摘要：文章對(duì)石油鉆井工程自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用情況進(jìn)行了研究，特別是對(duì)鉆機(jī)和裝備的智能化、自動(dòng)化，隨鉆測(cè)量與地質(zhì)導(dǎo)向鉆井，電子/智能、鉆柱等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)探討。

　　關(guān)鍵詞：石油鉆井;自動(dòng)化;技術(shù)

　　由機(jī)械化和科學(xué)化鉆井階段發(fā)展到自動(dòng)化鉆井階段的關(guān)鍵技術(shù)有六個(gè)方面，它們是鉆井重大革命的里程碑和標(biāo)志。

　　1　鉆機(jī)和裝備的智能化、自動(dòng)化

　　①自動(dòng)給進(jìn)：1935年Westing house公司第一個(gè)自動(dòng)送鉆專利，20世紀(jì)40年代氣動(dòng)送鉆控制，1955年有了第一個(gè)液壓動(dòng)力水龍頭和水力卷?yè)P(yáng)機(jī);②剎車系統(tǒng)：離合片，比例控制電磁剎車等;③井口鐵鉆工“三吊一卡”機(jī)械化;④井口一二層臺(tái)的井架機(jī)械手：起下立根拉入/推出一扣，摘;⑤循環(huán)系統(tǒng)一固控系統(tǒng)：全自動(dòng)監(jiān)控密閉循環(huán)一凈化系統(tǒng);⑥井控一防噴及應(yīng)急系統(tǒng)：井口裝置、防噴器組、電液井控、節(jié)流管匯系統(tǒng);⑦頂驅(qū)系統(tǒng)：20世紀(jì)70年代Brown公司開發(fā)了電驅(qū)水龍頭，現(xiàn)在以美Varco公司生產(chǎn)的TDS系列為最好;⑧信息與數(shù)據(jù)采集、處理、決策、貯存、傳輸、通訊、管理等功能的軟硬件裝備;⑨海洋：半潛式/浮式鉆井平臺(tái)及其專用裝備;⑩鉆具、管具、鉆頭等的相應(yīng)進(jìn)展。

　　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(惡劣環(huán)境與地質(zhì)條件)和經(jīng)濟(jì)性于一體。主要產(chǎn)品有：①德國(guó)Prostar-2000型自動(dòng)化鉆機(jī)(鉆深7 000 m);②美國(guó)NSCO及Apache、Pool等公司生產(chǎn)的A10-32型等自動(dòng)化鉆機(jī)(鉆深6100m);②英國(guó)S&R公司生產(chǎn)的RD-D型自動(dòng)化鉆機(jī)(鉆深6100m);③挪威、法國(guó)等也研制了中深井用自動(dòng)化鉆機(jī);④我國(guó)寶石廠生產(chǎn)的ZJ70、ZJ90鉆機(jī)及廣漢生產(chǎn)的鉆機(jī)也都在向自動(dòng)化鉆機(jī)進(jìn)展。

　　2　隨鉆測(cè)量與地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)

　?、?979年首次應(yīng)用了MWD。MWD是把鉆后有線測(cè)量及傳輸井下參數(shù)的方法改變?yōu)殡S鉆無(wú)線測(cè)量及傳輸?shù)姆椒?，隨鉆測(cè)量是一個(gè)重大進(jìn)步。無(wú)線傳輸方法主要有泥漿脈沖法和電磁波法。但它們目前仍有很多缺點(diǎn)：傳輸參數(shù)數(shù)目少、傳輸速率低、傳輸距離小以及循環(huán)流體性能受限等。②從20世紀(jì)90年代中期起，相繼研發(fā)應(yīng)用了LWD、PWD、IWD、NRWD等，形成了隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向鉆井和隨鉆工程服務(wù)技術(shù)，適應(yīng)了復(fù)雜地質(zhì)與環(huán)境條件下鉆復(fù)雜結(jié)構(gòu)井、特殊工藝井實(shí)時(shí)處理井下復(fù)雜情況和不確定性難題，以及實(shí)時(shí)控制三維井身軌跡入窗中靶等高難技術(shù)的要求。而SWD還能探測(cè)鉆頭前方地層參數(shù)，起到了“車前燈、探照燈”作用。

　　3　旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井與隨鉆測(cè)控制傳貯技術(shù)

　　1990～1995年德國(guó)首先研究和成功應(yīng)用了世界上第一個(gè)自動(dòng)垂直旋轉(zhuǎn)鉆井系統(tǒng)(vDS)。90年代中期，斯倫貝謝(slh)等多家大公司先后研究成功了PD等系列RST/RSS。RSS是人類繼實(shí)現(xiàn)空間和水域制導(dǎo)技術(shù)之后的又一個(gè)重要里程碑”。21世紀(jì)國(guó)際上又提出了“PV”等鉆垂直井工具。RSS還成功地應(yīng)用于小尺寸油管(98.4～114mm)的過(guò)油管側(cè)鉆和套管鉆進(jìn)。

　　4　電子/智能鉆柱技術(shù)

　　美國(guó)Grant公司研制的智能鉆桿用銅導(dǎo)線輸送電能，可以根據(jù)井下硬件用電量大小的要求來(lái)確定輸電功率的大小。智能鉆柱的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)104 bDs、105 bps和106 bps，最大已達(dá)1.56*106 bps。智能油管用光纖為主。智能鉆柱系統(tǒng)在井下采用分布式傳感器短節(jié)，將微處理器分別安裝在傳感器內(nèi)部，然后通過(guò)耦合元件將微處理器信號(hào)耦合到電力線上，從而傳輸?shù)降孛鎮(zhèn)鞲衅?。該系統(tǒng)采用傳輸直流電，如井下硬件需用交流電，可在井下硬件上增設(shè)逆變器DC/AC。

　　5　最優(yōu)化鉆井與智能sOD集成技術(shù)

　　這套工作可以概括為“模型一測(cè)值一指令”的實(shí)時(shí)閉環(huán)鉆進(jìn)系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。

　　6　信息、網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程自動(dòng)化鉆井

　　信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及通信技術(shù)是自動(dòng)化鉆井的重要組成部分。2004，11，19 Slb與M/D Totco合作自劍橋Slb研究中心(sCR)在網(wǎng)上發(fā)送變泵排量的遙控指令達(dá)8000 km遠(yuǎn)程遙控著橫跨大西洋的德州Cameron試驗(yàn)中心的鉆機(jī)成功地執(zhí)行命令，第一次實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程自動(dòng)化鉆井作業(yè)。總之，人類在進(jìn)入21世紀(jì)時(shí)，石油鉆井系統(tǒng)正由機(jī)械化和科學(xué)化鉆井階段向半自動(dòng)化再到自動(dòng)化鉆井階段進(jìn)展，這是發(fā)展大趨勢(shì)。