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隨著模塊化工業(yè)機(jī)械臂在Precision和H&P鉆井平臺(tái)上的安裝，陸地鉆井自動(dòng)化邁出重要一步
 
 
圖1 NOV公司ATOM RTX（如圖所示安裝于H&P618號(hào)鉆井平臺(tái)）是兩套工業(yè)機(jī)器人套裝的核心組件，這兩套套裝要么已在北美陸地鉆井平臺(tái)投入運(yùn)行，要么即將部署——分別是Precision Drilling公司的AlphaARMS和H&P公司的FlexRobotics。這些機(jī)械臂可裝配一系列可定制的末端執(zhí)行器，使其能夠模擬鉆井平臺(tái)上的各類作業(yè)活動(dòng)。它們還與鉆井平臺(tái)的過(guò)程控制系統(tǒng)及自動(dòng)化應(yīng)用相集成，從而無(wú)需司鉆進(jìn)行手動(dòng)操作。
 
過(guò)去幾十年里，行業(yè)始終在努力將人員從鉆臺(tái)“紅色危險(xiǎn)區(qū)域”撤離，這一工作已取得不同程度的成效。盡管鉆臺(tái)上的部分作業(yè)流程仍需人工操作——畢竟人類難以被完全替代，但自動(dòng)化與機(jī)器人技術(shù)的融合，已大幅降低了鉆臺(tái)人工操作的不確定性，同時(shí)將工作人員調(diào)至更安全的崗位，使其遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)域。
 
國(guó)民油井華高公司（NOV）于 2022年推出的ATOM RTX系統(tǒng)便是如此。該系統(tǒng)以一系列機(jī)械臂為核心，充當(dāng)流程自動(dòng)化與鉆臺(tái)作業(yè)執(zhí)行之間的機(jī)械化連接橋梁，可完成起下鉆、在鉆臺(tái)及高架管架上扶持鉆桿等任務(wù)。盡管此前已有一些機(jī)械化解決方案，但ATOM RTX是首款專為鉆井平臺(tái)研發(fā)的機(jī)械臂系統(tǒng)。事實(shí)證明，它能替代人工完成多種作業(yè)，這對(duì)那些希望擴(kuò)大自動(dòng)化應(yīng)用范圍的鉆井承包商來(lái)說(shuō)頗具價(jià)值。
 
行業(yè)內(nèi)一直有這樣的討論：在紅色危險(xiǎn)區(qū)域周邊作業(yè)，有沒(méi)有更優(yōu)的方法？在鉆井平臺(tái)上操作重型設(shè)備，有沒(méi)有更好的方式？NOV公司鉆機(jī)技術(shù)部門(mén)產(chǎn)品管理副總裁格雷厄姆?戴伊表示：“我們有能提供幫助的技術(shù)。這類技術(shù)在其他行業(yè)已應(yīng)用多年，而我們讓它在鉆井作業(yè)環(huán)境中落地成為了可能。隨著對(duì)該技術(shù)的認(rèn)知度提升和使用熟練度增加，行業(yè)相關(guān)方逐漸達(dá)成共識(shí)。他們看到了技術(shù)的實(shí)際成效，也有足夠信心部署這項(xiàng)技術(shù)，進(jìn)而提高團(tuán)隊(duì)的安全性和作業(yè)效率。”
 
該系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中成效顯著。去年，它首次部署于加拿大蒙特尼頁(yè)巖區(qū)Precision Drilling陸地鉆井平臺(tái)。在這個(gè)項(xiàng)目中，NOV機(jī)械臂與Precision公司AlphaAutomation軟件應(yīng)用相集成，形成AlphaARMS解決方案。
 
AlphaARMS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)95%的鉆臺(tái)作業(yè)自動(dòng)化，通過(guò)減少7萬(wàn)多個(gè)人工操作環(huán)節(jié)，降低鉆井作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)。
 
“說(shuō)到機(jī)器人技術(shù)，我們面臨不少挑戰(zhàn)。比如鉆具連接、起下鉆、下套管作業(yè)，如何把員工過(guò)去幾十年里打磨完善的作業(yè)流程，轉(zhuǎn)化為機(jī)器人也能完成的操作？”Precision Drilling公司美國(guó)鉆井業(yè)務(wù)副總裁羅布?休斯頓說(shuō)：“我們確實(shí)想涉足這一領(lǐng)域，而我們?cè)诩幽么蟮目蛻粢灿型瑯拥南敕?。這樣一套系統(tǒng)能為我們提供許多以往沒(méi)有的額外數(shù)據(jù)點(diǎn)，這讓我們能夠提升效率，在鉆臺(tái)作業(yè)及整個(gè)井眼建造過(guò)程中實(shí)現(xiàn)更高的一致性。”
 
NOV機(jī)器人系統(tǒng)也是H&P公司FlexRobotics系統(tǒng)的核心組件，該系統(tǒng)最近已安裝在618號(hào) FlexRig鉆井平臺(tái)上。該平臺(tái)計(jì)劃于9月部署至美國(guó)二疊紀(jì)盆地，并在當(dāng)月月底開(kāi)鉆，它是H&P 公司船隊(duì)中首個(gè)商業(yè)部署FlexRobotics系統(tǒng)的鉆井平臺(tái)。據(jù)H&P介紹，這也將是美國(guó)本土48州中首個(gè)配備工業(yè)機(jī)器人套裝的鉆井平臺(tái)。
 
該公司表示，這套設(shè)備的目的是將作業(yè)人員從紅色危險(xiǎn)區(qū)域撤離，同時(shí)保持甚至提升同等水平的運(yùn)營(yíng)效率。公司期望，該技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)的成功應(yīng)用能進(jìn)一步引發(fā)運(yùn)營(yíng)商的關(guān)注與采用。
 
H&P公司產(chǎn)品管理總監(jiān)托德??？怂菇忉尩溃?ldquo;通過(guò)這一鉆井平臺(tái)，我們致力于證明，配備機(jī)器人系統(tǒng)的鉆井平臺(tái)能夠達(dá)到與非機(jī)器人鉆井平臺(tái)同等的鉆井效率。至少，在實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定作業(yè)執(zhí)行的前提下，其性能不應(yīng)下降——這本身就成為一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。此外，我們還致力于擴(kuò)大該技術(shù)的應(yīng)用規(guī)模。應(yīng)用規(guī)模擴(kuò)大后，經(jīng)濟(jì)性與優(yōu)化效果將隨之提升；而要擴(kuò)大技術(shù)應(yīng)用，就必須實(shí)現(xiàn)可預(yù)測(cè)且高效的作業(yè)表現(xiàn)。”
 
 
機(jī)械臂的研發(fā)背景
 
盡管如今陸地和海上鉆井平臺(tái)已在商業(yè)應(yīng)用中采用了一些自動(dòng)化管柱處理系統(tǒng)，但這類系統(tǒng)多是通過(guò)重新設(shè)計(jì)無(wú)人作業(yè)流程定制開(kāi)發(fā)的，專門(mén)用于完成鉆臺(tái)任務(wù)。多數(shù)情況下，這會(huì)迫使鉆臺(tái)布局做出相應(yīng)調(diào)整，導(dǎo)致企業(yè)需要時(shí)難以恢復(fù)人工操作流程。這也使得部分系統(tǒng)推廣受限——不僅企業(yè)要為新技術(shù)投入大量資源，鉆井平臺(tái)還會(huì)被限制為只能使用自動(dòng)化管柱處理及鉆臺(tái)設(shè)備。
 
相比之下，利用機(jī)器人技術(shù)復(fù)刻人工任務(wù)，可基本保持原有作業(yè)流程不變。這對(duì)技術(shù)應(yīng)用而言是顯著優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榇蠖鄶?shù)鉆井平臺(tái)現(xiàn)有的作業(yè)流程已成熟可控，且通過(guò)傳統(tǒng)設(shè)備得到了充分驗(yàn)證。
 
“我們研發(fā)工具，尤其是機(jī)器人技術(shù)時(shí)，必須確保這些工具對(duì)鉆井團(tuán)隊(duì)有用。”NOV公司自動(dòng)化與機(jī)器人產(chǎn)品線經(jīng)理布蘭特?蘭澤特表示，這套系統(tǒng)并非要取代人類，而是能在紅色危險(xiǎn)區(qū)域承擔(dān)多項(xiàng)人工可完成的工作，發(fā)揮與人類同等的作用。NOV更傾向于將其視為改善作業(yè)環(huán)境的工具，讓工作人員能脫身處理其他任務(wù)。
 
 
 
圖2 NOV的陸地機(jī)器人系統(tǒng)包含兩臺(tái)安裝在鉆臺(tái)軌道上的六軸機(jī)械臂（分別稱為“L1”和“L2”），以及一臺(tái)位于二層臺(tái)的六軸機(jī)械臂（“U1”）。其中，U1負(fù)責(zé)井架工的所有鉆桿搬運(yùn)任務(wù)，L1承擔(dān)扶管和對(duì)扣作業(yè)，L2則負(fù)責(zé)涂絲扣油、泥漿控制及對(duì)扣導(dǎo)向工作。
 
該系統(tǒng)的機(jī)械臂源自專業(yè)研發(fā)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的第三方制造商。為適配油田作業(yè)場(chǎng)景，NOV研發(fā)并加裝了多種末端執(zhí)行器——即連接在機(jī)器人“手腕”處的外圍設(shè)備。這些執(zhí)行器相當(dāng)于機(jī)器人的“手”，能使其與周?chē)h(huán)境交互，且專為模擬鉆井平臺(tái)的各類作業(yè)活動(dòng)設(shè)計(jì)。
 
“這套機(jī)器人系統(tǒng)本身具備豐富功能，鉆臺(tái)扶管是其固有功能之一，集成泥漿桶功能也是其一。我們還對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了配置，使其能完成涂絲扣油和對(duì)扣作業(yè)，這同樣是其固有功能。但這些功能的另一特點(diǎn)是讓系統(tǒng)具備了可配置性。比如我們與Precision公司合作時(shí)，他們希望增加扶套管功能，我們便設(shè)計(jì)了相應(yīng)組件來(lái)實(shí)現(xiàn)。這就像iPhone，設(shè)備內(nèi)置諸多應(yīng)用程序作為固有功能，同時(shí)也支持定制化使用。” 戴伊解釋道。
 
機(jī)械臂與末端執(zhí)行器結(jié)合后，會(huì)集成到鉆井平臺(tái)的過(guò)程控制系統(tǒng)和自動(dòng)化應(yīng)用中，無(wú)需司鉆手動(dòng)操作機(jī)器人。司鉆只需監(jiān)督作業(yè)，并啟動(dòng)機(jī)器人需要執(zhí)行的流程即可。設(shè)備的作業(yè)路徑已預(yù)先規(guī)劃，覆蓋鉆桿和套管處理的每個(gè)操作環(huán)節(jié)。
 
此外，該系統(tǒng)會(huì)持續(xù)監(jiān)測(cè)鉆柱stump高度（即鉆柱在井口以下的殘留高度）和井口中心位置，同時(shí)配備閘門(mén)安全系統(tǒng)，一旦檢測(cè)到有人進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，會(huì)立即停止所有機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。
 
“我們的機(jī)器人并不實(shí)際搬運(yùn)鉆桿，因此無(wú)需配備能承受全部負(fù)載的重型設(shè)備。”蘭澤特說(shuō)：“我們借助鉆井平臺(tái)現(xiàn)有的吊卡和絞車(chē)來(lái)起吊鉆桿，機(jī)器人僅作為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)使用。這和人工操作方式完全一致——就像井架工和鉆臺(tái)工負(fù)責(zé)扶管那樣，我們讓機(jī)器人做的是同樣的工作。正因無(wú)需實(shí)際起吊設(shè)備，這套系統(tǒng)的占地面積得以控制在較小范圍，且實(shí)現(xiàn)了模塊化設(shè)計(jì)。”
 
盡管這套設(shè)備也可用于海上鉆井平臺(tái)，但最初是為復(fù)刻陸地鉆井平臺(tái)的作業(yè)流程研發(fā)的。在北美典型的陸地鉆井作業(yè)中，為節(jié)省時(shí)間和成本，在一個(gè)井場(chǎng)批量鉆探多口井是常見(jiàn)做法。因此，負(fù)責(zé)連接作業(yè)時(shí)操作鉆桿和設(shè)備的工人（通常是一名井架工和兩名鉆臺(tái)工），除了完成連接作業(yè)，還常需同時(shí)處理其他任務(wù)，比如丈量套管、采集泥漿或巖屑樣本、進(jìn)行設(shè)備維護(hù)等。每當(dāng)需要進(jìn)行連接作業(yè)時(shí)，他們就得回到鉆臺(tái)，這會(huì)打斷手頭的其他工作。
 
而通過(guò)ATOM RTX套裝與自動(dòng)化系統(tǒng)的協(xié)同，鉆井團(tuán)隊(duì)成員無(wú)需再為這些高頻連接作業(yè)往返鉆臺(tái)，得以專注于手頭的其他任務(wù)而不受干擾。這有助于改善設(shè)備狀況，從而增加鉆井平臺(tái)的有效作業(yè)時(shí)間，減少停機(jī)時(shí)間。
 
此外，由于這套機(jī)器人系統(tǒng)省去了人工連接環(huán)節(jié)，工作人員能有更多時(shí)間完成新作業(yè)前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，進(jìn)而縮短非生產(chǎn)時(shí)間。
 
戴伊強(qiáng)調(diào)了機(jī)器人技術(shù)在改善鉆臺(tái)作業(yè)流程中的重要性：“對(duì)我們而言，想通過(guò)這套系統(tǒng)傳遞的核心是，鉆井團(tuán)隊(duì)是作業(yè)順利開(kāi)展的關(guān)鍵。這一點(diǎn)必須得到重視——鉆井團(tuán)隊(duì)是我們的最終用戶。如果我們研發(fā)的技術(shù)能獲得他們認(rèn)可，且能為工作帶來(lái)便利，他們自然會(huì)愿意使用。”
 
目前，這套機(jī)器人設(shè)備已在全球4臺(tái)陸地鉆井平臺(tái)投入使用或簽訂交付合同；在海上鉆井領(lǐng)域，已在1座自升式鉆井平臺(tái)和9艘鉆井船上運(yùn)行或簽訂交付合同。
 
不過(guò)，海上作業(yè)不會(huì)用到其管柱處理功能。這些機(jī)械臂會(huì)搭載用于涂絲扣油和泥漿控制的末端執(zhí)行器，另有多項(xiàng)功能正處于不同研發(fā)階段。
 
“海上鉆井平臺(tái)已配備大量機(jī)械化設(shè)備，能完成管柱導(dǎo)向等任務(wù)，也有實(shí)現(xiàn)流程自動(dòng)化的系統(tǒng)。” 蘭澤特說(shuō)：“但仍有工作人員需要進(jìn)入紅色危險(xiǎn)區(qū)域，從事涂絲扣油、操作鉆桿吊卡的鎖定環(huán)或套管接箍等工作，而這套系統(tǒng)非常適合完成這些任務(wù)。目前海上紅色危險(xiǎn)區(qū)域仍有多項(xiàng)人工操作，我們正針對(duì)這些場(chǎng)景研發(fā)可供機(jī)器人使用的工具。”
 
Precision公司在加拿大的應(yīng)用案例
 
休斯頓表示，Precision公司之所以能參與這套機(jī)器人設(shè)備的應(yīng)用，關(guān)鍵在于各方在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間處于了恰當(dāng)?shù)奈恢谩?021年，他剛擔(dān)任Precision公司鉆機(jī)技術(shù)總監(jiān)不久，關(guān)于在加拿大蒙特尼頁(yè)巖區(qū)部署該技術(shù)的討論就已啟動(dòng)。
 
他回憶道，在與NOV公司的初次交流中，機(jī)械臂的模塊化設(shè)計(jì)就吸引了他。“目前行業(yè)內(nèi)沒(méi)有新建鉆機(jī)的計(jì)劃，所以模塊化方案很有實(shí)際意義。”
 
在得克薩斯州納瓦索塔的NOV試驗(yàn)鉆機(jī)上開(kāi)展的測(cè)試顯示，這套機(jī)械臂系統(tǒng)既能保持模塊化特性，又能充分融入鉆機(jī)設(shè)計(jì)，將對(duì)鉆機(jī)遷移的影響降至最低——僅使安裝和拆卸時(shí)間增加約兩小時(shí)。此外，若有需要，經(jīng)過(guò)適當(dāng)改造后，該系統(tǒng)還可移至船隊(duì)中的其他鉆機(jī)使用。而且，即便機(jī)械臂出現(xiàn)故障，所有管柱處理作業(yè)仍可手動(dòng)完成，因?yàn)镻recision公司仍有一級(jí)鉆井平臺(tái)資產(chǎn)可用，這為作業(yè)提供了額外的冗余保障。
 
“如果我在一臺(tái)鉆機(jī)上投入了資金，而合同發(fā)生變化，相比那些圍繞機(jī)器人技術(shù)建造的鉆機(jī)，我能更輕松地將這套設(shè)備轉(zhuǎn)移到另一臺(tái)鉆機(jī)上。” 休斯頓說(shuō)：“如果設(shè)備是固定安裝的，會(huì)帶來(lái)大量成本和風(fēng)險(xiǎn)。此外，我們不希望失去自主決策能力。如果客戶想要更換鉆桿柱，就需要一個(gè)足夠靈活的系統(tǒng)，確保這種情況不會(huì)導(dǎo)致作業(yè)中斷。”
 
Precision公司和運(yùn)營(yíng)商都認(rèn)識(shí)到該技術(shù)在安全方面的價(jià)值，機(jī)器人技術(shù)有助于降低鉆井過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)。“我們希望實(shí)現(xiàn)閉環(huán)鉆井。”休斯頓表示，自動(dòng)化可以處理井下的所有工作，但鉆臺(tái)上仍然存在各種變量。這套系統(tǒng)的功能特性至關(guān)重要，他們需要一個(gè)能夠復(fù)刻當(dāng)前作業(yè)流程、而非另起爐灶的系統(tǒng)——就讓機(jī)器人去做人類正在做的工作。
 
2023年初，這套系統(tǒng)首次安裝在Precision公司的鉆機(jī)上，進(jìn)行部署前的測(cè)試。期間發(fā)現(xiàn)了若干問(wèn)題，且都已針對(duì)性解決。例如，結(jié)合當(dāng)前鉆機(jī)設(shè)計(jì)和硬件布局，Precision公司發(fā)現(xiàn)存在電氣干擾問(wèn)題：當(dāng)鉆臺(tái)上其他設(shè)備運(yùn)行時(shí)，會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人出現(xiàn)故障。原因在于NOV試驗(yàn)鉆機(jī)與Precision鉆機(jī)在布局上存在差異，主要是機(jī)械臂與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的距離不同。為解決該問(wèn)題，公司安裝了諧波濾波系統(tǒng)，以降低鉆臺(tái)周?chē)碾姎庠肼暋?br />  
另一個(gè)問(wèn)題與鉆柱設(shè)計(jì)和使用的標(biāo)準(zhǔn)化需求相關(guān)。如果運(yùn)營(yíng)商想根據(jù)井眼軌跡更改鉆柱設(shè)計(jì)或調(diào)整鉆柱中加重鉆桿的數(shù)量，這類變更無(wú)法再臨時(shí)進(jìn)行，需要額外的預(yù)先規(guī)劃，明確機(jī)器人如何排列和處理管柱。鑒于此，Precision公司在系統(tǒng)中融入了靈活性，使其能夠適配多種鉆柱設(shè)計(jì)，且調(diào)整過(guò)程幾乎無(wú)需耗時(shí)。
 
研究還發(fā)現(xiàn)，極端天氣會(huì)導(dǎo)致液壓驅(qū)動(dòng)設(shè)備（如吊卡和鐵鉆工）運(yùn)行速度減慢。機(jī)械臂為電動(dòng)，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在寒冷天氣（低于零下15華氏度）中也會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行減速的情況。通過(guò)在低溫環(huán)境下使用不同的潤(rùn)滑脂，這一問(wèn)題得到了緩解。
 
AlphaAutomation軟件也進(jìn)行了更新，新增“寒冷天氣模式”：該模式會(huì)使機(jī)械臂持續(xù)進(jìn)行小幅運(yùn)動(dòng)，以降低潤(rùn)滑脂的黏稠度。必要時(shí)，鉆井平臺(tái)還可啟用電動(dòng)加熱套為機(jī)械臂保溫。到調(diào)試階段結(jié)束時(shí)，機(jī)器人技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)已找到新穎且富有創(chuàng)意的方法，不僅改善了新設(shè)備在寒冷天氣下的性能，也對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化。
 
鉆井團(tuán)隊(duì)在熟練掌握機(jī)械臂操作及與機(jī)械臂協(xié)同作業(yè)方面，也經(jīng)歷了一個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程。出于安全考慮，所有機(jī)器人操作序列都必須由司鉆啟動(dòng)并確認(rèn)后，才能進(jìn)入流程的下一個(gè)序列。起初，所有司鉆都是一次啟動(dòng)并監(jiān)督一個(gè)序列直至完成；當(dāng)他們對(duì)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)方式及每個(gè)序列所需時(shí)間更加熟悉后，便可以利用多機(jī)控制功能將部分序列重疊進(jìn)行。
 
例如，熟練操作后，司鉆可以在鉆臺(tái)機(jī)器人完成當(dāng)前任務(wù)的同時(shí)，啟動(dòng)游車(chē)上升，并觸發(fā)井架工機(jī)器人程序，使其開(kāi)始從指梁抓取鉆桿立柱。由于不同司鉆的連接作業(yè)時(shí)間存在差異，顯然司鉆個(gè)人對(duì)系統(tǒng)的熟練程度是通過(guò)機(jī)器人技術(shù)實(shí)現(xiàn)省時(shí)的關(guān)鍵因素。這些經(jīng)驗(yàn)被收集起來(lái)分享給研發(fā)團(tuán)隊(duì)，隨后被編寫(xiě)進(jìn)操作程序中，以持續(xù)提升效率。
 
休斯頓指出，Precision公司及運(yùn)營(yíng)商此前在NOV訓(xùn)練鉆機(jī)上進(jìn)行的系統(tǒng)培訓(xùn)，以及虛擬模擬器培訓(xùn)，極大地縮短了鉆井團(tuán)隊(duì)的學(xué)習(xí)周期。“我們讓客戶和司鉆一起學(xué)習(xí)這套系統(tǒng)，這非常有助于讓所有人都具備靈活應(yīng)對(duì)的能力——運(yùn)營(yíng)商了解我們的技術(shù)能力，司鉆也清楚運(yùn)營(yíng)商的需求。”
 
休斯頓表示，自2024年第一季度投入實(shí)際使用以來(lái)，這套設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)的表現(xiàn) “超出了預(yù)期”。Precision最初計(jì)劃實(shí)現(xiàn)僅80%的鉆臺(tái)作業(yè)自動(dòng)化，這意味著鉆井平臺(tái)在20%的運(yùn)行時(shí)間里，仍需要人員在鉆臺(tái)上親自操作設(shè)備。
 
然而，該公司目前已實(shí)現(xiàn)95%的鉆臺(tái)作業(yè)自動(dòng)化，大幅減少了主要負(fù)責(zé)連接作業(yè)的團(tuán)隊(duì)成員暴露在危險(xiǎn)環(huán)境中的時(shí)間，超出預(yù)期。
 
與一臺(tái)規(guī)格相同的傳統(tǒng)姊妹鉆機(jī)相比，在使用機(jī)器人處理重復(fù)性手動(dòng)鉆臺(tái)任務(wù)的情況下，配備機(jī)器人的鉆機(jī)上的工人每?jī)芍茉阢@臺(tái)上的工作時(shí)間減少了約2.7天。這意味著他們?cè)阢@臺(tái)上的累計(jì)工作時(shí)長(zhǎng)減少了36%，而節(jié)省出的時(shí)間可用于鉆機(jī)維護(hù)以及專注于縮短非生產(chǎn)時(shí)間。
 
這套機(jī)器人設(shè)備還帶來(lái)了效率提升：與傳統(tǒng)姊妹鉆機(jī)相比，配備機(jī)器人的鉆機(jī)在起鉆作業(yè)的一致性方面提升了36%，下鉆作業(yè)的一致性提升了21%。此處的“一致性”以每小時(shí)起下鉆立柱數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)衡量。
 
休斯頓表示，Precision公司目前對(duì)該系統(tǒng)的主要關(guān)注點(diǎn)是將其推廣到其他鉆機(jī)，并吸引更多運(yùn)營(yíng)商參與，關(guān)于未來(lái)項(xiàng)目的相關(guān)洽談?wù)谕七M(jìn)中。
 
“我認(rèn)為在推廣這項(xiàng)技術(shù)的過(guò)程中，我們各方都肩負(fù)著責(zé)任。作為鉆井承包商，我們可以做出戰(zhàn)略性決策，實(shí)現(xiàn)鉆臺(tái)環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)化，這會(huì)讓推廣工作更易開(kāi)展——因?yàn)槲覀儠?huì)有許多風(fēng)格極為相似、功能相同的鉆機(jī)?？蛻舯仨毘蔀楹献骰锇椋瑸槲覀兲峁┻@項(xiàng)技術(shù)能夠成功的理由；我們還需要套管公司等支持服務(wù)方與我們合作，以便隨時(shí)為下一步工作做好準(zhǔn)備。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要眾多相關(guān)方協(xié)同合作。”
 
H&P公司在二疊紀(jì)盆地鉆機(jī)上的技術(shù)部署
 
NOV為H&P公司的FlexRobotics設(shè)備套件提供了ATOM機(jī)械臂。該套件近期已安裝在休斯頓的 618號(hào)FlexRig鉆機(jī)上，計(jì)劃于9月轉(zhuǎn)移至二疊紀(jì)盆地。
 
此次安裝與NOV公司機(jī)械臂的原始設(shè)計(jì)并無(wú)明顯差異—— 一個(gè)機(jī)械臂位于鉆臺(tái)的絞車(chē)前方，另一個(gè)部署在司鉆房附近的鉆臺(tái)上，第三個(gè)則安裝在二層臺(tái)，負(fù)責(zé)鉆桿操作任務(wù)。
 
此外，NOV公司還在鉆臺(tái)上配備了stump高度檢測(cè)系統(tǒng)和危險(xiǎn)區(qū)域管理系統(tǒng)，并對(duì)機(jī)械臂的代碼進(jìn)行了更新，以實(shí)現(xiàn)與H&P公司自動(dòng)化應(yīng)用程序的無(wú)縫集成。
 

圖3  H&P公司618號(hào)鉆井平臺(tái)已安裝閘門(mén)安全系統(tǒng)，用于保障作業(yè)人員安全——一旦檢測(cè)到有人進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，系統(tǒng)會(huì)立即終止所有機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。
 
?？怂贡硎荆?ldquo;NOV的代碼與H&P的代碼協(xié)同運(yùn)行。我們的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在于，能在鉆機(jī)上自主開(kāi)發(fā)并實(shí)施所有控制代碼，因此無(wú)需完全依賴原始設(shè)備制造商（OEM），就能獨(dú)立確保所有系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。作業(yè)交接給機(jī)械臂時(shí)，由NOV的操作代碼控制其運(yùn)行；而當(dāng)機(jī)械臂將作業(yè)交還給我們的設(shè)備時(shí)，我們的代碼會(huì)繼續(xù)執(zhí)行操作。鉆臺(tái)上多項(xiàng)作業(yè)同步進(jìn)行——絞車(chē)在運(yùn)轉(zhuǎn)，鉆具包在移動(dòng)，卡瓦在安放。”
 
H&P公司于2022年首次與NOV及一家作業(yè)公司就該機(jī)器人套件展開(kāi)洽談，同年9月下達(dá)了該系統(tǒng)的首批訂單。2024年5月，NOV在位于俄克拉荷馬州塔爾薩市的H&P研發(fā)中心918號(hào)FlexRig 鉆機(jī)上安裝了機(jī)械臂原型機(jī)，啟動(dòng)初步測(cè)試。此次測(cè)試相對(duì)簡(jiǎn)單，主要目的是確保系統(tǒng)按預(yù)期運(yùn)行、達(dá)到預(yù)設(shè)關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)（KPIs）、保證鉆機(jī)操作人員的學(xué)習(xí)曲線不過(guò)于陡峭，以及驗(yàn)證該系統(tǒng)與鉆機(jī)操作代碼及設(shè)備區(qū)域管理系統(tǒng)的兼容性。
 
?？怂贡硎荆?ldquo;設(shè)計(jì)階段，我們就希望盡可能減少司鉆的額外工作量。將該技術(shù)安裝到618號(hào)FlexRig鉆機(jī)前，我們已在研發(fā)用鉆機(jī)上對(duì)其進(jìn)行了數(shù)年評(píng)估，因此能與司鉆們密切合作，將他們的反饋融入系統(tǒng)中。這里的作業(yè)交接與非自動(dòng)化鉆機(jī)上的方式類似，區(qū)別僅在于，他們是把鉆桿交給機(jī)械臂，而非團(tuán)隊(duì)成員。”