石油和天然气钻井较复杂，需要精确、一致地执行井计划，以确保安全和井筒质量，同时最大限度地提高效率，减少对环境的影响。作为钻台的指挥官，司钻按照操作程序执行任务，通过多个屏幕和控制设备控制重型机械，同时确保工作人员的安全。司钻还必须控制钻井设备，生成代表井筒状况的数据，如摩擦测试和测量，以及进行扩眼周期，进行速度调整和执行其他操作，以保持井的质量和完整性。这种持续不断的数据流和需要关注的任务可能会使司钻不知所措，尤其是那些经验不足的司钻。自动化提高了精度，减少了人为错误，并允许实时调整，从而在越来越复杂和具有挑战性的环境中实现更安全、更高效的钻井，包括更长的水平段、更高的压力和温度，以及更深的水深。
 
对于作业者、钻井承包商和设备制造商来说，部署自动化是一项重大变革，也是几十年的技术进步历程。因此，扩大和增加这些先进技术的采用需要所有利益相关者之间的合作。NOV将全过程自动化、数据集成和分析与陆地和海上钻井作业的强大支持结构相结合。除了开创性的自动化管柱处理和钻井技术外，该公司新的主动支持服务正在优化全球范围内的钻井、管柱处理和自动化性能。
 
控制和自动化发展
在过去的40年里，钻井行业机械化和自动化的逐步发展标志着技术的不断进步，极大地提高了安全性、降低了风险和作业效率。在20世纪80年代，机械化钻台设备的发展，如管柱处理和货架系统，开始赋予钻机对设备的更多控制。在红色区域，地板工人站在重型机器旁边，暴露在恶劣的环境中，同时也暴露在高要求和体力消耗的环境中，他们直接用物理杠杆控制机器。在接下来的十年中，重点从单个机器控制转移到集成控制系统，使用软件集成和优化机器和过程控制。
 
NOV的Cyberbase™如图1所示，和Amphion™控制系统用操纵杆控制、计算机屏幕和键盘取代了手动开关和仪表。有了这些系统，一个人就可以从一个工作站控制所有的钻井和管道处理设备，以及活动的起重绞车。该系统通过在司钻舱内提供直观、高效的钻台指挥中心，使钻台指挥员能够专注于钻井、起下钻和立架过程。触摸屏和网络架构使司钻能够监督和控制所有与钻井相关的功能，简化操作，确保可靠性和正常运行时间，并减少人为错误的可能性。图1Cyberbase将直接机器控制、钻机自动化、钻井数据、第三方信息等整合到一个内聚系统中，部署在RISE™司钻工作站。
 
优化流程执行
随着钻井作业变得越来越复杂，作业公司和钻井承包商需要更先进、更全面的控制系统，以提高安全性、优化性能并降低作业风险。为此，NOV采取了更加积极主动的方法，将重点转向过程自动化，通过钻井效率工具和应用程序增强钻台自动化，以提高一致性。钻杆操作是钻井平台上最耗时、最危险的作业之一，需要全体工作人员的持续关注。钻工必须安全高效地在各种重型设备之间通过各自的联锁装置传递管柱，从钻机上的多个位置跟踪管柱的位置，以及进出井的顺序。同时，他们还必须浏览多个屏幕、警报和信息，并感知工作人员的安全和来自井筒的数据具有态势。NOV开发了多机器控制（MMC）系统，以实现钻杆和套管起下钻和立架过程的自动化。通过允许MMC在起下钻、钻井连接、支架构建、套管构建和隔水管下入等过程中执行手动重复的滑对滑（S2S）顺序，作业者可以完全专注于该过程和其他关键任务。这种增强的专注力提高了作业的安全性和效率，同时作业者可以控制整体速度和执行。使用MMC，一个操作员用一个操纵杆控制所有的机器。
 
不久之后，NOV操作系统（NOVOS™）的推出，这是业内首个反射式钻井系统，如图2所示，标志着钻井自动化之旅的一个重要技术基石。反射钻孔系统的设计目的是在提示时执行一系列动作，就像人类的反射对特定刺激的反应一样。该操作系统作为机器和过程控制之间的纽带，减轻了司钻的负担，从而实现了更安全、更高效的建井。NOVOS位于钻井平台的基础控制系统之上，使用导入的井平面图，详细说明所需的钻井参数范围，执行计划的作业，直到达到总深度。无论钻井人员的经验水平如何，这种水平的控制和一致性都可以提高整个钻井生命周期的钻井性能。通过管理硬件(钻机设备和传感器)和软件(控制系统和应用程序)，NOVOS为钻井作业的控制、监控、调度和优化提供了一个通用平台。它允许钻井工自动化重复钻井活动，包括起下钻、摩擦测试、下行链接、测量和进行全自动海上连接。结果是更大的一致性，每个司钻——无论个人经验水平如何——都能够一次又一次地实现相同的改进性能。更高的一致性还可以减少非生产时间(NPT)以及钻头、钻杆和其他设备的磨损。
 
目前，NOVOS在全球140多个陆地和海上钻井平台上运行，它对数据进行结构分析，并定义活动，使工程师能够总结经验教训，并在整个钻井车队和地区应用/扩展最佳实践。此外，这个开放、安全、通用的平台集成了岩心、增强型和第三方应用程序，用于钻井优化、功能障碍缓解、压力管理和定向钻井。这种适应性和互操作性使钻井承包商和运营商能够根据特定需求定制作业，从而提高井眼质量，减少停机时间，降低作业成本。一个值得注意的应用是M/DTotco™KAIZEN™智能钻井优化器，它使用持续学习能力和人工智能来主动减轻钻井功能障碍，最大限度地提高机械钻速(ROP),并优化机械比能。它根据当前井筒条件和补偿井数据，不断评估钻井性能，识别环境变化，以调整钻压和每分钟转数设定值。最近，NOV推出了AURA，这是一种自动化和数字化钻井视图的解决方案。通过将多个屏幕整合为一个可定制的屏幕，系统可以根据需要显示来自多个来源的数据和视觉效果，例如数字井计划、井下模拟、红区监控、CCTV和关键绩效指标（KPI）。它还可以在司钻的椅子上，以及在钻机周围和陆上的工作站上实现信息的可视化。
 
主动支持和数据分析
部署自动化技术带来了明显的好处，但也给钻井承包商和运营商带来了一些挑战。关键的障碍包括将新技术集成到现有的钻机基础设施和控制系统中，需要仔细改造和评估，以确保与当前的工作流程和设备兼容，并最大限度地减少操作中断。此外，由于与传统方法相比，这些技术需要不同的技能和知识，因此需要对钻井人员进行全面的培训和技能提升。确保钻井人员能够有效地操作、监控和维护这些自动化系统，对于充分发挥其潜力至关重要。钻机工作人员、技术提供商和运营商之间的协作和问责制对于持续提高性能至关重要。
 
2022年底，NOV为钻井自动化提供了主动支持服务。作为其自动化生命周期管理计划的一部分，性能中心，如图3所示，专门从事钻井和管柱处理作业，通过数据分析提供远程支持和性能建议。这些专业知识可以帮助钻井承包商和运营商获得更好的见解，提高效率，实现并保持更高水平的作业绩效。图3PerformanceCenter是一项主动支持服务，通过数据分析，专注于钻井和管柱处理作业的优化。通过从微观KPI层面监控钻井过程、设备和数据，该数据分析小组可以根据作业中的微小变化实时做出预测和建议。在休斯顿、挪威和英国，PerformanceCenter的团队也在提高NOV、钻井人员和运营商之间的透明度、协作和问责制方面发挥了重要作用。实施统一的单一团队方法可以清晰地了解交付成果和目标，有助于改善、实现和维持钻井、管柱处理和自动化性能。目前已有20多台陆地和海上钻井平台在性能中心注册，并使用NOV的自动化技术。对于许多钻机来说，这种组合已经并将继续产生重大的操作改进，包括设定重量对重量（W2W）和S2S连接时间记录。
 
阿拉斯加北坡的一个陆地钻井平台于2023年年中加入了PerformanceCenter。加入NOVOS后，钻井人员更加稳定地使用了NOVOS，而从2023年到2024年，平均W2W时间有所下降。到2024年5月，该钻井平台实现了10.79分钟的最快W2W时间，同比增长约26%。此外，在2023年4月订购了PerformanceCenter后，圭亚那海上一艘使用NOVOS的钻井船在2023年期间也经历了平均W2W时间的下降。在加入该平台仅5个月后，该平台就创下了7.86分钟的W2W最快纪录。在北海，一艘半潜式平台自2022年以来一直在性能中心注册，其W2W平均记录为3.14分钟。
 
与此同时，自2023年12月加入性能中心以来，一艘使用MMC的钻井船继续提高S2S的平均起下钻速度。S2S的平均进站速度提高了近30%，而S2S的平均出站速度提高了22%以上。此外，112个支架的显著入井速度达到了2010英尺/小时，平均S2S时间约为117.3秒（1.95分钟）。53根立柱的起下钻速度为2900英尺/小时，平均S2S时间约为99.13秒(1.65分钟)。最后，NOVOS、Kaizen钻井优化应用程序和PerformanceCenter的结合，使中东的一台陆地钻机能够提供高效、全面优化的连接和最佳钻井性能。
 
钻井自动化平台使每个支架的连接步骤平均减少68%。使用NOVOS和Kaizen，钻井承包商和运营商在每个井段都创造了新的记录，与邻井和计划相比，总ROP提高了52%，节省了34%的时间。写在最后钻井控制系统和钻机自动化增强了司钻对坚固的钻台设备的控制，提高了安全性，同时赋予了更明智的决策。通过协调钻台机械和设备，自动化和软件控制系统使司钻能够专注于更关键的任务和过程，并确保钻井队的安全，最终减少NPT，无形的时间损失和运营成本。NOV的主动钻井自动化方法集成了控制系统、技术和数据驱动的洞察力，不仅可以提高性能的一致性和可预测的钻井结果，还可以满足当前和未来的需求。随着钻井自动化进程的推进以及整个行业的部署和持续利用率的提高，NOV将继续走在前列，利用其全面的技术、专业知识和全球支持网络，实现更安全、更高效和可持续的钻井作业。P