中的应用路径

经过相关人员近段时间的现场调研和理论分析，自动化技术与石油钻机相关工艺的适配性逐渐显现，在此背景下，相关人员不仅需要思考如何发挥技术和硬件优势，更需要针对二者的协同工作模式做出改良创造，引发不一样的化学反应。

2.1 设备运行

自动化设备的出现，为石油钻机工作模式拓宽了新的思路，其不单注重仪器设备的运行情况和效率提升情况，也开始分析相关仪器设备间的协同性，针对人力工作量开展融合探讨，判断各项资源的付出是否获得了等同回报，并针对现有体系的短板实现强化改良。

对此，首先，自动化设备应用后，石油钻机工作模式更倾向于节约人力工作量、降低外部因素和主观失误造成的负面影响，通过自动化控制体系完成规范、稳定运行，但考虑到自动化系统缺少一定的自主思考与变动能力，所以相关人员需要针对管住自动化处理和井口自动化操作等核心体系予以深入分析，了解各个硬件设备的运行情况，后续对比获取优化方向。其次，现有石油钻机的设备运行从原有的经验和理论，工作模式逐渐向客观参数工作模式转型，相关人员时常对比自动化钻机和常规钻机的数据误差，前者优势明显，不仅施工过程中人员消耗情况得到抑制，还能确保机械设备长期处于稳定运行状态，大幅减少人工劳动强度。

2.2 提升可靠性

石油钻探工艺及特点明显，能够获取珍稀不可再生资源的同时，也具有一定的技术难度和应用危险性，所以相关人员必须了解现有体系短板，从而建立并完善工作管理体制。对此，相关人员需要分析其安全性的影响指标，并结合近段时间的历史数据和现有的技术信息，寻求二者融合的突破路径，保障成本不会过于高昂。

对此，首先，自动化设备能够实现远程操作，利用计算机和现场硬件构成信息共享平台和互联网络，及时获取设备的运行参数，并对比实际获取的安全性阈值开展现场管理，对超出阈值的设备立即调试，发挥其一体化集成优势的同时，也要避免程序之间出现负面影响。其次，现有的石油钻机设备在配备自动化技术后，能够实现故障问题的自主检修，同时实时获取设备运行参数和阶段时间的数据变化情况，统筹分析能够进一步明确设备出现故障的根本原因，后续配合检修人员快速完成设备处理，避免影响工作效率。最后，借助自动化设备优势，现有的自动化石油钻机设备能够在操作上实现程序互锁，建立防护编译程序，能够避免误操作情况的发生，即使发出操作指令，若不正确，也能及时为主控设备拦截，避免设备损伤。

2.3 效率提升

就目前大多石油相关产业的项目信息来看，自动化设备的应用均带来了不可磨灭的现实意义，单从各道工艺而论，接力柱环节的工作效率和稳定性显著提升，自动化石油钻机的生产时效也远高于常规钻机，且能够利用自动化技术完成流水线配合，减少不必要的风险问题。另外，现有的仪器设备在自动化体系的影响下运行更具整体性，即使能够独立运行，也可集成分析，对现有的工作模式而言，是一项巨大提升。

3 自动化设备在石油钻机中的应用短板

3.1 配件和运维问题

目前，虽然自动化钻机的配套设备已经可以实现大规模量产，但部分仪器设备由于其型号并未确定，很多性能也处于探索应用阶段，所以在日常管理，配件更换和运维检修方面存在诸多问题，大致可以分为两类。

首先，设备配件的供应不够稳定，经过近段时间的体系发展，自动化设备已经被行业所接受，对应的零件生产链条也随之出现，可随着后续设备的不断使用，很多潜在的风险问题涌现，其造成的硬件损坏并无历史数据可以对照，所以在进行设备维修时，经常出现配件准备不及时或缺少供应来源的情况，容易造成不必要的设备损伤，而且现有的很多处理工艺所需配件皆为进口零件，很多国内厂商无法稳定供应，再加之其本身特点，自动化设备的申请及维护难度较大，长此以往，配件的供应链条时常出现断裂，也将成为自动化设备体系运行的一大掣肘。其次，主体设备的故障维修难度较大，考虑到自动化钻机结构复杂，所对应的原理、技术先进，我国目前缺少对应的规范性指导文件，所以过于高效和集成性的自动化钻机在实际运行时内部结构涉及多个生产厂商，生产标准各异，且实际出现问题时彼此之间时常相互推诿，致使工作开展速度缓慢。

3.2 局限性显著

目前，自动化设备应用在石油钻机配套设施中，其实用性毋庸置疑，但仪器设备的配套安装和试验自动化特点应用仍具有较强的局限性，管柱处理和井口自动化操作等领域虽已成为行业重点研究对象，但由于我国起步较晚，且很多核心技术不够完善，所以进步发展的速率较慢，很多硬件问题的处理也不够完善。

首先，以市面上常见的自动化钻机类型为例，虽然科学合理地使用解决了现有工作现场所需人员众多，劳动强度较高的问题，但涉及深入工作受钻井液配置、固控循环设备操作等因素影响，即使设备能够实现自动化运行，但各项指标仍然需要人力监控，所以实际的资源降低幅度较小，无法有效促进体系的普及发展。其次，石油钻机设备和自动化设备为维持基本的工作效率和质量，需要在初步工作完成后清理钻井内部杂质，而上述工作需要10 余人，持续3 天左右才能完成，期间会消耗大量的人力物力。

3.3 效率不稳定

自动化钻机和常规钻机相比，最显著的优势在于其突破了现有工作体系的上限，在稳定外部环境和操作规范性的情况下，自动化钻机的效率十分可观，且能够保障过程规范、操作精确。但实际工作过程中，经常出现自动化钻机效率达不到预期的情况，其并非因为体系不完善或设备出现故障，更多的是侧面因素影响，具体可以归纳为两点。

首先，自动化设备之间的协同性不足，个体运行效率较高，且对环境适应能力较强，能够快速投入工作，但涉及多道工艺同时进行或数据交互处理时，各个系统间的配合不够默契，时常出现信号传输受阻的问题，涉及程序设计方面的工作时受客观因素影响，容易出现流程偏差。其次，自动化设备本身设计便存在短板，实用性并未达到最佳，而且即使是同批次生产的硬件设备，也存在很多质量不合格者，长此以往使得成本和经济收益的关系不够密切，甚至还出现过偷工减料等问题，造成严重的资金浪费，影响了行业的未来发展。

4 自动化设备在石油钻机中的应用优化路径

经过近些年对石油相关产业的调研与分析，可以明确发现钻机自动化设备经过多年摸索，现有的技术体系相对成熟，仪器设备的配套和老旧设施改造已经成为业内人员重点关注的话题，且现有的自动化钻井设备也经过多次强化，具有更强的实用性，未来面对多样的市场需求和不稳定因素，相关人员仍需做出有效调控。

4.1 发挥集成优势

现阶段，石油相关产业的硬件工作模式都要向规范化和集成化靠拢，尤其是新型钻机配套设施，考虑到受众对自动化设备认知不清，相关人员必须了解规范集成化的发展要求，并将其作为行业必然趋势，进一步规范配套标准，优化技术规格，确保相关人员面对复杂问题时能够统筹兼顾，发挥技术兼容性和高效性，创造更多的立体收益。另外，考虑到仪器设备在运行过程中受多方因素影响，可能出现性质不稳定或突发问题的，此时相关人员需要灵活运用一体化优势完成信息收集与上报，尽可能减少损失。

4.2 提升推广力度

就目前石油钻机相关产业的发展情况来看，该领域市场前景良好，对于结构相对稳定的自动化设备应当合理应用，着手解决人员伤亡和劳动强度过高的问题。对此，首先，相关人员需要让职工了解自动化设备的优势所在，定期开展宣讲会，利用客观数据印证自身观点。其次，需要合理整合社会资源，对有价值信息进行处理、包装，最终呈现给受众群体，帮助其更有效地认识到技术特性，也能为未来的设备发展奠定良好路径。

4.3 推动产业定型

未来面对复杂多变的行业环境时，最有效的方式仍然是确定优化方向和经营范围，后续利用市场反馈和受众信息确定优化方向，按部就班地提升服务品质。但考虑到现有的许多自动化设备结构复杂，可应用领域众多，所以相关人员需要深入阐述企业的经营范围和未来规划，帮助管理人员快速形成处理预案，考虑现场因素、突发因素等各项指标，一旦发现问题，立即调整现有方案，进而促进行业能够安全平稳地发展。

5 结语

综上所述，石油钻机作为石油材料的主要获取渠道，肩负着控制市场大方向和助力产业需求的重要职能，所以相关人员需要明确技术特性和优化方向。但考虑到自动化设备结构精密，使用难度较高且需要人力调控，才能发挥自身作用，因此，相关人员需要针对上述两项概念进行深入分析，从而改变自身错误认知，实现全过程，长周期管理，降低外部因素的负面影响，推动行业稳定发展。