石油鉆井自動(dòng)化智能化新技術(shù)研究

靳美成

（中國石油長城鉆探工程有限公司，北京 100101）

鉆井技術(shù)的自動(dòng)化、智能化的程度，直接關(guān)乎油田的生產(chǎn)效益、效率。鉆井新技術(shù)的應(yīng)用，尤其是自動(dòng)化智能化的鉆井工具、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)等體系，保障了鉆井工程的安全建設(shè)，以及油田生產(chǎn)的穩(wěn)中求進(jìn)。未來智能鉆桿、隨鉆地震等新技術(shù)的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)石油鉆井生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性、時(shí)效性等優(yōu)勢的最大程度發(fā)揮。

1 鉆井新技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

（1）確保鉆井作業(yè)質(zhì)量。應(yīng)用鉆井新技術(shù)可確保鉆井作業(yè)質(zhì)量。首先將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋技術(shù)、導(dǎo)向鉆井技術(shù)應(yīng)用到鉆井工程中，可確保鉆井工具正軌進(jìn)行。其次利用智能傳感器，實(shí)現(xiàn)了鉆井作業(yè)的全程可控性，降低了作業(yè)難度、工作強(qiáng)度、安全隱患，確保了工作效率。

（2）減少作業(yè)周期與綜合成本。常規(guī)的鉆井技術(shù)需配置大量的人力、物力等資源，自動(dòng)化智能化鉆井技術(shù)的應(yīng)用，優(yōu)化了鉆井作業(yè)項(xiàng)目，減少了電纜測井等不必要的工作環(huán)節(jié)，施工周期顯著縮短，有效控制施工成本。

（3）拓寬項(xiàng)目作業(yè)領(lǐng)域。自動(dòng)化智能化的鉆井技術(shù)，不受環(huán)境、地質(zhì)等條件影響，特殊地質(zhì)井況等條件都能有效展開鉆井作業(yè)，拓展了鉆井項(xiàng)目的作業(yè)領(lǐng)域。新技術(shù)的組合應(yīng)用，工作適應(yīng)性、效率、精度與質(zhì)量顯著提升，促使石油鉆井項(xiàng)目步入良性運(yùn)作的軌跡。

2 自動(dòng)化智能化新技術(shù)應(yīng)用

（1）計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了作業(yè)數(shù)據(jù)收集、信息分析、施工命令傳達(dá)等工作的時(shí)效性，為現(xiàn)代化鉆井系統(tǒng)的完善夯實(shí)了基礎(chǔ)。系統(tǒng)配套資料庫，涵蓋了大量專家的研究成果，實(shí)際應(yīng)用可提高石油鉆井工程項(xiàng)目的管理水平。借助井下感應(yīng)器等設(shè)備，實(shí)時(shí)收集井下的數(shù)據(jù)信息，并傳輸至計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)分類評估后，若評估結(jié)果在資料庫管控范圍內(nèi)，將評估結(jié)果輸送至井下。當(dāng)評估結(jié)果超出資料庫的控制范疇，需經(jīng)技術(shù)人員、施工人員圍繞評估結(jié)果討論，獲取一致意見后輸送至井下。工作人員對不符合數(shù)據(jù)庫控制范圍的評估結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，將有用數(shù)據(jù)信息歸納至系統(tǒng)資料庫內(nèi)，實(shí)現(xiàn)資料庫的更新、升級。在實(shí)踐中，鉆井通信平臺涵蓋修井操控平臺、修井遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)，有利于鉆井項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)立體式的監(jiān)督制約體系，為隨鉆地震、智能傳輸?shù)刃录夹g(shù)的實(shí)際應(yīng)用夯實(shí)了基礎(chǔ)。

（2）鉆井工具。實(shí)際上，各種鉆井設(shè)備、工具都能夠落實(shí)項(xiàng)目施工的各種指令，確保石油開采作業(yè)有序展開。自動(dòng)化、智能化、現(xiàn)代化的鉆井系統(tǒng)，結(jié)合穩(wěn)定可靠的運(yùn)行機(jī)制，可實(shí)現(xiàn)鉆井導(dǎo)向、智能擴(kuò)眼、智能接頭等工具的微型化。實(shí)時(shí)監(jiān)測工程數(shù)據(jù)的同時(shí)，可作用于通井、固井、壓裂等核心環(huán)節(jié)。新型鉆井工具的應(yīng)用，可優(yōu)化鉆井工藝流程，能夠明確鉆頭的位置、方向，實(shí)現(xiàn)了井下開采的導(dǎo)向作業(yè)。感應(yīng)器收集井下開采的技術(shù)參數(shù)，可及時(shí)掌握、監(jiān)督鉆頭的運(yùn)作狀況，實(shí)現(xiàn)了井下開采工程的高效、穩(wěn)定、安全。

（3）鉆井供電體系。各個(gè)鉆井工具工作的性能不同，尤其是電能消耗量方面的差異，為提高鉆井項(xiàng)目供電系統(tǒng)的安全可靠程度，需優(yōu)化供電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組構(gòu)成，有效配備柴油機(jī)、應(yīng)急等發(fā)電機(jī)組，確保電力穩(wěn)定、及時(shí)供應(yīng)。為提供充足、穩(wěn)定的電力能量，供電系統(tǒng)需合理配置斷路器、高低壓配電盤、控制箱等部分，滿足鉆井工程對照明、工具用電等需求。PMS生產(chǎn)管理系統(tǒng)的應(yīng)用，可根據(jù)工程施工的實(shí)際用電，提供充足的電量，確保了供電系統(tǒng)的智能性。鉆井工程可使用高性能電池、渦輪發(fā)電機(jī)組等新型供電方式，提高供電系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性與供電效率。

（4）鉆井通訊網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)代化鉆井通訊網(wǎng)絡(luò)可利用共享中心、調(diào)控中心等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的雙向傳遞，以及項(xiàng)目信息資料的共享。共享數(shù)據(jù)信息的集成化特征明顯，儲存容量大可實(shí)現(xiàn)高效傳輸，以及數(shù)據(jù)信息的安全、快速解析演繹，為鉆井作業(yè)的決策提供了參照。對于數(shù)據(jù)信息的快速檢測反饋、整理演繹等操作，確保了井下、井上通訊的效率與質(zhì)量，為井下信息反饋、指令傳送提供了便利。

（5）信息傳達(dá)技術(shù)。當(dāng)前的鉆井信息傳達(dá)技術(shù)，主要涉及隨鉆測井、井眼軌道檢測兩項(xiàng)，技術(shù)應(yīng)用與監(jiān)控設(shè)備類似，有利于技術(shù)人員獲取反饋信息，通過信息分析掌握施工巖層、鉆井軌道等情況。目前常用的信息傳達(dá)技術(shù)，主要包括電磁感應(yīng)法、超聲回彈綜合法等。最大程度發(fā)揮信息傳達(dá)技術(shù)的作用，需掌握技術(shù)性能、使用方法，以及技術(shù)優(yōu)勢與弊端。

3 鉆井新技術(shù)發(fā)展

（1）隨鉆地震技術(shù)。該技術(shù)是依附鉆井工程，對地震勘探技術(shù)優(yōu)化的產(chǎn)物。隨鉆地震分為隨鉆rvsp、隨鉆vsp兩類，前者將鉆頭破巖的振動(dòng)，看作是地下震源，借助井架上的傳感器，收集鉆頭破巖時(shí)的振動(dòng)信號，將該信號稱為參考、導(dǎo)航信號。地面安置檢波器，由其收集地下鉆頭振動(dòng)，經(jīng)地層傳播的信號，如直達(dá)波、反射波等信號。地下振動(dòng)信號施以預(yù)處理后，與直達(dá)波信號經(jīng)過互相關(guān)分析后，確定時(shí)移，評估地層特征。后者利用鉆鋌檢波器，收集鉆進(jìn)過程中的地面地震波，將數(shù)據(jù)傳輸至地面，數(shù)據(jù)分析處理后，對鉆進(jìn)情況進(jìn)行評估。

隨鉆地震技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、時(shí)效性等優(yōu)勢特征也是傳統(tǒng)vsp所不能比擬的。隨鉆地震技術(shù)在國外石油勘探開采中有著顯著的成效，可方便獲取鉆井工作中地震實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的同時(shí)，能夠綜合鉆井技術(shù)、地震技術(shù)，最大程度發(fā)揮鉆井技術(shù)的優(yōu)勢性能。

（2）地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)。隨鉆測井技術(shù)的廣泛應(yīng)用，加速了完善地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的步伐，該技術(shù)通過控制油氣層，根據(jù)測定的井下地質(zhì)信息，引導(dǎo)并設(shè)計(jì)原鉆工作軌跡，確保鉆頭圍繞油氣層目標(biāo)正軌運(yùn)行。依附隨鉆測井技術(shù)的同時(shí)，結(jié)合井眼軌跡測控技術(shù)，增加了鉆頭的導(dǎo)向性。地層巖性、孔隙流體等信息的實(shí)時(shí)反饋，為地質(zhì)師、技術(shù)人員等了解井眼的狀況，以及井眼軌跡調(diào)整、修改等提供了價(jià)值依據(jù)。該技術(shù)的應(yīng)用，確保水平井眼始終在目標(biāo)層內(nèi)，并與產(chǎn)層內(nèi)的水油等資源保持適當(dāng)間距。但該技術(shù)不能反饋供儲層狀況的信息，判定、決策油氣層仍缺乏科學(xué)依據(jù)，對此該技術(shù)適用開采薄油層、油田后期開發(fā)等領(lǐng)域。該技術(shù)可以提供巖性密度、自然伽馬等地質(zhì)參數(shù)，以及井底扭矩、鉆壓、方位等工程參數(shù)的井底信息。地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)，主要是通過鉆井中多種反饋信息的分析，實(shí)時(shí)評價(jià)所鉆地層的特性，根據(jù)測評結(jié)果控制井下鉆具的活動(dòng)。

（3）近鉆頭參數(shù)測量技術(shù)。鉆井工程直接關(guān)系到石油開發(fā)的產(chǎn)量，各工作環(huán)節(jié)需謹(jǐn)慎，鉆井過程需不斷優(yōu)化，對此可通過測量鉆頭參數(shù)來調(diào)整實(shí)現(xiàn)。為滿足鉆井工程的需要，近鉆頭參數(shù)測量技術(shù)被廣泛應(yīng)用，通過內(nèi)部的傳感裝置，收集鉆頭過程中的地層特征參數(shù)信息，并將其傳輸至控制單元，由控制單元分析地層特征的數(shù)據(jù)并指導(dǎo)鉆井路徑調(diào)整。

（4）智能鉆桿技術(shù)。智能鉆桿技術(shù)的應(yīng)用，可顯著提升鉆井工作中數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，通過高速傳輸，最大程度發(fā)揮信息分析的時(shí)效性，避免影響施工進(jìn)度。智能鉆桿技術(shù)，突破了鉆井?dāng)?shù)據(jù)傳輸效率的瓶頸，同時(shí)優(yōu)化了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、實(shí)時(shí)性，帶動(dòng)鉆井?dāng)?shù)據(jù)分析時(shí)效性的提升，確保鉆井工作正常開展。

4 思考與建議

全球石油勘探開發(fā)業(yè)的迅猛發(fā)展，使鉆井新技術(shù)實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，技術(shù)的自動(dòng)化、智能化成為了可能。在實(shí)踐中，鉆井新技術(shù)貫穿于鉆井工程的各個(gè)環(huán)節(jié)與階段，提升了鉆井工程施工的效率與安全程度。確保石油企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。但是我國在鉆井新技術(shù)的自動(dòng)化智能化程度，以及新技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域、程序步驟等方面，與國外發(fā)達(dá)國家相比仍存在較大差異。國內(nèi)目前應(yīng)用的鉆井新設(shè)備、儀器等，都需要從國外引進(jìn)，完全擺脫對國外支持的依賴，目前看來難以實(shí)現(xiàn)。國內(nèi)鉆井新技術(shù)處于摸索前進(jìn)的階段，在性能上仍有很大的完善空間，石油開采中的風(fēng)險(xiǎn)因素仍不能有效規(guī)避。實(shí)現(xiàn)鉆井技術(shù)的智能化、自動(dòng)化、數(shù)字化，首先需從轉(zhuǎn)變工作理念入手，借鑒國外新鉆井技術(shù)與工藝，加大國外新鉆井設(shè)備的研究力度，逐步強(qiáng)化鉆井工程的安全性，以及項(xiàng)目施工的效率、質(zhì)量，提高降低鉆井成本方案的可行性，最大程度擴(kuò)大鉆井項(xiàng)目的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語

自動(dòng)化、智能化鉆井，對我國鉆井技術(shù)的發(fā)展有著現(xiàn)實(shí)意義，更是鉆井工程發(fā)展的重要方向。隨著鉆井供電體系、信息傳達(dá)技術(shù)等方面的不斷優(yōu)化，鉆井新技術(shù)的適應(yīng)能力、應(yīng)用范圍被逐漸提升，在特殊工藝井中的應(yīng)用成效顯著提升。近鉆頭參數(shù)測量技術(shù)、智能鉆桿技術(shù)等新技術(shù)的深入研發(fā)，使鉆井過程中對于解決信息的實(shí)時(shí)傳遞、實(shí)時(shí)監(jiān)測等瓶頸問題成為了可能。