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

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

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

(3)小井眼自動化石油鉆機:采用動力水龍頭鉆井方式,液壓大鉗、自動卡瓦、水平堆放鉆桿,由機械手進行移運與排放。該鉆機自動化程度較高,接單根時間只需要 6s。 實際應(yīng)用中,電驅(qū)動鉆機比機械驅(qū)動鉆機具有更好的經(jīng)濟效益。我國電動鉆機電氣控制系統(tǒng)的研究始于20世紀70年代中期.20世紀80年代末,在借鑒國外先進技術(shù)的前提下,生產(chǎn)出我國第一臺直流驅(qū)動的ZJ45D陸地電動鉆機。20世紀90年代,通過引進國外核心電氣控制模擬單元,生產(chǎn)出深井直流電動鉆機,如ZJ50D和ZJ70D。20世紀90年代后期,在引進國外全數(shù)字控制技術(shù)的基礎(chǔ)上,開始全數(shù)字鉆機電氣控制系統(tǒng)的研究,如采用國外數(shù)字直流調(diào)速器,將模擬控制直流電動鉆機升級為數(shù)字控制直流電動鉆機。全數(shù)字電控系統(tǒng)是目前電控系統(tǒng)的主流,它是用微處理器實現(xiàn)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(shù)字控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的控制參數(shù)可實時調(diào)整,以滿足鉆井工藝的新要求和鉆井工況的實時變化。

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)動電動鉆機。交流驅(qū)動電動鉆機采用了交流變頻調(diào)速技術(shù),能夠適應(yīng)鉆井工藝的要求,簡化了鉆機的機械結(jié)構(gòu),減輕了維護保養(yǎng)工作,提高了安全性、可靠性和移運性,且絞車體積小、質(zhì)量輕、故障少、維護方便;調(diào)速范圍寬,可實現(xiàn)無級調(diào)速;能夠以極低的速度恒扭矩輸出,實現(xiàn)數(shù)控恒鉆壓自動送鉆,對提高鉆井時效、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、操作簡單,使司鉆擺脫了繁重的體力勞動,并注重了操作技巧和鉆井參數(shù)的優(yōu)選。

國內(nèi)目前電動鉆機電氣控制系統(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)動方式上有直流驅(qū)動和交流驅(qū)動。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)備的安全運行,又減輕了司鉆的操作緊張程度;同時還增加了自動送鉆功能,達到了恒速恒壓鉆井,以適應(yīng)不同的巖層結(jié)構(gòu),提高鉆井質(zhì)量。