石油和天然氣鉆井較復雜，需要精確、一致地執行井計劃，以確保安全和井筒質量，同時最大限度地提高效率，減少對環境的影響。作為鉆臺的指揮官，司鉆按照操作程序執行任務，通過多個屏幕和控制設備控制重型機械，同時確保工作人員的安全。司鉆還必須控制鉆井設備，生成代表井筒狀況的數據，如摩擦測試和測量，以及進行擴眼周期，進行速度調整和執行其他操作，以保持井的質量和完整性。這種持續不斷的數據流和需要關注的任務可能會使司鉆不知所措，尤其是那些經驗不足的司鉆。自動化提高了精度，減少了人為錯誤，并允許實時調整，從而在越來越復雜和具有挑戰性的環境中實現更安全、更高效的鉆井，包括更長的水平段、更高的壓力和溫度，以及更深的水深。
 
對于作業者、鉆井承包商和設備制造商來說，部署自動化是一項重大變革，也是幾十年的技術進步歷程。因此，擴大和增加這些先進技術的采用需要所有利益相關者之間的合作。NOV將全過程自動化、數據集成和分析與陸地和海上鉆井作業的強大支持結構相結合。除了開創性的自動化管柱處理和鉆井技術外，該公司新的主動支持服務正在優化全球范圍內的鉆井、管柱處理和自動化性能。
 
控制和自動化發展
在過去的40年里，鉆井行業機械化和自動化的逐步發展標志著技術的不斷進步，極大地提高了安全性、降低了風險和作業效率。在20世紀80年代，機械化鉆臺設備的發展，如管柱處理和貨架系統，開始賦予鉆機對設備的更多控制。在紅色區域，地板工人站在重型機器旁邊，暴露在惡劣的環境中，同時也暴露在高要求和體力消耗的環境中，他們直接用物理杠桿控制機器。在接下來的十年中，重點從單個機器控制轉移到集成控制系統，使用軟件集成和優化機器和過程控制。
 
NOV的Cyberbase™如圖1所示，和Amphion™控制系統用操縱桿控制、計算機屏幕和鍵盤取代了手動開關和儀表。有了這些系統，一個人就可以從一個工作站控制所有的鉆井和管道處理設備，以及活動的起重絞車。該系統通過在司鉆艙內提供直觀、高效的鉆臺指揮中心，使鉆臺指揮員能夠專注于鉆井、起下鉆和立架過程。觸摸屏和網絡架構使司鉆能夠監督和控制所有與鉆井相關的功能，簡化操作，確保可靠性和正常運行時間，并減少人為錯誤的可能性。圖1Cyberbase將直接機器控制、鉆機自動化、鉆井數據、第三方信息等整合到一個內聚系統中，部署在RISE™司鉆工作站。
 
優化流程執行
隨著鉆井作業變得越來越復雜，作業公司和鉆井承包商需要更先進、更全面的控制系統，以提高安全性、優化性能并降低作業風險。為此，NOV采取了更加積極主動的方法，將重點轉向過程自動化，通過鉆井效率工具和應用程序增強鉆臺自動化，以提高一致性。鉆桿操作是鉆井平臺上最耗時、最危險的作業之一，需要全體工作人員的持續關注。鉆工必須安全高效地在各種重型設備之間通過各自的聯鎖裝置傳遞管柱，從鉆機上的多個位置跟蹤管柱的位置，以及進出井的順序。同時，他們還必須瀏覽多個屏幕、警報和信息，并感知工作人員的安全和來自井筒的數據具有態勢。NOV開發了多機器控制（MMC）系統，以實現鉆桿和套管起下鉆和立架過程的自動化。通過允許MMC在起下鉆、鉆井連接、支架構建、套管構建和隔水管下入等過程中執行手動重復的滑對滑（S2S）順序，作業者可以完全專注于該過程和其他關鍵任務。這種增強的專注力提高了作業的安全性和效率，同時作業者可以控制整體速度和執行。使用MMC，一個操作員用一個操縱桿控制所有的機器。
 
不久之后，NOV操作系統（NOVOS™）的推出，這是業內首個反射式鉆井系統，如圖2所示，標志著鉆井自動化之旅的一個重要技術基石。反射鉆孔系統的設計目的是在提示時執行一系列動作，就像人類的反射對特定刺激的反應一樣。該操作系統作為機器和過程控制之間的紐帶，減輕了司鉆的負擔，從而實現了更安全、更高效的建井。NOVOS位于鉆井平臺的基礎控制系統之上，使用導入的井平面圖，詳細說明所需的鉆井參數范圍，執行計劃的作業，直到達到總深度。無論鉆井人員的經驗水平如何，這種水平的控制和一致性都可以提高整個鉆井生命周期的鉆井性能。通過管理硬件(鉆機設備和傳感器)和軟件(控制系統和應用程序)，NOVOS為鉆井作業的控制、監控、調度和優化提供了一個通用平臺。它允許鉆井工自動化重復鉆井活動，包括起下鉆、摩擦測試、下行鏈接、測量和進行全自動海上連接。結果是更大的一致性，每個司鉆——無論個人經驗水平如何——都能夠一次又一次地實現相同的改進性能。更高的一致性還可以減少非生產時間(NPT)以及鉆頭、鉆桿和其他設備的磨損。
 
目前，NOVOS在全球140多個陸地和海上鉆井平臺上運行，它對數據進行結構分析，并定義活動，使工程師能夠總結經驗教訓，并在整個鉆井車隊和地區應用/擴展最佳實踐。此外，這個開放、安全、通用的平臺集成了巖心、增強型和第三方應用程序，用于鉆井優化、功能障礙緩解、壓力管理和定向鉆井。這種適應性和互操作性使鉆井承包商和運營商能夠根據特定需求定制作業，從而提高井眼質量，減少停機時間，降低作業成本。一個值得注意的應用是M/DTotco™KAIZEN™智能鉆井優化器，它使用持續學習能力和人工智能來主動減輕鉆井功能障礙，最大限度地提高機械鉆速(ROP),并優化機械比能。它根據當前井筒條件和補償井數據，不斷評估鉆井性能，識別環境變化，以調整鉆壓和每分鐘轉數設定值。最近，NOV推出了AURA，這是一種自動化和數字化鉆井視圖的解決方案。通過將多個屏幕整合為一個可定制的屏幕，系統可以根據需要顯示來自多個來源的數據和視覺效果，例如數字井計劃、井下模擬、紅區監控、CCTV和關鍵績效指標（KPI）。它還可以在司鉆的椅子上，以及在鉆機周圍和陸上的工作站上實現信息的可視化。
 
主動支持和數據分析
部署自動化技術帶來了明顯的好處，但也給鉆井承包商和運營商帶來了一些挑戰。關鍵的障礙包括將新技術集成到現有的鉆機基礎設施和控制系統中，需要仔細改造和評估，以確保與當前的工作流程和設備兼容，并最大限度地減少操作中斷。此外，由于與傳統方法相比，這些技術需要不同的技能和知識，因此需要對鉆井人員進行全面的培訓和技能提升。確保鉆井人員能夠有效地操作、監控和維護這些自動化系統，對于充分發揮其潛力至關重要。鉆機工作人員、技術提供商和運營商之間的協作和問責制對于持續提高性能至關重要。
 
2022年底，NOV為鉆井自動化提供了主動支持服務。作為其自動化生命周期管理計劃的一部分，性能中心，如圖3所示，專門從事鉆井和管柱處理作業，通過數據分析提供遠程支持和性能建議。這些專業知識可以幫助鉆井承包商和運營商獲得更好的見解，提高效率，實現并保持更高水平的作業績效。圖3PerformanceCenter是一項主動支持服務，通過數據分析，專注于鉆井和管柱處理作業的優化。通過從微觀KPI層面監控鉆井過程、設備和數據，該數據分析小組可以根據作業中的微小變化實時做出預測和建議。在休斯頓、挪威和英國，PerformanceCenter的團隊也在提高NOV、鉆井人員和運營商之間的透明度、協作和問責制方面發揮了重要作用。實施統一的單一團隊方法可以清晰地了解交付成果和目標，有助于改善、實現和維持鉆井、管柱處理和自動化性能。目前已有20多臺陸地和海上鉆井平臺在性能中心注冊，并使用NOV的自動化技術。對于許多鉆機來說，這種組合已經并將繼續產生重大的操作改進，包括設定重量對重量（W2W）和S2S連接時間記錄。
 
阿拉斯加北坡的一個陸地鉆井平臺于2023年年中加入了PerformanceCenter。加入NOVOS后，鉆井人員更加穩定地使用了NOVOS，而從2023年到2024年，平均W2W時間有所下降。到2024年5月，該鉆井平臺實現了10.79分鐘的最快W2W時間，同比增長約26%。此外，在2023年4月訂購了PerformanceCenter后，圭亞那海上一艘使用NOVOS的鉆井船在2023年期間也經歷了平均W2W時間的下降。在加入該平臺僅5個月后，該平臺就創下了7.86分鐘的W2W最快紀錄。在北海，一艘半潛式平臺自2022年以來一直在性能中心注冊，其W2W平均記錄為3.14分鐘。
 
與此同時，自2023年12月加入性能中心以來，一艘使用MMC的鉆井船繼續提高S2S的平均起下鉆速度。S2S的平均進站速度提高了近30%，而S2S的平均出站速度提高了22%以上。此外，112個支架的顯著入井速度達到了2010英尺/小時，平均S2S時間約為117.3秒（1.95分鐘）。53根立柱的起下鉆速度為2900英尺/小時，平均S2S時間約為99.13秒(1.65分鐘)。最后，NOVOS、Kaizen鉆井優化應用程序和PerformanceCenter的結合，使中東的一臺陸地鉆機能夠提供高效、全面優化的連接和最佳鉆井性能。
 
鉆井自動化平臺使每個支架的連接步驟平均減少68%。使用NOVOS和Kaizen，鉆井承包商和運營商在每個井段都創造了新的記錄，與鄰井和計劃相比，總ROP提高了52%，節省了34%的時間。寫在最后鉆井控制系統和鉆機自動化增強了司鉆對堅固的鉆臺設備的控制，提高了安全性，同時賦予了更明智的決策。通過協調鉆臺機械和設備，自動化和軟件控制系統使司鉆能夠專注于更關鍵的任務和過程，并確保鉆井隊的安全，最終減少NPT，無形的時間損失和運營成本。NOV的主動鉆井自動化方法集成了控制系統、技術和數據驅動的洞察力，不僅可以提高性能的一致性和可預測的鉆井結果，還可以滿足當前和未來的需求。隨著鉆井自動化進程的推進以及整個行業的部署和持續利用率的提高，NOV將繼續走在前列，利用其全面的技術、專業知識和全球支持網絡，實現更安全、更高效和可持續的鉆井作業。P