Dans l'industrie pétrolière et gazière, un "robot de forage" ne désigne pas simplement un bras robotisé unique ou une machine intelligente conceptuelle;désigne une unité d'automatisation intégrée englobant les opérations sur le site de puitsLes exigences en matière de réduction de la main-d'œuvre, d'exploitation à distance et d'amélioration de la sécurité continuent d'augmenter.Les robots de forage passent de l'équipement auxiliaire à des composants essentiels des systèmes de forage automatisés, influençant directement les protocoles d'interface entre la perceuse, les outils de forage et la plateforme de contrôle de surface.
Figure 1 Diagramme schématique de la composition d'un robot de forage et d'un système de forage automatisé
Figure 2: Flux de travail d'opération automatisé impliquant un robot de forage
Figure 3: Schéma de scénarios de collaboration à plusieurs niveaux dans un site de puits non habité
I. Les robots de forage sont des systèmes opérationnels et non des équipements autonomes.
D'un point de vue fonctionnel, les robots de forage comprennent au moins trois catégories de composants: premièrement, les équipements automatisés de surface, tels que les systèmes d'alimentation automatique de forage,unités automatiques de maquillage et de rupture, les systèmes de manutention automatisés et les modules de fonctionnement de la tête de puits; deuxièmement, les actionneurs de trou, y compris les outils d'orientation contrôlables, les modules d'inspection et d'intervention de trou,d'une capacité de traitement de l'eau de mer inférieure ou égale à 300 kPa; et troisièmement, les systèmes globaux de contrôle, de verrouillage de sécurité et de surveillance de l'état qui intègrent ces deux catégories.Ce n'est que lorsque ces trois catégories fonctionnent dans une configuration coordonnée en boucle fermée que la capacité d'automatisation du robot apporte réellement de la valeur sur le plancher de la plateforme.
Cette définition est d'une importance capitale pour les fabricants de perceuses: dans le passé, les perceuses étaient largement considérées comme des outils passifs.les dimensionsCependant, dans les scénarios de forage automatisés, les données de l'état des bits, leur enveloppe opérationnelle, les données de leur fonctionnement, les données de leur fonctionnement, les données de leur fonctionnement, les données de leur fonctionnement, les données de leur fonctionnement, les données de leur fonctionnement, les données de leur fonctionnement, etc.et ses caractéristiques d'accouplement avec l'assemblage de trou de fond influencent directement la logique de prise de décision du système de commande maîtreEn d'autres termes, les forages futurs doivent non seulement être "fonctionnels", mais aussi "facilement intégrables, facilement identifiables et capables d'une collaboration transparente".
II. La valeur fondamentale des systèmes de forage automatisés réside dans la réduction de l'exposition humaine à haut risque.
Beaucoup d'opérations critiques sur le site du puits reposent depuis longtemps sur une surveillance et un contrôle intensifs et à forte intensité humaine, tels que la manutention d'un seul tuyau, les opérations de tête de puits, la surveillance continue des paramètres,et l'identification des conditions de fonctionnement anormalesLorsque ces tâches sont exécutées dans des environnements à haute pression, à forte charge et à plusieurs processus en même temps, elles entraînent facilement des risques pour la sécurité.La valeur première des robots de forage et des systèmes d'automatisation ne réside pas dans le spectacle technologique, mais en déléguant des tâches à haut risque, très répétitives et à temps critique à des équipements normalisés, déplaçant ainsi le rôle des opérateurs humains vers l'autorisation, la surveillance et le traitement des exceptions.
C'est aussi pour cette raison que les sociétés internationales de services pétroliers renforcent continuellement le forage directionnel automatisé, les opérations à distance et le contrôle de verrouillage.Un système d'automatisation qui améliore l'efficacité sans renforcer les limites de sécurité aura du mal à être largement adopté à long termeEn revanche, si elle peut réduire simultanément les temps d'arrêt non planifiés, atténuer les risques d'exposition et améliorer la cohérence opérationnelle,il deviendra rapidement un facteur clé de transformation numérique dans les champs pétrolifères.
III. Les principaux défis de la robotique souterraine sont la miniaturisation, la fiabilité élevée et la récupérabilité.
The most significant difference between downhole robots and surface robots is that the former operate within the constrained space of a wellbore and are exposed to far more severe environmental conditions than conventional industrial robots- température et pression élevées, contamination par la boue, vibrations intenses, limitations spatiales extrêmes,et la difficulté de récupération nécessitent que la fiabilité soit la priorité absolue pour la robotique des trous.Toute complexité inutile augmentera rapidement la probabilité d'échec; par conséquent, la conception doit privilégier la modularité, la redondance et les principes de sécurité.
D'après des recherches publiées et de la littérature académique, les robots de forage sont mieux placés pour réaliser les premières percées dans les applications localisées à grande valeur ajoutée, telles que les opérations de branche,mesure de précisionLes résultats de l'étude ont montré qu'il n'y a pas de différence significative entre les deux types de forage.actionnement, l'approvisionnement en électricité, la communication et la récupération peuvent réduire la transition des robots des plates-formes expérimentales aux équipements de terrain déployables.
IV. La tendance vers les opérations sans pilote ne signifie pas l'élimination complète de l'implication humaine, mais plutôt un personnel minimal sur place combiné à une prise en charge à distance.
La feuille de route pratique pour les puits sans pilote se déroule généralement en trois phases.lorsque des équipements individuels exécutent des opérations standardisées selon des séquences préprogramméesLa deuxième phase est l'automatisation des processus, dans laquelle plusieurs appareils sont coordonnés pour effectuer une tâche unifiée.en mettant en œuvre un contrôle centralLa mise en place d'un système d'exploitation à distance et de procédures normalisées pour le traitement des anomalies réduit ainsi le personnel sur place au minimum absolu.La plupart des projets de l'industrie passent de la deuxième à la troisième phase.
Pour les fabricants d'outils de forage et d'outils de forage,Cela signifie que les produits futurs doivent non seulement répondre aux exigences de performances mécaniques, mais également prendre en charge les capacités d'identification et d'invocation des systèmes automatisés.Par exemple, les limites des paramètres du produit doivent être clairement définies, les conditions de fonctionnement anormales doivent être normalisées, les dossiers d'exploitation doivent être traçables,Les interfaces de recommandation doivent être lisibles par machine.L'entreprise qui complète ces efforts de normalisation en premier sera mieux placée pour faire figurer ses outils sur l'inventaire d'outils des plateformes de forage automatisées.
V. Accouplement direct entre le système d'automatisation et la conception de la perceuse
Beaucoup de gens considèrent les robots de forage comme un problème de contrôle de haut niveau, mais en réalité, leur performance est étroitement liée à la conception de la perceuse.Les systèmes de commande directionnelle automatique pendant le forage et le forage sont très sensibles à la stabilité de la réaction de l'outil; si la perceuse, dans certaines conditions de fonctionnement, est sujette à un glissement de la tige, à un tourbillon latéral ou à un décalage de direction,le système d'automatisation doit augmenter la fréquence des interventions de protection et des ajustements correctifsEn conséquence, non seulement l'efficacité est réduite, mais la stabilité du système est également compromise.
Par conséquent, la conception des broyeurs pour le forage automatisé doit mettre davantage l'accent que dans les applications traditionnelles sur une réponse constante, une fenêtre de fonctionnement stable et des modes de défaillance prévisibles.Un outil qui fonctionne encore à peine sous action manuelle peut être rejeté dans un système automatisé en raison d'une réponse excessivement erratiqueEn d'autres termes, la tendance vers les opérations sans pilote pousse les produits de forage à passer de "basés sur l'expérience" à "basés sur les normes".
VI. Recommandations pour Xingtong: redéfinir la proposition de valeur du produit de l'outil autour des capacités de collaboration automatisée.
Pour Xingtong, les robots de forage et le forage automatisé ne sont pas des concepts lointains: ils représentent la limite critique pour définir les produits d'outils futurs.Tout d'abord, développer une liste complète des interfaces de produits compatibles avec le forage automatisé, en précisant clairement la compatibilité BHA, les limites de paramètres et les fenêtres de fonctionnement pour le traitement des anomalies;,renforcer la recherche sur la réponse cohérente des outils en quantifiant la réduction des vibrations, la stabilisation de la trajectoire et l'évaluation de la durée de vie des outils en mesures accessibles au système;construire des cas d'utilisation de forage automatisé par robot collaboratif autour de sections de puits typiques, en améliorant le contenu en ligne de l'entreprise, passant d'une présentation de produits à des solutions basées sur des scénarios.
Ce n'est que lorsqu'une entreprise peut démontrer clairement comment ses forages supportent des sites de forage à personnel réduit, le forage directionnel automatisé,et les systèmes d'opérations à distance, sa messagerie technique sur le site Web de l'entreprise sera vraiment alignée sur l'avant-garde de l'industrieDans le cas contraire, même si les produits eux-mêmes sont excellents, ils perdront leur voix face à la tendance future vers les opérations sans pilote.
Références
- Liu Qingyou: "Progresses de recherche et perspectives d'application des robots souterrains".
- L'équipe de Liu Qingyou: matériel de recherche spécifique à la phase sur le forage intelligent et l'achèvement à l'aide de robots de forage.
- Baker Hughes: Informations accessibles au public sur les technologies de forage automatisé telles que le forage directionnel automatisé i-Trak.
- SLB: Informations accessibles au public sur les systèmes de guidage automatisé et de forage intelligent.