در صنعت نفت و گاز، یک ربات حفاری به سادگی به یک بازوی رباتیک یا یک ماشین هوشمند مفهومی اشاره نمی کند.یک واحد اتوماسیون یکپارچه را نشان می دهد که شامل عملیات چاه است.با افزایش تقاضا برای کاهش نیروی انسانی، کنترل از راه دور و افزایش ایمنی،ربات های حفاری از تجهیزات کمکی به اجزای حیاتی سیستم های حفاری خودکار تبدیل می شوند، که به طور مستقیم بر پروتکل های رابط بین قطعه حفاری، ابزار سوراخ و سیستم کنترل سطح تاثیر می گذارد.
شکل 1 نمودار طرحی از ترکیب یک ربات حفاری و یک سیستم حفاری خودکار
شکل ۲: جریان کاری عملیاتی خودکار که شامل یک ربات حفاری است
شکل 3: طرح سناریوهای همکاری چند سطحی در یک چاه بدون سرنشین
I. ربات های حفاری سیستم های عملیاتی هستند، نه قطعات مستقل تجهیزات.
از منظر عملکردی، روبات های حفاری شامل حداقل سه دسته از اجزای: اول، تجهیزات خودکار سطح، مانند سیستم های تغذیه خودکار حفاری،دستگاه های خودکار برای ساخت و جدا کردن، سیستم های دستی خودکار و ماژول های عملیات سر چاه؛ دوم، محرک های سوراخ پایین، از جمله ابزارهای جهت گیری قابل کنترل، بررسی سوراخ پایین و ماژول های مداخله،و تجهیزات رباتیک برای عملیات لوله های پیچیدهو سوم، سیستم های کنترل جامع، قفل ایمنی و نظارت بر وضعیت که این دو دسته را ادغام می کنند.تنها زمانی که این سه دسته در یک پیکربندی هماهنگ با حلقه بسته کار می کنند، توانایی اتوماسیون ربات واقعاً ارزش را در کف دستگاه تولید می کند..
این تعریف برای تولید کنندگان سوراخ بسیار مهم است. در گذشته، سوراخ ها عمدتا به عنوان ابزار منفعل در نظر گرفته می شدند.ابعادبا این حال، در سناریوهای حفاری خودکار، داده های وضعیت بیت، پوشش عملیاتی آن،و ویژگی های اتصال آن با مجموعه سوراخ پایین همه به طور مستقیم بر منطق تصمیم گیری سیستم کنترل اصلی تاثیر می گذاردبه عبارت دیگر، سوراخ های آینده نه تنها باید "فعال" باشند بلکه "به راحتی قابل ادغام، به راحتی قابل شناسایی و قادر به همکاری بدون درنگ" نیز باشند.
ارزش اصلی سیستم های حفاری خودکار در کاهش خطر قرار گرفتن در معرض انسان است.
بسیاری از عملیات های حیاتی در چاه مدت ها به نظارت و کنترل فشرده و انسانی وابسته بوده اند، مانند پردازش یک لوله، عملیات سر چاه، نظارت مداوم بر پارامترها،و شناسایی شرایط غیرطبیعیهنگامی که این وظایف در محیط های فشار بالا، بار بالا و چند فرآیند همزمان انجام می شوند، به راحتی خطرات ایمنی را ایجاد می کنند.ارزش اصلی ربات های حفاری و سیستم های اتوماسیون در نمایش تکنولوژیک نیست، اما در اعزام وظایف پرخطر، بسیار تکراری و زمانبندی به تجهیزات استاندارد، بنابراین نقش اپراتورهای انسانی را به مجوز، نظارت و رسیدگی به استثناء تغییر می دهد.
به همین دلیل است که شرکت های خدمات نفتی بین المللی به طور مداوم در حال تقویت حفاری خودکار جهت دار، عملیات از راه دور و کنترل اتصال هستند.یک سیستم اتوماسیون که به تنهایی بهره وری را بدون تقویت مرزهای ایمنی افزایش می دهد، برای دستیابی به پذیرش گسترده در دراز مدت تلاش خواهد کرددر مقابل، اگر بتواند همزمان زمان توقف برنامه ریزی نشده را کاهش دهد، خطرات قرار گرفتن در معرض را کاهش دهد و ثبات عملیاتی را بهبود بخشد،به سرعت تبدیل به یک عامل کلیدی برای تحول دیجیتال در میدان های نفتی خواهد شد.
III. چالش های اصلی در رباتیک زیرزمینی در کوچک سازی، قابلیت اطمینان بالا و بازیافت است.
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 robotsدمای بالا و فشار بالا، آلودگی گل، لرزش شدید، محدودیت های فضایی شدید،و دشواری بازیافت همه نیاز به این است که قابلیت اطمینان اولویت اول برای رباتیک پایین سوراخ باشدهر گونه پیچیدگی غیر ضروری به سرعت احتمال شکست را افزایش می دهد؛ بنابراین، طراحی باید اولویت بندی شود.
بر اساس تحقیقات منتشر شده و ادبیات دانشگاهی، روبات های سوراخ پایین بهتر در موقعیت بهتری قرار دارند تا ابتدا در کاربردهای محلی با ارزش بالا، مانند عملیات خط شاخه،اندازه گیری دقیق، کنترل محلی و کمک در بخش های پیچیده چاه به جای انجام تصمیم گیری کامل حفاری از ابتدا.حرکت، تامین برق، ارتباطات و بازیابی می تواند انتقال روبات ها از سیستم عامل های تجربی به تجهیزات میدان قابل استفاده را کاهش دهد.
IV. گرایش به عملیات بدون سرنشین به معنای "کمیابی کامل مشارکت انسان" نیست، بلکه "کمترین تعداد پرسنل در محل همراه با کنترل از راه دور" است.
نقشه راه عملی برای بستر های چاه بدون سرنشین به طور معمول در سه مرحله انجام می شود.در صورتی که قطعات جداگانه تجهیزات عملیات استاندارد را بر اساس توالی های از پیش برنامه ریزی شده انجام دهند.مرحله دوم اتوماسیون فرآیند است که در آن دستگاه های متعدد برای انجام یک کار یکپارچه هماهنگ می شوند. تنها مرحله سوم به حداقل تعداد پرسنل در محل در سطح چاه دست می یابد.با پیاده سازی کنترل مرکزی، مراکز عملیات از راه دور، و روش های استاندارد برای رسیدگی به ناهنجاری ها، در نتیجه کاهش پرسنل در محل به حداقل مطلق.اکثر پروژه ها در صنعت از مرحله دوم به مرحله سوم در حال انتقال هستند.
برای تولید کنندگان ابزار حفاری و ابزار حفاریاین بدان معنی است که محصولات آینده نه تنها باید الزامات عملکرد مکانیکی را برآورده کنند بلکه همچنین از قابلیت شناسایی و فراخوانی سیستم های خودکار پشتیبانی کنند.به عنوان مثال، مرزهای پارامترهای محصول باید به وضوح تعریف شوند، شرایط غیرطبیعی کار باید استاندارد شوند، سوابق عملیاتی باید قابل ردیابی باشند،و رابط های توصیه باید قابل خواندن ماشین باشند.شرکتی که این تلاش های استاندارد سازی را ابتدا تکمیل کند، در موقعیت بهتری قرار خواهد گرفت تا ابزار خود را در فهرست ابزار برای دستگاه های حفاری خودکار ذکر کند.
V. اتصال مستقیم بین سیستم اتوماسیون و طراحی قطب حفاری
بسیاری از مردم ربات های حفاری را به عنوان یک مشکل کنترل سطح بالا می بینند، اما در واقعیت، عملکرد آنها به طور نزدیک به طراحی حفاری ربط دارد.سیستم های کنترل جهت گیری خودکار در هنگام حفاری و سوراخ پایین بسیار حساس به ثبات پاسخ ابزار هستنداگر در حال کار در شرایط خاصی، دریل مستعد لغزش شدید، چرخش جانبی یا تاخیر در هدایت باشد،سیستم اتوماسیون باید تعداد مداخلات حفاظتی و تنظیمات اصلاحی را افزایش دهددر نتیجه، نه تنها کارایی کاهش می یابد، بلکه ثبات سیستم نیز به خطر می افتد.
بنابراین، طراحی حفاری برای حفاری خودکار باید تاکید بیشتری نسبت به برنامه های کاربردی سنتی بر پاسخ مداوم، پنجره عملیاتی پایدار و حالت های شکست قابل پیش بینی داشته باشد.یک ابزار که هنوز هم می تواند در حال کار با دست کار کند ممکن است به دلیل پاسخ بیش از حد نامنظم در یک سیستم خودکار رد شودبه عبارت دیگر، گرایش به عملیات بدون سرنشین باعث می شود که محصولات حفاری از "مستند به تجربه" به "مستند به استاندارد" تغییر کنند.
VI. توصیه ها برای Xingtong: تعریف مجدد پیشنهاد ارزش محصول ابزار در اطراف قابلیت های همکاری خودکار.
برای Xingtong، ربات های حفاری و حفاری خودکار مفاهیم دور نیستند؛ آنها مرز حیاتی برای تعریف محصولات ابزار آینده را نشان می دهند.اول، ایجاد یک لیست جامع از رابط های محصول سازگار با حفاری خودکار، به وضوح مشخص سازگاری BHA، محدودیت پارامتر و پنجره های عملیاتی برای رسیدگی به ناهنجاری ها؛ دوم,تقویت تحقیقات در مورد پاسخ سازگاری ابزار با کمیت کاهش ارتعاش، ثبات مسیر و ارزیابی عمر ابزار به معیارهای قابل دسترسی به سیستم، و سوم،ساخت روبات های همکاری ٫ موارد استفاده از حفاری خودکار در اطراف بخش های معمولی چاه، به روزرسانی محتوای آنلاین شرکت از " معرفی محصولات" به " راه حل های مبتنی بر سناریو".
تنها زمانی که یک شرکت بتواند به وضوح نشان دهد که چگونه حفاری های آن از سایت های چاه با کارکنان کاهش یافته پشتیبانی می کنند، حفاری خودکار جهت دار،و سیستم های عملیاتی از راه دور پیام های فنی آن در وب سایت شرکت واقعا با برش لبه از صنعت هماهنگدر غیر این صورت، حتی اگر محصولات خودشان عالی باشند، در مقابل روند آینده به سمت عملیات بدون سرنشین، صدای خود را از دست می دهند.
مرجع
- لیو چینگو: پیشرفت تحقیقات و چشم انداز کاربرد روبات های زیرزمینی
- تیم لیو قینگیو: مواد تحقیقاتی خاص فاز در مورد حفاری هوشمند و تکمیل با استفاده از روبات های سوراخ.
- بیکر هیوز: اطلاعات عمومی در مورد فن آوری های حفاری خودکار مانند حفاری خودکار جهت دار i-Trak.
- SLB: اطلاعات عمومی در مورد هدایت خودکار و سیستم های حفاری هوشمند.