In der Öl- und Gasindustrie bezieht sich ein "Bohrroboter" nicht nur auf einen einzigen Roboterarm oder eine konzeptionelle intelligente Maschine, sondernbezeichnet eine integrierte Automatisierungseinheit, die die Betriebsvorgänge an der Bohrstelle umfasstDa die Anforderungen an weniger Arbeitskräfte, Fernbedienung und erhöhte Sicherheit weiter steigen, ist es wichtig, dass dieBohrroboter entwickeln sich von Hilfsgeräten zu kritischen Komponenten automatisierter Bohrsysteme, die die Schnittstellenprotokolle zwischen Bohrgerät, Bohrwerkzeug und Oberflächensteuerung direkt beeinflussen.
Abbildung 1 Schema der Zusammensetzung eines Bohrroboters und eines automatisierten Bohrsystems
Abbildung 2: Automatisierter Arbeitsablauf mit einem Bohrroboter
Abbildung 3: Schema der mehrstufigen Kooperationsszenarien in einem unbemannten Brunnenstandort
I. Bohrroboter sind Betriebssysteme, nicht eigenständige Ausrüstungsstücke.
Aus funktionaler Sicht umfassen Bohrroboter mindestens drei Kategorien von Komponenten: erstens automatische Oberflächenanlagen wie automatische Bohrzufuhrsysteme,Automatische Schmink- und Ausbruchseinheiten, automatisierte Handhabungssysteme und Bohrkopfbetriebsmodule; zweitens, Downhole-Aktoren, einschließlich steuerbarer Ausrichtungswerkzeuge, Downhole-Inspektions- und Interventionsmodule,mit einer Breite von mehr als 20 mm,Drittens die übergreifenden Kontroll-, Sicherheits- und Zustandsüberwachungssysteme, die diese beiden Kategorien integrieren.Nur wenn diese drei Kategorien in einer koordinierten Konfiguration in geschlossenem Kreislauf arbeiten, bietet die Automatisierungskapazität des Roboters wirklich einen Wert auf dem Bohrgerät.
Diese Definition ist für die Bohrmaschinenhersteller von größter Bedeutung, denn in der Vergangenheit wurden Bohrmaschinen weitgehend als passive Werkzeuge betrachtet, die ausreichend waren, solange sie die Spezifikationen für die Gewindeform erfüllten.AbmessungenIn automatisierten Bohrszenarien werden jedoch die Zustandsdaten des Bit, seine Betriebsumgebung, dieund seine Kopplungsmerkmale mit der Bodenöffnung beeinflussen alle direkt die Entscheidungslogik des HauptsteuerungssystemsMit anderen Worten, zukünftige Bohrstücke müssen nicht nur "funktional" sein, sondern auch "einfach zu integrieren, leicht zu identifizieren und für eine nahtlose Zusammenarbeit geeignet".
II. Der Kernwert automatisierter Bohrsysteme liegt in der Verringerung der hohen Risikobelastung des Menschen.
Viele kritische Operationen am Brunnenstandort stützen sich seit langem auf eine intensive, menschenintensive Überwachung und Steuerung, wie z. B. die Handhabung von Einrohren, die Bohrkopfoperationen, die kontinuierliche Überwachung von Parametern,und die Ermittlung abnormaler BetriebsbedingungenWenn diese Aufgaben unter hohem Druck, hoher Belastung und in gleichzeitigen Umgebungen mit mehreren Prozessen ausgeführt werden, führen sie leicht zu Sicherheitsrisiken.Der primäre Wert von Bohrrobotern und Automatisierungssystemen liegt nicht in der technologischen Schaustellung, aber in der Delegierung von risikoreichen, sehr sich wiederholenden und zeitkritischen Aufgaben an standardisierte Geräte, wodurch die Rolle menschlicher Bediener auf die Berechtigung, Aufsicht und Ausnahmebehandlung verschoben wird.
Aus diesem Grund verstärken auch internationale Öldienstleistungsunternehmen die automatisierte Richtbohrung, die Fernbedienung und die Verriegelung.Ein Automatisierungssystem, das allein die Effizienz erhöht, ohne die Sicherheitsgrenzen zu stärken, wird langfristig schwer weit verbreitet werden.- umgekehrt, wenn es gleichzeitig ungeplante Ausfallzeiten reduzieren, Expositionsrisiken mindern und die Betriebskonsistenz verbessern kann,Es wird schnell zu einem wichtigen Faktor für die digitale Transformation in den Ölfeldern werden.
III. Die wichtigsten Herausforderungen der unterirdischen Robotik liegen in der Miniaturisierung, hoher Zuverlässigkeit und Wiederherstellbarkeit.
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 robotsHohe Temperatur und Druck, Schlammverschmutzung, starke Vibrationen, extreme räumliche Einschränkungen,Und die Schwierigkeit des Abrufs erfordern alle, dass die Zuverlässigkeit die oberste Priorität für Downhole Robotics sein- Eine unnötige Komplexität erhöht die Ausfallwahrscheinlichkeit rasch; daher sollten bei der Konstruktion Modularität, Redundanz und Ausfallsicherheitsprinzipien im Vordergrund stehen.
Auf der Grundlage veröffentlichter Forschungsergebnisse und wissenschaftlicher Literatur sind Downhole-Roboter besser positioniert, um zuerst Durchbrüche in lokalisierten Anwendungen mit hohem Wert zu erzielen, wie z. B. Zweigleitungen,Präzisionsmessung, lokalisierte Steuerung und Unterstützung in komplexen Bohrungs-Abschnitten statt von Anfang an die volle Entscheidungsfindung über die Bohrungen zu übernehmen.Aktivierung, Stromversorgung, Kommunikation und Abruf können Roboter von experimentellen Plattformen zu einsetzbaren Feldgeräten überführen.
IV. Der Trend zu unbemannten Operationen bedeutet nicht die vollständige Beseitigung menschlicher Beteiligung, sondern die minimale Personalbesetzung vor Ort in Verbindung mit der Fernübernahme".
Die praktische Roadmap für unbemannte Bohrungen erfolgt in der Regel in drei Phasen.wenn einzelne Geräte nach vorprogrammierten Abläufen standardisierte Vorgänge ausführenDie zweite Phase ist die Prozessautomatisierung, bei der mehrere Geräte koordiniert werden, um eine einheitliche Aufgabe auszuführen.Durch die Einführung einer zentralisierten Master-KontrolleIn den meisten Fällen werden die Anwendungsbereiche für die Bereitstellung von Informationen und Informationen in den einzelnen Bereichen von der Kommission erörtert.Die meisten Projekte in der Industrie gehen von der zweiten auf die dritte Phase über.
Für die Hersteller von Bohr- und BohrgerätenDies bedeutet, dass zukünftige Produkte nicht nur die Anforderungen an die mechanische Leistung erfüllen, sondern auch die Identifizierungs- und Anruffähigkeit automatisierter Systeme unterstützen müssen.Die Grenzen der Produktparameter müssen beispielsweise klar definiert sein, abnormale Betriebsbedingungen müssen standardisiert sein, Betriebsregister müssen nachvollziehbar sein,und Empfehlungsschnittstellen maschinell lesbar sein müssenDas Unternehmen, das diese Standardisierungsbemühungen zuerst abschließt, wird besser positioniert sein, um seine Werkzeuge auf dem Werkzeuginventar für automatisierte Bohrgeräte aufzulisten.
V. Direkte Verbindung zwischen dem Automatisierungssystem und der Bohrmaschine
Viele Menschen betrachten Bohrroboter als ein hohes Steuerungsproblem, aber in Wirklichkeit hängt ihre Leistung eng mit dem Design des Bohrgeräts zusammen.Automatische Steuerungssysteme für das Bohren in Richtung und für das Bohren in die Tiefe sind sehr empfindlich auf die Stabilität der Werkzeugantwort ausgerichtet- wenn die Bohrmaschine unter bestimmten Betriebsbedingungen anfällig für starke Rutschen, seitliche Wendungen oder Steuerverzögerungen ist,Das Automatisierungssystem muss die Häufigkeit von Schutzmaßnahmen und Korrekturmaßnahmen erhöhen.Dies führt nicht nur zur Verringerung der Effizienz, sondern auch zur Beeinträchtigung der Systemstabilität.
Daher müssen bei der Auslegung von Bohrgeräten für das automatisierte Bohren mehr Wert als bei herkömmlichen Anwendungen auf eine konstante Reaktion, ein stabiles Betriebsfenster und vorhersehbare Ausfallmodi gelegt werden.Ein Werkzeug, das bei manueller Bedienung noch nur knapp funktioniert, kann in einem automatisierten System aufgrund einer übermäßig unregelmäßigen Reaktion abgelehnt werden.Mit anderen Worten, der Trend zu unbemannten Operationen führt dazu, daß Bohrgeräte von erfahrungsbasiert auf standardabhängig wechseln.
VI. Empfehlungen für Xingtong: Neudefinieren des Wertschöpfungspropositions des Werkzeugprodukts um automatisierte Zusammenarbeit.
Für Xingtong sind Bohrroboter und automatisiertes Bohren keine fernen Konzepte, sondern stellen die kritische Grenze für die Definition zukünftiger Werkzeugprodukte dar.Erstens:, eine umfassende Liste von Produktschnittstellen zu erstellen, die mit automatisiertem Bohren kompatibel sind, wobei die BHA-Kompatibilität, die Parametergrenzen und die Betriebsfenster für den Umgang mit Anomalien eindeutig festgelegt werden;,Stärkung der Forschung über eine konsistente Werkzeugantwort durch Quantifizierung der Schwingungsreduktion, der Flugbahnstabilisierung und der Bewertung der Werkzeuglebensdauer in systemzugänglichen Metriken; und drittens:Erstellen von kollaborativen Robotern für automatisierte Bohrungen um typische Bohrstellen, um die Online-Inhalte des Unternehmens von "Produkt-Einführungen" zu "Szenario-basierten Lösungen" zu verbessern.
Nur wenn ein Unternehmen eindeutig demonstrieren kann, wie seine Bohrmaschinen Bohrstellen mit geringerem Personal, automatisiertes Richtbohren,Wird die technische Messaging auf der Unternehmenswebsite wirklich an die Spitze der Branche ausgerichtet?Ansonsten werden die Produkte, selbst wenn sie hervorragend sind, angesichts des zukünftigen Trends zu unbemannten Operationen ihre Stimme verlieren.
Referenzen
- Liu Qingyou: "Forschungsfortschritte und Anwendungsperspektiven von unterirdischen Robotern".
- Das Team von Liu Qingyou: Phasenspezifische Forschungsmaterialien zum Thema intelligentes Bohren und Fertigstellen mit Hilfe von Bohrlochrobotern.
- Baker Hughes: Öffentlich zugängliche Informationen über automatisierte Bohrtechnologien wie i-Trak automatisierte Richtbohrungen.
- SLB: Öffentlich zugängliche Informationen über automatisierte Führung und intelligente Bohrsysteme.