國(guó)外在1994年已生產(chǎn)出了全自動(dòng)化鉆機(jī)樣機(jī)。 現(xiàn)已研制出自動(dòng)化、智能化電動(dòng)鉆機(jī),在鉆井實(shí)踐中取得了較好的使用效果。

(1)美國(guó)W-N Apache聯(lián)合公司自動(dòng)化鉆機(jī):其研制的自動(dòng)化石油鉆機(jī),采用動(dòng)力水龍頭鉆井方法,配備了自動(dòng)移運(yùn)和排放立根系統(tǒng);采用微機(jī)控制系統(tǒng),以監(jiān)控鉆機(jī)操作各工序正常作業(yè);鉆井深度為6096m.其特點(diǎn)是鉆機(jī)的總重量較輕,安裝拆卸時(shí)間減少 50%;采用自動(dòng)化控制系統(tǒng),可在1min之內(nèi)完成接單根作業(yè),節(jié)約鉆井時(shí)間12%~15%;全鉆機(jī)只需要2人進(jìn)行操作。

(2)挪威自動(dòng)化鉆機(jī):挪威Temco公司生產(chǎn)的全自動(dòng)化鉆機(jī),采用液壓驅(qū)動(dòng)的頂部驅(qū)動(dòng)鉆井系統(tǒng),選用了一種輕型鉆機(jī)結(jié)構(gòu),可降低鉆井成本;采用機(jī)器人進(jìn)行操作,在鉆機(jī)中采用了許多新材料和智能技術(shù),使鉆井作業(yè)全自動(dòng)化。 

(3)小井眼自動(dòng)化石油鉆機(jī):采用動(dòng)力水龍頭鉆井方式,液壓大鉗、自動(dòng)卡瓦、水平堆放鉆桿,由機(jī)械手進(jìn)行移運(yùn)與排放。該鉆機(jī)自動(dòng)化程度較高,接單根時(shí)間只需要 6s。 實(shí)際應(yīng)用中,電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)比機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)具有更好的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)電動(dòng)鉆機(jī)電氣控制系統(tǒng)的研究始于20世紀(jì)70年代中期.20世紀(jì)80年代末,在借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的前提下,生產(chǎn)出我國(guó)第一臺(tái)直流驅(qū)動(dòng)的ZJ45D陸地電動(dòng)鉆機(jī)。20世紀(jì)90年代,通過(guò)引進(jìn)國(guó)外核心電氣控制模擬單元,生產(chǎn)出深井直流電動(dòng)鉆機(jī),如ZJ50D和ZJ70D。20世紀(jì)90年代后期,在引進(jìn)國(guó)外全數(shù)字控制技術(shù)的基礎(chǔ)上,開(kāi)始全數(shù)字鉆機(jī)電氣控制系統(tǒng)的研究,如采用國(guó)外數(shù)字直流調(diào)速器,將模擬控制直流電動(dòng)鉆機(jī)升級(jí)為數(shù)字控制直流電動(dòng)鉆機(jī)。全數(shù)字電控系統(tǒng)是目前電控系統(tǒng)的主流,它是用微處理器實(shí)現(xiàn)軟件控制,具有完善的故障自診斷、運(yùn)行、顯示和保護(hù)功能。全數(shù)字控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的控制參數(shù)可實(shí)時(shí)調(diào)整,以滿足鉆井工藝的新要求和鉆井工況的實(shí)時(shí)變化。

近幾年將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于石油鉆采設(shè)備上,生產(chǎn)出全數(shù)字交流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)鉆機(jī)。交流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)鉆機(jī)采用了交流變頻調(diào)速技術(shù),能夠適應(yīng)鉆井工藝的要求,簡(jiǎn)化了鉆機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu),減輕了維護(hù)保養(yǎng)工作,提高了安全性、可靠性和移運(yùn)性,且絞車體積小、質(zhì)量輕、故障少、維護(hù)方便;調(diào)速范圍寬,可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速;能夠以極低的速度恒扭矩輸出,實(shí)現(xiàn)數(shù)控恒鉆壓自動(dòng)送鉆,對(duì)提高鉆井時(shí)效、優(yōu)化鉆井工藝、處理井下事故等十分有利。新型司鉆控制系統(tǒng)控制精確、操作簡(jiǎn)單,使司鉆擺脫了繁重的體力勞動(dòng),并注重了操作技巧和鉆井參數(shù)的優(yōu)選。

國(guó)內(nèi)目前電動(dòng)鉆機(jī)電氣控制系統(tǒng)在控制技術(shù)上有模擬控制和數(shù)字控制兩種形式。驅(qū)動(dòng)方式上有直流驅(qū)動(dòng)和交流驅(qū)動(dòng)。電控裝置品種齊全,可滿足用戶的不同需求。 在功能上增加了起、下鉆過(guò)程的位置閉環(huán)控制功能(即防止上碰下砸功能),外加盤式剎車的使用,由此既保證了設(shè)備的安全運(yùn)行,又減輕了司鉆的操作緊張程度;同時(shí)還增加了自動(dòng)送鉆功能,達(dá)到了恒速恒壓鉆井,以適應(yīng)不同的巖層結(jié)構(gòu),提高鉆井質(zhì)量。