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理想照进现实 首个无人钻台终问世

理想照进现实 首个无人钻台终问世

探索火星与开采石油之间会发生联系吗?至少在RDS公司(Robotic Drilling System)看来,答案是肯定的。这听起来有些不可思议,但美国国家航空航天局(NASA)的火星探测器确实给石油行业的自动化带来了全新灵感。受“漫游者”火星探测器工作原理启发,挪威机器人钻井系统公司日前开发出了一套全自动的石油钻井平台,石油行业的自动化将不再遥远。

最近,挪威一家技术公司首次展示了他们的无人操作钻台,Russell McCulley有幸成为第一批观看这些甲板上装置的参展人,并且,此次还展出一个最近运送过来的全自动钻台机器人,如果这种机器人在后续的推广中能够得到商业化应用,人类将从重复、危险而又耗时的油田作业中解放出来,使全自动化钻井离现实更进一步。

在Stavanger附近Sandnes工业区的一家并不起眼的生产车间里,Lars Raunholt指出,首台用于全自动钻井的钻台设备的关键所在就是:一个电动的钻工、不同尺寸的吊卡、智能钻柱装卸设备和一台革新的钻台机器人,而第五个组件,即机器人控制系统,可保证所有机器在工作时实现密切配合。

Raunholt是RDS(Robotic Drilling Systems)的创始人以及业务拓展部的副总经理,这个公司的自动钻井技术开发工作一直处于世界前沿。石油圈原创www.oilsns.com

背景简介

在过去的十年,人们就对这一领域产生了浓厚的兴趣,并取得了重大进步,这主要是由于开发商正不断寻求适用于条件艰苦和偏远地区(这些地区不适合人类进行钻井作业)的高效、安全的钻井方法。

2015年9月,第一台钻台机器人离开RDS公司的仓库,运至斯塔万格国际研究所(IRIS)的Ullrigg Drilling & Well Centre中心进行全方位检测,这说明他们正在进行自动化钻井的研究项目。这台全自动机器伸出3米力臂时的提升能力可达1500kg,RDS称它是世界上最强壮的机器人。

Raunholt说道,RDS结合了过去十年先进的机器人技术,设计出一种电力驱动系统,它同时兼顾了传统的液压驱动系统。石油圈原创www.oilsns.com

RDS与美国Energid技术公司进行合作,研发出了Raunholt所提及的动力控制系统,该系统是一种全自动的机器。Raunholt说:“虽然最大的挑战我们已经自行解决,但是我们还是受到了机器人行业的启发。我们需要研发自己的软件平台。这与现今油气行业所熟知的自动化技术不是同一概念,它要比当下传统机器人行业所使用的技术更为先进。”

Raunholt说,钻台机器人就是用来完成恶劣条件下工作人员必须完成的任务,例如更换工具。这一技术是发展当前自动化钻井系统的重要一步。

“现在,当听到‘自动’或是‘半自动’操作时,多半指的是装卸钻杆的过程。有时工人需使用操作杆检验部件是否连接好,但也仅限于钻杆的连接。当装卸扶正器、接头等其他部件时,就必须由人工完成了。通常,对重达1500kg的部件进行处理时需要一辆绞车和两个工人,而我们现在则尝试使用钻台机器人来完成这一操作。”

Raunholt补充道,自动化操作加快了作业速度、提高了作业精度、增强了对作业的控制能力、提高了可靠性、避免了失误的发生。石油圈原创www.oilsns.com

钻台机器人、电动钻工、钻柱装卸设备和吊卡不仅可以作为独立设备,安装在钻台上,并且,这种组合可使钻井效率达到最大,据RDS计算,采用这一组合后每年的钻井时间将缩短40天。

变换动力系统

RDS公司前身为Seabed Rig公司,由Raunholt和一些承包商于2005年创立,主要研发海底远程操作钻机,并且,该项目得到了挪威国家石油公司的技术与资金支持。但是由于RDS的工程师们目前一直致力于研究迫切需要的海上自动化装备,因此公司中止了海底钻机的研究工作。

Westcon Yards船厂、挪威技术投资集团、挪威Investinor技术投资公司、挪威国家石油公司技术投资部和Odfjell钻井公司都给RDS钻井机器人系统的研发提供了重要的技术和资金支持,这些公司于2014年收购了该公司43%的股份。

那时, Odfjell钻井公司曾宣称,钻台技术在提高钻井作业安全性和钻井效率方面拥有巨大的潜力。

虽然目前海底钻机的想法被搁置了,但是Raunholt称:“如果我们最初没有想法,那么,如今就不会有哲学。正是由于这些最初的想法,才使得我们能够专心思索如何实现无人操作钻井,并且给控制系统的研发带来了新思路,并进一步思考如何设计这些东西。”

钻柱装卸设备、电动钻工、吊卡是众所周知的钻台设备,但是RDS系统将一些新技术应用在这些设备上。例如,该系统的钻柱装卸设备可以拿起一个水平堆放的管柱,将其垂直放置并移动到井眼中心。

RDS公司的吊卡有三个衬管,可以进行自动转换以适应不同型号的管线,而常规的更换方法则需要消耗数十分钟,且需要人为操作。

Raunholt称,电动钻工在钻井行业已需求多年,但是将其研制出来需要克服诸多挑战,如:需要充足的动力来提供足够大的扭矩,而当时的液压驱动系统则可以解决这一困难。

他说,“由于我们有良好的工程技能,所以我们提出了独特的全自动钻井方案,审视一下现在的技术,你就会发现,10年前不可能做到的事情,如今都已成为了可能。”

他解释道,我们的新型电力系统可以简化设备的控制系统,并且更加可靠。电力系统用一个简单的插头取代了传统的液压管线,这对于设备的整合更为有利。而对于钻台机器人来说,就可以把控制系统装在它的保护罩内。

Raunholt说道,我们最终研制出来的机器,外部不带有传感器和电缆,并且,在恶劣条件下的可靠性更高。

先导性试验方案

RDS计划在今年下半年将其余的系统组件安装在Ullrigg测试钻井设备上,首先安装电动钻柱装卸设备,完成安装后对整套系统进行测试。另外一个提上日程的计划就是钻台机器人的海上先导性实验,该系统最有可能在北海Odfjell钻井平台上进行实验。

Raunholt指出,该系统可以安装在任何一种钻台上,但是,他特意强调:如果将其安装在工作环境越恶劣的钻台上,它在提高作业效率和安全性方面的优势就会越明显。“虽然我们着眼于将其用于陆上钻井,但是,在进行最初的应用时,其应用成本肯定较高。因此,我认为,在越恶劣的环境下,其应用产生的效益就会越高。”

可以说,该技术尤其适用于巴伦之海和北极的勘探条件,因为,那里的条件极端恶劣并且钻井成本高昂。Raunholt说:“当你评价该系统的价值高低时,你会发现它节省下来的时间将是一笔非常大的收益。”

尽管钻台机器人上配有抓紧和旋转套管的装置,但是RDS准备扩大工具的兼容范围,将试用正在研发中的安全钳。Raunholt说:我们最终将会生产出一套由六个基本工具组合而成的装备。机器将采用无线连接,这会使得转换工具变得更加方便和快捷。

虽然目前石油行业的萧条情势将会延迟该技术的普及进程,但是这并不会减少人们对于自动化钻井技术的热情。Raunholt一再坚持,开发商们一直在寻找一种效率高、风险低、碳排放量低的钻井方法,而全自动系统在以上每一方面都具有明显的优势。

Raunholt说:“我们想把设备投入到市场中,对该系统进行大范围的测试。同时,这也会给我们带来许多利益。十年前我们在干这件事的时候,很难对这项技术进行清楚的解释。但是今天,所有人的态度都发生了变化,一致认为机器人时代即将来临,这也是我们埋头钻研的10年内发生的最大一个转变。”石油圈原创www.oilsns.com

译者/尉晶 濮御  编辑/魏亚蒙

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评论 1

  1. #1

    脑洞大开,以后低附加值工作真的会被逐步取代

    痴人说孟6年前 (2016-04-02)回复