智能化在石油鉆井中的應用探究

黑龍江 周長虹

智能化在石油鉆井中的應用探究

黑龍江 周長虹

信息化、智能化、自動化在現代工業中得到了廣泛的應用和推廣，高智能的技術促進現代工業快速發展。鉆井作為一種復雜的生產過程，采用智能化可減少人為的判斷和調整過程。為合理確定參數，有效的實施鉆井作業提供依據。

智能化；控制系統；智能工具；鉆井質量

石油鉆井作業地受油氣資源埋藏的區域限制。在不同的地理位置進行鉆井作業，對設備、技術要求不同，地質的復雜程度各異，導致鉆井作業過程中，鉆井參數設定、技術措施的選用具有很大的不確定性。尤其井下實際情況反饋到地面，具有一定的滯后性，使鉆開新地層或遇到復雜情況，不能及時、有效地采取恰當的參數和措施進行相應處理，使鉆井過程針對各種情況有效控制復雜化。結合現代工業技術的發展，本文就鉆井過程中，實行智能化進行探討。

一、鉆井工藝過程對智能化的要求

由于鉆井過程，對作業過程看不見、摸不著，導致了鉆井過程不可預見的因素增加。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量。將人工智能的理論、方法和技術應用于鉆井過程，其對鉆井的設備、工具和系統也提出了新的要求。

1.高質量的計算機智能系統。計算機將井下傳感器反饋各種鉆井數據及時進行計算和處理，依據各種數據信息計算機控制系統發出相應的信息指令。如果提供的這些數據在數據庫設定范圍內，計算機適時將指令傳給各種執行元件或設備，作業過程正常進行；若數據超出庫存范圍，該系統及時作出反應，計算機根據數值重新確定參考指令，并將新的指令發出，使參數配合，設備、工具狀態作出調整，以適應井下變化的需要。同時智能系統會將這些信息進行庫存處理，補充數據庫資料內容。

2.性能穩定的井下智能工具。井下智能工具要接受來自計算機發出的各種指令，要按著信息的要求執行相關的動作。要適時收集數據、信息，并及時、準確將這些信息傳給地面處理系統，需要各種工具，都要具有穩定的性能。

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場常用高性能電池、井下渦輪發電機以及導線傳輸等三種方式。隨著鉆井發展的需要，還會有新的電能裝置產生，滿足井下供電的需要。但無論現在，還是新星的電能裝置，都必須確保鉆井作業的需要。

4.快速、準確的雙向網絡系統。不論是傳遞的指令，還是發回的數據都是智能化鉆井的重要部分。它涵蓋了信息技術、網絡技術和通信技術三大高新技術，包括地面的雙向網絡通訊系統及井下鉆井信息雙向傳輸系統。

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

（2）井下雙向傳輸系統。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。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、智能化鉆井的技術特征

智能化鉆井與普通鉆井技術進行比較，主要具有數據采集、數據傳遞、數據分析、處理、指令傳遞和執行等功能。具體具有以下特征：

1.鉆井信息數字化。將井下地質參數、鉆井參數、流體參數和導向工具位置及狀態的實時測試、傳輸、分析、執行、反饋及修正等信息完全數字化。

2.工具和作業智能化、集成化。不論是執行工具、導向鉆具，還是檢測工具和作業控制都實現了智能化。

3.獲得的各種地層參數真實、準確。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據,是地層真實的電阻率,這有利于及時發現低壓易受鉆井液污染的油氣層。實時進行地層對比和評價,有利于卡準取心層位和完鉆井深。

4.分析、處理結果及時、可靠。實時檢測異常高壓層,及時調整鉆井液性能,實現近平衡鉆井和保護油氣層。

5.檢測過程不占用生產時間，生產效率高。隨鉆測井不占用鉆進時間,非生產時間少，鉆井實效高,減少油氣層污染,降低鉆井事故發生率。

三、智能化鉆井技術應用價值

作為智能化鉆井，只要處理好影響智能化鉆井的四項關鍵技術，并配備與之相適應的各種執行和檢測工具，就能有效提高鉆井的質量和效益。因此，智能化鉆井具有廣闊的發展空間和應用價值。

1.鉆井參數選配合理、適當。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，這些信息經過計算機分析、處理，傳出相應的指令，調整鉆進參數配合，確保鉆進處于最佳狀態。

2.預知性作業，減少或降低了復雜鉆井事故的發生。近鉆頭配置測斜器,可以隨鉆測得井斜角和方位角；實時檢測異常高壓層,及時調整鉆井液性能，既能實現近平衡鉆井和保護油氣層，又能預防復雜鉆井情況的發生。

3.實現了自動化作業，減輕了勞動強度。采用智能化設備和工具，很多作業過程實現了無人化作業，這樣既減輕了工人的勞動強度，又降低立刻鉆井作業的操作風險，改善了工作狀況。

4.鉆井生產實效有效地提高。采用隨鉆裝置，很多檢測過程都是在作業過程中，隨生產進行，沒有占有生產時間。對于建井的非生產時間降低，縮短鉆井周期。

5.降低了鉆井復雜事故的發生。隨著井下情況的變化，鉆井的參數配合和技術措施，都能夠隨井下情況的變化及時作出調整，使鉆進過程得到有效控制；非生產時間的縮短，也減少了復雜情況發生的幾率，降低了鉆井事故的發生。

6.有效保護了地層的油氣資源。由于實現了預知鉆開新地層技術，可以實現順利鉆穿目的層。既可避免油氣層受到鉆井液的污染，又可實現近平衡鉆井，杜絕壓死油氣層。

石油鉆井這種特殊作業方式，實現自動化、信息化和智能化，可以改善作業的條件，減少不可預知事故的發生。將計算機、網絡技術通過智能化工具和設備應用到鉆井生產實踐中，是鉆井技術的突破，能極大推動和促進我國鉆井技術和工藝的發展，為加快油氣資源的開發具有重要的意義。

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（編輯 呂智飛）

（作者單位：大慶技師學院）