石油钻机自动化智能化势在必行(上)
石油钻机全套包括有动力、提升、旋转及钻井液循环等几大系统，通过它才能够实现钻井、测井及完井任务，因此，它是油气钻井工程中的核心装备。长期以来，石油钻机的自动化水平不高，钻井工人不仅体力劳动繁重，而且作业发生事故的风险高。以二层平台排放立根作业为例，在起下钻时，钻工要站在二十多米高的二层平台上，用手移动二十多米长的立根，从井架中心处打开吊卡取出，移至立根盒排放好(起钻时) ， 或自排放立根的立根盒中，移动一根至井架中心处，送入吊卡中锁紧吊卡(下钻时) 。在此期间，钻工不仅在高空作业很危险，而且，立根和吊卡都很重，操作非常费力，因而工作时精神紧张、压力大，还要大量消耗体力，劳动条件差，迫切要求改善，提高自动化水平。所以说，石油钻机的自动化智能化势在必行，首先是以人为本人民至上的需要。
21世纪是信息技术快速发展的时代, 随着5G的进入市场，全球的信息化、数字化、智能化正在加速发展，人类正面临着一个智能化的新时代。伴随着时代的前进，我国的人工智能创业、传统的制造向“智造”转型升级，蓬勃发展，迅猛异常。截止到2019年3月底，全世界5386个人工智能企业中，我国就占有了22.1%，在全球排名第二。以油气田为例，中石化的智能化油田试点的长庆油田采油二厂，自2018年4月起，已初步建立起智能油田系统，工作人员能够第一时间通过远程监控和实时掌控相隔百公里之外的站库、油水井组的运行参数、管线安全及生产状态。宝鸡石油机械公司研制的3000米ZJ30DB20自动智能钻机已于2019年4月在大庆油田首次开钻。实践表明，智能化新时代的大势所趋，石油钻机的自动化智能化势在必行，因为这是与时俱进转型升级的需要。
石油钻机产品作为供给侧，其结构性革新笔者认为可从以下几方面着手。
井口操作的智能自动化
井口操作是指钻机提升着钻柱进行起下钻时，在井口上紧或松开管柱丝扣的作业。上紧或松开管柱丝扣时，需将管柱用很重的卡瓦卡紧在转盘上，目前已多采用气动卡瓦，代替了钻工的手提卡瓦劳动；但上紧或松开管柱丝扣，还需要进一步自动化代替人力。现已有一些钻机采用动力大钳，并配有涂油装置(上紧丝扣前抹油) 及钻井液盒(松开丝扣时防止钻井液自井内钻柱中喷溅出来) ，自动联合作业，取代了井口操作的钻工，俗称“铁钻工”。图1所示即为“铁钻工”的主体动力大钳及钻井液盒(黄色上) 和塗油装置(黄色下) 。但是，还需要进一步革新，通过智能自动化，将此三种装置集成在一起，并互不干涉自动独立完成各自的功能，即所谓的一体化铁钻工，如图2所示。
图1（左）组成“铁钻工”的三种装置
图2（右）一体化的“铁钻工”(1.液压大钳；2.塗油装置；3.钻井液盒)
排放立根操作的智能自动化
排放立根是钻机在起下钻过程中将卸开的立根排放入钻台上的立根盒中(起钻) 和从立根盒中取出立根送至吊卡锁紧(下钻)的作业。上面举例时已经提到，它是很危险、很费力、很紧张、压力非常大的一项作业，迫切需要改善劳动条件，进行智能自动化革新。目前国内只有如宝鸡石油机械公司研制的中深井 3000米ZJ30DB20自动智能钻机等少数钻机，实现了排放立根操作的智能自动化，而深井钻机则少见。因此，我国大部分钻机均需要进行革新，配备排放立根智能自动化操作系统。该系统主要由钻台机械手、二层台机械手、缓冲机械手等组成。钻台及二层台机械手分别完成钻柱的立根底端(钻台)及顶端(二层台)的抓抱运移等任务；缓冲机械手位于钻台，执行管柱自地面输送到钻台上时的自动接管任务。
二层台机械手作业如图3所示，它伸出手臂抓住立根盒里的立根上端，向井架中心移送至吊卡内，然后锁紧；钻台机械手作业如图4所示，它伸出手臂自立根盒里抓取立根下端，配合二层台机械手，协同运移立根。图5为机械手本体。
图3 二层台机械手作业
图4 钻台机械手作业
图5 机械手本体
管柱上下钻台操作的智能自动化
管柱包括钻杆、套管等，通常运至井场后，是摆放在钻台前的平地上，如图6所示。当需要将其送上钻台时，传统作法是依靠人力先将管柱推送到滑道上，再借助起重机将其提拉到钻台上，由钻工手动接收，既体力劳动繁重，又存在事故风险，极须革新，代之以智能自动化操作的液压动力猫道，如图7所示。(待续)
图7 液压动力猫道自动送钻杆上钻台
图6 人力手动送钻杆上钻台
