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理想照進現實 首個無人鉆臺終問世

理想照進現實 首個無人鉆臺終問世

探索火星與開采石油之間會發生聯系嗎?至少在RDS公司(Robotic Drilling System)看來,答案是肯定的。這聽起來有些不可思議,但美國國家航空航天局(NASA)的火星探測器確實給石油行業的自動化帶來了全新靈感。受“漫游者”火星探測器工作原理啟發,挪威機器人鉆井系統公司日前開發出了一套全自動的石油鉆井平臺,石油行業的自動化將不再遙遠。

最近,挪威一家技術公司首次展示了他們的無人操作鉆臺,Russell McCulley有幸成為第一批觀看這些甲板上裝置的參展人,并且,此次還展出一個最近運送過來的全自動鉆臺機器人,如果這種機器人在后續的推廣中能夠得到商業化應用,人類將從重復、危險而又耗時的油田作業中解放出來,使全自動化鉆井離現實更進一步。

在Stavanger附近Sandnes工業區的一家并不起眼的生產車間里,Lars Raunholt指出,首臺用于全自動鉆井的鉆臺設備的關鍵所在就是:一個電動的鉆工、不同尺寸的吊卡、智能鉆柱裝卸設備和一臺革新的鉆臺機器人,而第五個組件,即機器人控制系統,可保證所有機器在工作時實現密切配合。

Raunholt是RDS(Robotic Drilling Systems)的創始人以及業務拓展部的副總經理,這個公司的自動鉆井技術開發工作一直處于世界前沿。石油圈原創www.h29736.cn

背景簡介

在過去的十年,人們就對這一領域產生了濃厚的興趣,并取得了重大進步,這主要是由于開發商正不斷尋求適用于條件艱苦和偏遠地區(這些地區不適合人類進行鉆井作業)的高效、安全的鉆井方法。

2015年9月,第一臺鉆臺機器人離開RDS公司的倉庫,運至斯塔萬格國際研究所(IRIS)的Ullrigg Drilling & Well Centre中心進行全方位檢測,這說明他們正在進行自動化鉆井的研究項目。這臺全自動機器伸出3米力臂時的提升能力可達1500kg,RDS稱它是世界上最強壯的機器人。

Raunholt說道,RDS結合了過去十年先進的機器人技術,設計出一種電力驅動系統,它同時兼顧了傳統的液壓驅動系統。石油圈原創www.h29736.cn

RDS與美國Energid技術公司進行合作,研發出了Raunholt所提及的動力控制系統,該系統是一種全自動的機器。Raunholt說:“雖然最大的挑戰我們已經自行解決,但是我們還是受到了機器人行業的啟發。我們需要研發自己的軟件平臺。這與現今油氣行業所熟知的自動化技術不是同一概念,它要比當下傳統機器人行業所使用的技術更為先進?!?/span>

Raunholt說,鉆臺機器人就是用來完成惡劣條件下工作人員必須完成的任務,例如更換工具。這一技術是發展當前自動化鉆井系統的重要一步。

“現在,當聽到‘自動’或是‘半自動’操作時,多半指的是裝卸鉆桿的過程。有時工人需使用操作桿檢驗部件是否連接好,但也僅限于鉆桿的連接。當裝卸扶正器、接頭等其他部件時,就必須由人工完成了。通常,對重達1500kg的部件進行處理時需要一輛絞車和兩個工人,而我們現在則嘗試使用鉆臺機器人來完成這一操作?!?/span>

Raunholt補充道,自動化操作加快了作業速度、提高了作業精度、增強了對作業的控制能力、提高了可靠性、避免了失誤的發生。石油圈原創www.h29736.cn

鉆臺機器人、電動鉆工、鉆柱裝卸設備和吊卡不僅可以作為獨立設備,安裝在鉆臺上,并且,這種組合可使鉆井效率達到最大,據RDS計算,采用這一組合后每年的鉆井時間將縮短40天。

變換動力系統

RDS公司前身為Seabed Rig公司,由Raunholt和一些承包商于2005年創立,主要研發海底遠程操作鉆機,并且,該項目得到了挪威國家石油公司的技術與資金支持。但是由于RDS的工程師們目前一直致力于研究迫切需要的海上自動化裝備,因此公司中止了海底鉆機的研究工作。

Westcon Yards船廠、挪威技術投資集團、挪威Investinor技術投資公司、挪威國家石油公司技術投資部和Odfjell鉆井公司都給RDS鉆井機器人系統的研發提供了重要的技術和資金支持,這些公司于2014年收購了該公司43%的股份。

那時, Odfjell鉆井公司曾宣稱,鉆臺技術在提高鉆井作業安全性和鉆井效率方面擁有巨大的潛力。

雖然目前海底鉆機的想法被擱置了,但是Raunholt稱:“如果我們最初沒有想法,那么,如今就不會有哲學。正是由于這些最初的想法,才使得我們能夠專心思索如何實現無人操作鉆井,并且給控制系統的研發帶來了新思路,并進一步思考如何設計這些東西?!?/span>

鉆柱裝卸設備、電動鉆工、吊卡是眾所周知的鉆臺設備,但是RDS系統將一些新技術應用在這些設備上。例如,該系統的鉆柱裝卸設備可以拿起一個水平堆放的管柱,將其垂直放置并移動到井眼中心。

RDS公司的吊卡有三個襯管,可以進行自動轉換以適應不同型號的管線,而常規的更換方法則需要消耗數十分鐘,且需要人為操作。

Raunholt稱,電動鉆工在鉆井行業已需求多年,但是將其研制出來需要克服諸多挑戰,如:需要充足的動力來提供足夠大的扭矩,而當時的液壓驅動系統則可以解決這一困難。

他說,“由于我們有良好的工程技能,所以我們提出了獨特的全自動鉆井方案,審視一下現在的技術,你就會發現,10年前不可能做到的事情,如今都已成為了可能?!?/span>

他解釋道,我們的新型電力系統可以簡化設備的控制系統,并且更加可靠。電力系統用一個簡單的插頭取代了傳統的液壓管線,這對于設備的整合更為有利。而對于鉆臺機器人來說,就可以把控制系統裝在它的保護罩內。

Raunholt說道,我們最終研制出來的機器,外部不帶有傳感器和電纜,并且,在惡劣條件下的可靠性更高。

先導性試驗方案

RDS計劃在今年下半年將其余的系統組件安裝在Ullrigg測試鉆井設備上,首先安裝電動鉆柱裝卸設備,完成安裝后對整套系統進行測試。另外一個提上日程的計劃就是鉆臺機器人的海上先導性實驗,該系統最有可能在北海Odfjell鉆井平臺上進行實驗。

Raunholt指出,該系統可以安裝在任何一種鉆臺上,但是,他特意強調:如果將其安裝在工作環境越惡劣的鉆臺上,它在提高作業效率和安全性方面的優勢就會越明顯?!半m然我們著眼于將其用于陸上鉆井,但是,在進行最初的應用時,其應用成本肯定較高。因此,我認為,在越惡劣的環境下,其應用產生的效益就會越高?!?/span>

可以說,該技術尤其適用于巴倫之海和北極的勘探條件,因為,那里的條件極端惡劣并且鉆井成本高昂。Raunholt說:“當你評價該系統的價值高低時,你會發現它節省下來的時間將是一筆非常大的收益?!?/span>

盡管鉆臺機器人上配有抓緊和旋轉套管的裝置,但是RDS準備擴大工具的兼容范圍,將試用正在研發中的安全鉗。Raunholt說:我們最終將會生產出一套由六個基本工具組合而成的裝備。機器將采用無線連接,這會使得轉換工具變得更加方便和快捷。

雖然目前石油行業的蕭條情勢將會延遲該技術的普及進程,但是這并不會減少人們對于自動化鉆井技術的熱情。Raunholt一再堅持,開發商們一直在尋找一種效率高、風險低、碳排放量低的鉆井方法,而全自動系統在以上每一方面都具有明顯的優勢。

Raunholt說:“我們想把設備投入到市場中,對該系統進行大范圍的測試。同時,這也會給我們帶來許多利益。十年前我們在干這件事的時候,很難對這項技術進行清楚的解釋。但是今天,所有人的態度都發生了變化,一致認為機器人時代即將來臨,這也是我們埋頭鉆研的10年內發生的最大一個轉變?!?span style="color: #ffffff;">石油圈原創www.h29736.cn

譯者/尉晶 濮御? 編輯/魏亞蒙

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