袁方，杨双业，鲁建锋，樊勇利，张文英，冉洋

（1.宝鸡石油机械有限责任公司)

(2.中油国家油气钻井装备工程技术研究中心有限公司)

(3.长城钻探工程有限公司西部钻井有限公司）

引 言

面对油气开发对钻机设备安全性、可靠性、高效性、智能性要求日益严苛、依靠现有工程技术已经难以为继，当前以智能化为代表的钻机设备技术革命拉开序幕，革命的核心是信息化、自动化、智能化，这场革命正以前所未有的态势向我们席卷而来。它将人工智能、云计算、大数据、物联网、机器人等技术有机融合，引起钻机设备领域颠覆性的变化，推动着我们进入一个有更高生产力的新时代。我们必须借助和顺应这场科技革命，把钻机装备提高到新的层次。在国家、地方各政府部门的引导下，为促进工业经济结构调整和转型升级，推动制造业高质量发展，还制定了相关政策和规定，如：两化融合等，均提出工业互联网平台建设与应用推广，内容涵盖：工业互联网平台建设、各类云化工业软件和工业APP的研发应用、工业大数据服务平台建设等。在宏观环境中对企业应用新一代信息技术与现代制造业的融合创新提供保障。

视频监控系统在铁路发挥的作用越来越大，监控范围越来越广，清晰度越来越高，存储时间也由原来3～15天提升到15～90天，视频数据量急剧增加。目前这些数据采用单一的高性能存储、IPSAN方式进行数据存储，其成本将大幅攀升。但是，大多数空前增加的数据却是“冷数据”，即不常访问的数据。存储这些不常用的数据存储设备的空间利用率低、能耗高、成本高。

1 技术现状

由于石油钻机常年在野外偏僻、交通困难且经常搬家的场合中应用，用户、资产管理部门以及制造商均无法及时准确掌握钻机实际运行状况，关键设备使用、维护等方面出现的问题得不到及时预警、提示和有效解决，有可能造成巨大的经济损失和人身伤害。另外，设备档案信息未形成结构化数据，在产品制造、使用、维护等方面的经验无法得到良好传承，所积累的技术优势不能充分发挥。无论油田用户还是制造商都渴望实现对在役钻机实施有效监测，提前预防设备故障的发生，指导故障排除，保证设备正常工作。

近年来，随着钻进数据信息采集技术的迅速发展，世界各大石油公司相继开始致力于研究石油钻井自动化、智能化以及加强钻井数字化建设，提高钻井技术和生产管理水平。

1.1 国外技术现状

近年来，随着钻进数据信息采集技术的迅速发展，世界各大石油公司相继开始致力于研究石油钻井自动化、智能化以及加强钻井数字化建设，提高钻井技术和生产管理水平。美国国民油井(National Oilwell)公司的电子司钻CyberBase、阿克公司的钻井可视系统Drill—view等系统不仅集中动态显示钻井过程和设备的参数，同时还将工业电视监控系统也集成显示，系统具备多客户端，通过接人局域网或者广域网具备远程监控功能，能在线实时查看或回看各种数据。

图1 斯伦贝谢智能系统应用

1.2 国内技术现状

在泥浆泵、绞车等钻机关键设备的典型部位预装压力、流量、震动等传感器，实现对关键设备典型部位的监测和故障诊断，通过对钻机关键设备故障诊断机理、故障诊断算法和故障特征值识别等技术的攻关；实现在设备故障还未发生或较轻微时，提前预判设备故障征兆，确保设备安全稳定运行。

用虚拟现实技术对钻机关键设备进行三维数字化建模，以现场实时数据驱动设备虚拟数字模型运转，实现三维虚拟数字模型与现场实体设备的状态同步，提高故障诊断与预测性维护的可视化能力，解决传统文字形式的故障诊断结论与预测维保方案不直观、难理解的问题。

式中n为样本数，qi(j)是降序排列的水文参数。即qi(1)≥qi(2)≥…≥qi(n)。如果水文参数符合单元尺度，即式(8)对所有的统计矩成立，并且尺度指数H是不变的，独立于统计k。如果式(8)成立，但是H随着统计矩的变化而变化则是多元尺度。

已实现应用各类传感器采集现场数据，并通过无线网络、有线网络、卫星等方式将数据进行传输并存储至云平台。单套钻机监测设备可达30套，采集参数可达1800点。系统功能开发已见雏形，该平台主要功能包括：数据在线监测、历史记录查询、实时曲线查看、初步故障分析等，总体已实现实时在线监测钻机运行状况，辅助诊断设备故障原因和定位故障点。多终端多平台应用便利，已形成队长办公室、钻探公司、钻机制造商、移动APP两种形式四类平台的多客户端应用模式。每类客户端可分别设置不同的管理权限，便于各级部门及时获取其所关注的信息。目前油田已有15套钻机安装应用该平台。石油钻机产品信息化平台建设基本完成。

2 关键应用技术

B7-H4和B7-H6蛋白在卵巢癌细胞胞质和胞膜表达，呈现强或中等强度染色，呈灶状或片状分布，间质细胞中无或弱染色。B7-H4在卵巢恶性肿瘤中的A评级为3、B评级 3，IHS为9；B7-H6在卵巢恶性肿瘤中的A评级为3、B评级 3，IHS为9。

我也不知道是犯了什么神经，好像故意要在大家面前显得自己很拽，就只说了一个字，坐。她就一个人坐在角落那里，我就继续跟大家聊剧本。我们一聊就是很久，差不多一个多小时的时间里，我没有跟她讲一句话。一个多小时以后，她站起来说，Jackie我先走了，我说好啊。

建立石油钻机钻井装备故障诊断模型，建设石油钻机钻井装备维护、保养、故障判断准则知识库。目前采用的部分分析方法包括：

2.1 双司钻集成控制技术

为了保障数据安全采集、传输、存储，数据质量准确性，进行数据规范定义等。石油钻机产品信息化平台的历史数据均存储在中石油集团数据中心，有效的保证了数据的安全性。

2.2 石油钻机远程监测平台数据边缘计算技术

在数据源进行采集分析，除去干扰数据保留有效数据并进行处理分析，仅将结果处理结果传至云端，以降低传输频率，但不影响云端对边缘计算的历史数据访问。

2.3 基于云部署的钻机设备全局数据管理

钻机配有司钻操作台和管柱操作台双司钻操作系统。通过这两套座椅的协同配合实现绞车、钻井泵、顶驱（转盘）、猫头、吊卡、卡瓦等钻井设备和管柱自动化设备的远程集中式操作，同时系统的运行状态信息和操作信息可以在人机界面上实时显示。

宝石机械的钻机在线监测与技术服务系统属于集团公司物联网（C10）实施项目之一，目前该平台整合了一体化配件管理系统、远程监测系统、故障诊断与分析系统、电子档案系统、设备信息识别系统以及音视频协同系统，并将全部业务实现数字化转换。既为公司内部技术与服务业务提供数字化技术支持，又为使用相关服务的用户管理人员、作业队伍提供相应权限入口，可以与宝石机械idriller钻机操作系统配合为勘探开发生产业务提供了一个低成本、高效率的数字化生态系统。

2.4 多传感器融合技术

在数字油田发展的大背景下，国内各钻机制造商都开展了钻机在线监测及远程诊断系统研制，；例如宝石机械的钻机在线监测与技术服务系统、四川宏华iDrill钻井生产运营管理平台、烟台杰瑞石油服务集团股份有限公司（Jereh）远程指挥决策系统等钻机信息化系统，实现钻井装备状态参数以及钻井工艺过程参数的网络化、信息化远程在线监测，为钻机设备故障征兆预判和诊断提供技术平台，降低设备故障率，减少钻机停钻等待时间。

2.5 专家知识库模型建设及数据库管理技术

真正以生为本的课堂是基于学生的学情的，教师了解、尊重学生的已知，新知学习是建立在学生已有理解水平之上的。如何能找准学生学习的起点？课前预习。课堂上，教师直接从反馈学生预习情况入手，同样能达到简约、实在的效果。

名称 方式1 限值报警 基于国标、行业标准、出厂标准或设备本身材料性能指标给出预警、报警值2 步长报警 基于两次采样的变化量进行报警，主要用于监控突发情况造成的监控幅值瞬时大幅变化

3 趋势报警 等时间的温度变化量进行报警，主要用于能量累积类指标，监控一段时间能量积累、释放速度判断零部件是否异常4 有效值报警 通过计算该参数一段时间的均方根值，判断设备整体运行状态5 基于SPC的限制报警 通过统计该参数的分布规律，对于属于正态分布的参数可通过数据超限概率进行预警、报警6 线性回归报警 通过多参数综合统计，拟合标准线性关系，对于偏离点进行报警7 同类差值报警 相同工况下两台设备或同设备两个相近参数进行对比报警8 相似度报警 方式一同类设备或相近参数进行一段时间的波形对比，计算Pearson相关系数进行整体偏离报警。方式二两曲线同时刻的差值做均方差处理

2.6 石油钻机远程监测平台与生产自动化信息协同管理、识别技术

钻机关键设备信息识别系统（RFID）作为钻机标准配置，安装在设备铭牌附近，手持式识别区靠近标签附近就可识别此设备相关的信息，包含识别使用说明书、维护保养手册、备件清单等信息。由故障诊断提示的备件更换均要在设备生产厂商的库房、用户的备件库房之间进行信息传递，库房的备件情况可根据实际情况向生产系统提供生产依据。目前井站设备、仪表等，它们的运行维护等参数全部靠手动记录，这样容易出错，导致设备维护不及时或使用时间超过使用寿命而发生安全事故。在大力推进油田数字化建设的同时采用RFID技术，将电子标签嵌入设备中，通过阅读器可以随时读取数据，对设备进行定期跟踪，可以有效掌握设备的运行情况、维修保养信息，并通过传输系统将采集到的设备信息上传至生产管理子系统，进行分析。这样可以保证生产安全、稳定运行。

能刺激父亲的语言就是说说“牵猪牯”。李打油说：老叔，你成天不愁，困在床上怀念猪牯是吧，猪牯是李湾村小的有功之臣，死后葬在学校后山松林里，学生说那是八戒之墓呢。我一直搞不懂，猪牯在你的坚强领导下，发扬连续作战精神，从来不脱靶，我烧个窑，为何这么艰难！窑不就像母猪的肚皮吗，装进好好的砖坯瓦筒，前几次蛮顺，后来连着出废品，这要怪母猪地不好还是怪猪牯种不好呀？

2.7 设备三维数字化建模与虚拟同步技术

宝鸡石油机械有限责任公司（国家油气钻井装备工程技术研究中心）于2016年底将“石油钻机在线监测与远程诊断系统”列入2017年科研开发计划。并于2017年初，将“石油钻机远程监测与技术服务”项目内容纳入集团公司“十三五”信息技术总体规划，归属为装备制造物联网系统建设。

3 试验及现场应用效果

2019年7月，渤海钻探订购的钻机中配套了石油钻机产品信息化平台，并于年中在新疆克拉玛依组装调试完成，投入使用。该平台具有具有钻机关键设备在线监测、计划性维保提醒、超限告警、音视频远程支持、配件库查询、档案查询等功能，使得现场钻机使用、维护等方面出现的问题得到及时预警、提示和有效帮助并提前预防设备故障的发生，指导故障排除，保证设备正常工作。

图2 宝石钻机产品信息化平台功能图

可实现钻井过程中，对所属钻机设备运行参数、运维管理参数等的在线实时监测和维保提示服务，有利于钻探机关后台设备管理人员、现场操作人员对设备运行状态进行实时了解；同时依托钻机档案查询功能，调取故障部件型号快速查询附近配件库库存情况，根据需要及时网上订购和发运，实现全过程一体化服务。

图3 故障诊断系统运行示意图

各级管理单位（钻探公司、钻探企业、中油油服）通过其可实时在线监测其所管理的多台配备该平台的钻机实际运行状况，为管理单位远程集中管理和决策提供信息支持服务。在系统使用过程中，通讯状态良好，系统功能稳定，能够有效、实时地监测绞车、钻井泵、柴油发电机组等设备的状态参数，并能够及时给出维保提醒和进行超限告警，其它配套功能也工作正常。

4 结论

石油钻机产品信息化平台技术完成了多种子系统软件的研发和建设，填补了国内该领域的空白，各项技术性能指标均达到国内先进水平。目前该技术已在中石油大庆钻探、川庆钻探、西部钻探、长城钻探、渤海钻探等完成60余套油田现场应用，可实现钻井过程中，对所属钻机设备运行参数、运维管理参数等的在线实时监测和维保提示服务，有利于钻探机关后台设备管理人员、现场操作人员对设备运行状态进行实时了解；同时依托钻机档案查询功能，调取故障部件型号快速查询附近配件库库存情况，根据需要及时网上订购和发运，实现全过程一体化服务。

图4 一体化配件管理系统数据流转示意

对用户的意义：宝石机械在用钻机性能提升、电动化改造等服务能够有效改善大型装备的作业风险，提高设备效率性能，避免了大型装备的降级使用。同时远程技术支持等服务，避免了用户装备因缺乏配件、技术支持等原因导致的设备长期停机怠工，也降低了用户使用早期设备、已停产设备的安全风险，进一步延长了设备使用寿命，延缓用户更新换代钻采装备的成本投入。

对制造商的意义：宝石钻机产品信息化平台为用户提供了数字化工具，帮助勘探开发的上下游企业共同提高作业效率，降低综合成本，有力推动了用户和合作单位作业协作化，最大限度地解决专业隔离和沟通不畅问题，为用户和合作单位提供一个接口分级设置、数据粗粒度、兼顾扩展与继承性开发的数字化生态系统，实现数字化系统的无障碍扩展性，一定程度上改变了传统装备制造业务旧范式，为用户和合作单位合作共赢积极探索了一条一体化发展新路子。