现代石油钻井装备的特点及发展研究

安申伟

（中石化华北石油工程有限公司国际公司  河南 郑州450006）

摘要：石油资源是保证我国经济建设顺利开展的基础性资源，其影响了我国众多行业的发展。在进行石油资源开采过程中，现代石油钻井装备影响着石油开采效率。本文基于我国现代石油钻井装备的五大应用特点，即资金损耗较大、技术密集性较强、环境艰苦、安全性不足、污染性较大。探讨未来我国现代钻井装备的三大技术发展趋势，分别是远程监控、自动化、智能化，以期为我国现代石油钻井装备的高质量发展提供一定的参考。

关键词：现代；石油钻井装备；特点；发展方向

引言：现代石油钻井装备是我国石油生产活动的重要载体，在应用之前需要进行数据采集工作，制定科学地钻井方案，搭建钻井平台，规范钻井流程，并对钻井区域做好加固工作。为了提高我国现代石油钻井装备的开采效率，有关部门需要结合现代石油钻井装备的应用特点，进行相应的技术研究探讨，提高我国现代石油钻井工程的安全性，保证我国石油资源供给稳定，促进我国经济发展。

一、现代石油钻井装备的应用特点

（一）高资金损耗

现代石油钻井装备在应用过程中需要耗费大量的资金。根据不同钻井区域类型，其每平方米钻井成本极高。在沙漠、海洋、陆地钻井区域每平方米地钻井成本分别约为8000元、6700元、1000元以上[1]。并且，相比于现代钻井装备的使用成本，其停工时期的资金损耗金额更加高昂。在沙漠钻井区域停工的单日损失在15万美元以上，在海洋钻井区域停工的单日损失则在10万美元左右。此外，现代石油钻井装备在应用过程中，其运输费用较高，且每月每名工人的费用在10000元左右。石油开采过程中，我国现代钻井装备每开采出一吨石油，其每小时的耗电量为1818×106KJ；每完成1km的采气处理，其每小时耗电量约为1196×106KJ。综合来看我国现代石油钻井装备每吨石油开发的电量损耗为0.12-0.17MWh。

（二）技术密集性

现代钻井装备在使用过程中需要诸多先进技术装备进行辅助，其配套设施较为完善，能够在任何区域环境中独立完成钻井和石油开采工作，并且具备一定的自我修复能力。因此，我国现代钻井装备的系统涉及范围较广。现代钻井装备内含动力定位系统、GPS系统、通信系统等，具有较强的技术密集性[2]。

（三）工作环境艰苦

石油开采工程地工作环境较为艰苦，因此现代钻机装备的使用环境较差。相比于进行陆地钻井而言，沙漠地区和海洋地区的钻井工作环境更差。

前者主要由于沙漠地区的地质结构具有较高的脆弱性，且流砂层结构较厚，致使颗粒承重能力不足。同时，沙漠地域的气候环境较差，昼夜温差较大，最高温差在40摄氏度以上，一旦进入沙漠地区的冬季或夏季，其温度分别可以达到-40摄氏度和40摄氏度，且还会有沙尘暴等恶劣天气，对于现代石油钻井装备的钻井作业产生严重干扰。后者主要是受海水侵蚀的影响。一旦开采区域位于高纬度区域，该装备极有可能要面对海冰的威胁。并且，海洋地区运输条件较差，严重影响了现代石油钻井准备后续工作的开展。

（四）高危险性

现代石油钻井装备在作业过程中安全事故的发生概率较高，常见的安全事故有井喷、井涌等。井喷和井涌并不会为该装备带来较大的威胁，但是会为相关的石油企业带来严重的经济损失。此外，在石油开采过程中会产生天然气，而石油本身就属于易燃物，装备在运行过程中，一旦出现操作失误极易引发火灾。火灾将会对于钻井装备产生损害，甚至会引发爆炸，严重影响了装备操作人员的生命财产安全[3]。

（五）高污染性

石油为混合物，在开采过程中并不像纯净物一样，其会衍生出许多其他生物质，如钻井液、天然气等。一旦在石油开采过程中，对于这些衍生生物质未进行妥善处理，将会对于开采地区的周边环境产生严重污染。而海洋石油开采对于衍生物的处理要求更加严格，因为一旦海洋石油开采区的污染物未得到有效处理，将会立刻在海洋中扩散，对于海洋生物安全产生危害。如果产生的污染量过多，将可能影响该开采区域海洋的生态环境。

二、现代石油钻井装备的技术发展趋势

（一）现代石油钻井装备的远程化

考虑到现代石油钻井装备的施工环境较差，现场操作人员和维护人员的专业水平以及人员素质较低，难以对于现代石油钻井装备的运行情况以及运行健康状态进行准确判断，无法保证装备安全。因此，考虑到我国石油企业的安全生产问题，可以基于GPRS技术，进行远程监控系统的开发。

该远程监控系统将会由多种网络架构组成，具备对钻井装备进行运行监测和故障诊断的系统功能。无论在何种石油开采区域环境下，都能够对钻井装备进行远程监控，保证设备运行安全。远程监控系统会实时收集钻井装备的运行参数信息，并定期进行钻井装备运行状态汇总。汇总后的信息会进行自动备份，并上传至中心管理平台。

在通信技术的加持下，远程监控系统能够对于钻井设备的动态监测信息和运行参数进行自动分析，有效改善钻井设备操作人员的工作环境，减轻其工作量。此外，远程监控系统还可以对于兼备智能诊断和远程操作功能，能够根据监控信息，进行装备故障监测、诊断、修复，根据装备故障信息，远程对装备下达停机指令，增强装备的自我保护能力。并在后期对于现代石油钻井装备的系统化和专业化基础设施进行完善。

（二）现代石油钻井装备的自动化

为了促进我国石油企业转型升级，促进行业的可持续发展，需要不断提高我国钻井装备的自动化水平。目前，我国现代石油钻井装备与国际自动化设备之间的自动化差距已经缩小，但是仍存在较大的进步空间。为了提高我国现代化石油钻井装备的自动化水平，需要结合装备作业现场的实际情况以及装备作业流程，在地面和井口之间，利用钻杆进行多个设备系统的输送，提高装备的系统协作能力，打造现代石油钻井装备的集成控制系统。

目前，我国相应的装备生产厂家，在该集成控制系统的技术发展相对缓慢，缺乏与之配套的生产设备，导致我国现代石油钻井装备不能实现全流程自动化远程操作。在控制系统生产过程中对于外部力量的依赖度过高，并且，将主要的研发成本投入到常规电控系统研发，对于主机研发投入不足。在自动化技术的不断发展下，现代石油钻井装备的自动诊断系统将逐渐成为研究重点。该系统会将现场数据采集的信息及时上传至中央管理系统之中，对于即将到达生命周期的设备，及时进行更换预警，并根据装备的设计参数，确定风险预警范围，一旦发现装备风险，及时进行告警，提高装备的环境适应性和运行安全性。

（三）现代石油钻井装备的智能化

现代石油钻井装备的智能化发展主要是借助，现阶段的数字化技术，打造石油钻井物联网，实现移动端+技术的转变。钻井装备可以在信息收集区域地环境信息，进行钻井风险参数法分析，确定钻井运行过程中的参数信息，并将该信息上传至云端。钻井装备在运行前会自动根据云端中的信息开展类脑操作，进行装备参数设置，实现钻井装备的智能化发展。

目前，我国已经有相关技术专家开展钻井装备智能化系统研究，其利用了自动化装备理念，结合大数据、云计算等技术优势，进行钻井工程设计以及邻井资料信息，进行风险的自动识别，对于可预见性风险进行智能化控制与提示，保证钻井装备的运行安全。此外，该系统能够根据最优参数，对于钻井设备进行自动化控制，可以对钻井装备下达前进、循环、停止等指令，提高井眼的通畅性。

结论：综上所述，为了增强我国现代石油钻井装备与其应用特点之间的适应性，需要相关技术研究人员结合现代石油钻井装备的特点，提高我国石油钻井装备的技术水平，促进其向着远程化、智能化、自动化方向发展，提高石油开采效率，推动我国石油及其相关行业转型升级。

参考文献：

[1]李辰旭.现代石油钻井装备的特点及发展方向[J].科技资讯,2020,18(16):76-77.

[2]安守德.国内石油钻机装备技术的发展与运用研究[J].中国石油和化工标准与质量,2020,40(16):149-150.

[3]王定亚,孙娟,张茄新,等.陆地石油钻井装备技术现状及发展方向探讨[J].石油机械,2021,49(01):47-52.