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

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

(2)挪威自動(dòng)化鉆機:挪威Temco公司生產(chǎn)的全自動(dòng)化鉆機,采用液壓驅動(dòng)的頂部驅動(dòng)鉆井系統,選用了一種輕型鉆機結構,可降低鉆井成本;采用機器人進(jìn)行操作,在鉆機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: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,由機械手進(jìn)行移運與排放。該鉆機自動(dòng)化程度較高,接單根時(shí)間只需要 6s。 實(shí)際應用中,電驅動(dòng)鉆機比機械驅動(dòng)鉆機具有更好的經(jīng)濟效益。我國電動(dòng)鉆機電氣控制系統的研究始于20世紀70年代中期.20世紀80年代末,在借鑒國外先進(jìn)技術(shù)的前提下,生產(chǎn)出我國第一臺直流驅動(dòng)的ZJ45D陸地電動(dòng)鉆機。20世紀90年代,通過(guò)引進(jìn)國外核心電氣控制模擬單元,生產(chǎn)出深井直流電動(dòng)鉆機,如ZJ50D和ZJ70D。20世紀90年代后期,在引進(jìn)國外全數字控制技術(shù)的基礎上,開(kāi)始全數字鉆機電氣控制系統的研究,如采用國外數字直流調速器,將模擬控制直流電動(dòng)鉆機升級為數字控制直流電動(dòng)鉆機。全數字電控系統是目前電控系統的主流,它是用微處理器實(shí)現軟件控制,具有完善的故障自診斷、運行、顯示和保護功能。全數字控制系統各環(huán)節的控制參數可實(shí)時(shí)調整,以滿(mǎn)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速技術(shù)應用于石油鉆采設備上,生產(chǎn)出全數字交流驅動(dòng)電動(dòng)鉆機。交流驅動(dòng)電動(dòng)鉆機采用了交流變頻調速技術(shù),能夠適應鉆井工藝的要求,簡(jiǎn)化了鉆機的機械結構,減輕了維護保養工作,提高了安全性、可靠性和移運性,且絞車(chē)體積小、質(zhì)量輕、故障少、維護方便;調速范圍寬,可實(shí)現無(wú)級調速;能夠以極低的速度恒扭矩輸出,實(shí)現數控恒鉆壓自動(dòng)送鉆,對提高鉆井時(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的優(yōu)選。

國內目前電動(dòng)鉆機電氣控制系統在控制技術(shù)上有模擬控制和數字控制兩種形式。驅動(dòng)方式上有直流驅動(dòng)和交流驅動(dòng)。電控裝置品種齊全,可滿(mǎn)足用戶(hù)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(pán)式剎車(chē)的使用,由此既保證了設備的安全運行,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,達到了恒速恒壓鉆井,以適應不同的巖層結構,提高鉆井質(zhì)量。