智能化在石油鉆井中的應(yīng)用探究

黑龍江 周長虹

智能化在石油鉆井中的應(yīng)用探究

黑龍江 周長虹

信息化、智能化、自動化在現(xiàn)代工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用和推廣，高智能的技術(shù)促進(jìn)現(xiàn)代工業(yè)快速發(fā)展。鉆井作為一種復(fù)雜的生產(chǎn)過程，采用智能化可減少人為的判斷和調(diào)整過程。為合理確定參數(shù)，有效的實(shí)施鉆井作業(yè)提供依據(jù)。

智能化；控制系統(tǒng)；智能工具；鉆井質(zhì)量

石油鉆井作業(yè)地受油氣資源埋藏的區(qū)域限制。在不同的地理位置進(jìn)行鉆井作業(yè)，對設(shè)備、技術(shù)要求不同，地質(zhì)的復(fù)雜程度各異，導(dǎo)致鉆井作業(yè)過程中，鉆井參數(shù)設(shè)定、技術(shù)措施的選用具有很大的不確定性。尤其井下實(shí)際情況反饋到地面，具有一定的滯后性，使鉆開新地層或遇到復(fù)雜情況，不能及時、有效地采取恰當(dāng)?shù)膮?shù)和措施進(jìn)行相應(yīng)處理，使鉆井過程針對各種情況有效控制復(fù)雜化。結(jié)合現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，本文就鉆井過程中，實(shí)行智能化進(jìn)行探討。

一、鉆井工藝過程對智能化的要求

由于鉆井過程，對作業(yè)過程看不見、摸不著，導(dǎo)致了鉆井過程不可預(yù)見的因素增加。采用信息化、自動化和智能化使鉆井的不可控情況有所改變，也有效提高了鉆井速度和質(zhì)量。將人工智能的理論、方法和技術(shù)應(yīng)用于鉆井過程，其對鉆井的設(shè)備、工具和系統(tǒng)也提出了新的要求。

1.高質(zhì)量的計(jì)算機(jī)智能系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)將井下傳感器反饋各種鉆井?dāng)?shù)據(jù)及時進(jìn)行計(jì)算和處理，依據(jù)各種數(shù)據(jù)信息計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的信息指令。如果提供的這些數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫設(shè)定范圍內(nèi)，計(jì)算機(jī)適時將指令傳給各種執(zhí)行元件或設(shè)備，作業(yè)過程正常進(jìn)行；若數(shù)據(jù)超出庫存范圍，該系統(tǒng)及時作出反應(yīng)，計(jì)算機(jī)根據(jù)數(shù)值重新確定參考指令，并將新的指令發(fā)出，使參數(shù)配合，設(shè)備、工具狀態(tài)作出調(diào)整，以適應(yīng)井下變化的需要。同時智能系統(tǒng)會將這些信息進(jìn)行庫存處理，補(bǔ)充數(shù)據(jù)庫資料內(nèi)容。

2.性能穩(wěn)定的井下智能工具。井下智能工具要接受來自計(jì)算機(jī)發(fā)出的各種指令，要按著信息的要求執(zhí)行相關(guān)的動作。要適時收集數(shù)據(jù)、信息，并及時、準(zhǔn)確將這些信息傳給地面處理系統(tǒng)，需要各種工具，都要具有穩(wěn)定的性能。

3.可靠的井下供電裝置。井下所配置的各種測量儀器，是以電作為工作能量。為確保正常工作，必須要有可靠的電能裝置?，F(xiàn)場常用高性能電池、井下渦輪發(fā)電機(jī)以及導(dǎo)線傳輸?shù)热N方式。隨著鉆井發(fā)展的需要，還會有新的電能裝置產(chǎn)生，滿足井下供電的需要。但無論現(xiàn)在，還是新星的電能裝置，都必須確保鉆井作業(yè)的需要。

4.快速、準(zhǔn)確的雙向網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。不論是傳遞的指令，還是發(fā)回的數(shù)據(jù)都是智能化鉆井的重要部分。它涵蓋了信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)三大高新技術(shù)，包括地面的雙向網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)及井下鉆井信息雙向傳輸系統(tǒng)。

（1）地面雙向網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。建立地面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為鉆井信息共享創(chuàng)造條件。這樣鉆井就不僅僅局限在單一某個井場，而是形成鉆井技術(shù)交流的更廣闊平臺，一旦有什么技術(shù)難題，可以通過地面網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多個專家會商，為技術(shù)交流和合作提供了保障。

（2）井下雙向傳輸系統(tǒng)。井下信息傳遞難度大，伴隨鉆井過程中的震動，使有些信號傳遞失真、衰減。井下鉆柱是通過若干鉆具連接在一起形成的，每個鉆具在連接處，都要處理好信號的正常傳遞。而鉆柱連接過程中絲扣的松緊，將影響信號的感應(yīng)。由于要雙向傳遞信息，一般在鉆柱連接過程中要加入專門的接頭，使鉆具的組合工作加大。

二、智能化鉆井的技術(shù)特征

智能化鉆井與普通鉆井技術(shù)進(jìn)行比較，主要具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳遞、數(shù)據(jù)分析、處理、指令傳遞和執(zhí)行等功能。具體具有以下特征：

1.鉆井信息數(shù)字化。將井下地質(zhì)參數(shù)、鉆井參數(shù)、流體參數(shù)和導(dǎo)向工具位置及狀態(tài)的實(shí)時測試、傳輸、分析、執(zhí)行、反饋及修正等信息完全數(shù)字化。

2.工具和作業(yè)智能化、集成化。不論是執(zhí)行工具、導(dǎo)向鉆具，還是檢測工具和作業(yè)控制都實(shí)現(xiàn)了智能化。

3.獲得的各種地層參數(shù)真實(shí)、準(zhǔn)確。隨鉆電阻率測井，獲得的地層電阻率是在地層未被鉆井液污染時測得的數(shù)據(jù),是地層真實(shí)的電阻率,這有利于及時發(fā)現(xiàn)低壓易受鉆井液污染的油氣層。實(shí)時進(jìn)行地層對比和評價(jià),有利于卡準(zhǔn)取心層位和完鉆井深。

4.分析、處理結(jié)果及時、可靠。實(shí)時檢測異常高壓層,及時調(diào)整鉆井液性能,實(shí)現(xiàn)近平衡鉆井和保護(hù)油氣層。

5.檢測過程不占用生產(chǎn)時間，生產(chǎn)效率高。隨鉆測井不占用鉆進(jìn)時間,非生產(chǎn)時間少，鉆井實(shí)效高,減少油氣層污染,降低鉆井事故發(fā)生率。

三、智能化鉆井技術(shù)應(yīng)用價(jià)值

作為智能化鉆井，只要處理好影響智能化鉆井的四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，并配備與之相適應(yīng)的各種執(zhí)行和檢測工具，就能有效提高鉆井的質(zhì)量和效益。因此，智能化鉆井具有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用價(jià)值。

1.鉆井參數(shù)選配合理、適當(dāng)。井下配置了隨鉆測井儀，對地層電阻率、體積密度、中子孔隙度和自然伽馬隨鉆隨測，這些信息經(jīng)過計(jì)算機(jī)分析、處理，傳出相應(yīng)的指令，調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)配合，確保鉆進(jìn)處于最佳狀態(tài)。

2.預(yù)知性作業(yè)，減少或降低了復(fù)雜鉆井事故的發(fā)生。近鉆頭配置測斜器,可以隨鉆測得井斜角和方位角；實(shí)時檢測異常高壓層,及時調(diào)整鉆井液性能，既能實(shí)現(xiàn)近平衡鉆井和保護(hù)油氣層，又能預(yù)防復(fù)雜鉆井情況的發(fā)生。

3.實(shí)現(xiàn)了自動化作業(yè)，減輕了勞動強(qiáng)度。采用智能化設(shè)備和工具，很多作業(yè)過程實(shí)現(xiàn)了無人化作業(yè)，這樣既減輕了工人的勞動強(qiáng)度，又降低立刻鉆井作業(yè)的操作風(fēng)險(xiǎn)，改善了工作狀況。

4.鉆井生產(chǎn)實(shí)效有效地提高。采用隨鉆裝置，很多檢測過程都是在作業(yè)過程中，隨生產(chǎn)進(jìn)行，沒有占有生產(chǎn)時間。對于建井的非生產(chǎn)時間降低，縮短鉆井周期。

5.降低了鉆井復(fù)雜事故的發(fā)生。隨著井下情況的變化，鉆井的參數(shù)配合和技術(shù)措施，都能夠隨井下情況的變化及時作出調(diào)整，使鉆進(jìn)過程得到有效控制；非生產(chǎn)時間的縮短，也減少了復(fù)雜情況發(fā)生的幾率，降低了鉆井事故的發(fā)生。

6.有效保護(hù)了地層的油氣資源。由于實(shí)現(xiàn)了預(yù)知鉆開新地層技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)順利鉆穿目的層。既可避免油氣層受到鉆井液的污染，又可實(shí)現(xiàn)近平衡鉆井，杜絕壓死油氣層。

石油鉆井這種特殊作業(yè)方式，實(shí)現(xiàn)自動化、信息化和智能化，可以改善作業(yè)的條件，減少不可預(yù)知事故的發(fā)生。將計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通過智能化工具和設(shè)備應(yīng)用到鉆井生產(chǎn)實(shí)踐中，是鉆井技術(shù)的突破，能極大推動和促進(jìn)我國鉆井技術(shù)和工藝的發(fā)展，為加快油氣資源的開發(fā)具有重要的意義。

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（編輯 呂智飛）

（作者單位：大慶技師學(xué)院）