鉆井模擬的技術現狀與發展展望

張馳

摘 要：發展鉆進模擬技術是促進石油產業發展的一個重要途徑，關于這一技術的研究，我國已經取得了初步的成果，也在各個油田中實現了推廣。該文主要針對鉆井模擬技術的現狀與發展展望進行了相應的分析。

關鍵詞：鉆井模擬技術 現狀 發展 展望

中圖分類號：TE21 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）12（c）-0066-02

目前，國內石油和天然氣的勘探重點是開發區域鉆井施工的實施模式，這項工作風險大、難度高，而且成本高，在石油工程中推行鉆井仿真技術，能夠有效降低施工風險，減少鉆井成本，為施工提供輔助支持，還可以有效優化現有的鉆井速度?；阢@井工程而建立相關的數學模型正是鉆井模擬仿真技術在石油鉆井應用中的首要步驟。國內鉆井仿真模擬研究始于1994年，由中西部的石油大學提出，自此之后，大港油田、大慶油田等開始針對這一問題展開了深入研究，目前我國在鉆井模擬的研究上也取得了初步的成效，主要研究內容包括鉆井過程的模糊、鉆井流程的操作等，在相關的仿真與培訓上，也取得了技術性的突破，完成了訓練產品的研發與制定，在操作訓練工作中取得了理想的作用，但是與發達國家相比而言，還存在一定的差距。

1 鉆井模擬技術的研究現狀分析

直到現在，鉆井技術經濟評價的仿真研究仍然很少，國內在20世紀80年代中開始發展鉆井訓練模擬器，那時主要從國外引進鉆井模擬器，并且根據需要進行改造，運用原本的模擬器，驅動電路和編譯相應的鉆井和控制軟件。西南石油大學鉆井模擬器就是其中的佼佼者，研究人員開發出一系列DS全尺寸鉆井訓練模擬器，并在國內石油企業應用推廣。西南石油學院在1986年基于引入的DIGITRAN模擬器，開發了國內第一個微型鉆井模擬器，具有完全獨立的知識產權，同時還達到了國外同類別模擬器的水平。在2004年，又自主開發了一個全尺寸缺失平衡的鉆井模擬器，在研發技術的發展下，我國在鉆井訓練器的自主研發上取得了初步的成就，已經完成了泡沫鉆井液鉆進、地面充氣的模擬操作以及文本演示。在2009年，我國的西南石油大學成功研發出DS-8鉆井模擬器，是一種理想的高度模擬現場設備，可以利用計算機技術與網絡技術滿足鉆井模擬的要求，再利用模擬技術進行鉆探，能夠為用戶提供故障處理、井控、鉆井實踐，可以應用于海上鉆井平臺以及陸地鉆井平臺中上鉆和操作的技術人員培訓，具備同步三維投影顯示的操作條件，視覺效果非常好，給人一種身臨其境的感覺。

2 鉆井模擬技術的應用趨勢

目前，國外鉆井模擬仿真模型的研究主要集中在鉆井工程、鉆井地質模型以及鉆井經濟學模型方面，已經取得了豐碩的研究成果。與國外發達國家相比，我國相關研究還處于初級階段，主要集中在鉆進工程的某個分支，如，模擬注氣、井控模擬、井筒軌跡的仿真模擬中。關于石油行業標準的制定，我國也存在一些缺失，多數模型解決的都是一些具體問題，而大部分工程模型都是借鑒其他發達國家的技術，很少進行現場試驗與實驗室驗證、仿真。雖然針對鉆井地質模型展開了深入分析，但是在鉆井仿真系統的研究還存在缺失，關于這一工作的研究，還需要學者的不斷努力。

國外的陸地和海上鉆井作業培訓都有相關的模擬器，可以提供模擬訓練鉆探技術的整個過程，能夠逼真地再現虛擬地下環境。國內發展過程中也有一部分訓練模擬器，但模擬器與實際鉆井數據結合實際工作環境的模擬、地下場景的三維可視化技術研究仍存在缺口，需要繼續進行深入研究。國外鉆井仿真系統已經應用在鉆井過程模擬和技術經濟評價工作中，并取得了較好的效果。國內在井控模擬中，對于平衡井注氣模擬、井眼軌跡模擬仿真技術的研究還不足，模擬軟件過于單一。在鉆井計算機模擬尤其是鉆井過程預測中缺乏成熟的軟件，在鉆井技術經濟評價報告的領域，研究更是寥寥無幾。

為了進一步促進我國鉆井仿真技術水平的提升，我國需要積極借鑒國外發展國家的研究，并重點開展以下幾項工作。

第一，針對鉆井鉆探訓練模擬器以及鉆井技術展開深入的研究，注重實際鉆井數據與模擬器數據的結合研究，加強實際操作過程與模擬過程之間的吻合度，保證模擬結果的真實性與準確性。滿足仿真鉆井培訓的要求。

第二，繼續開展鉆井過程計算機模擬研究，包括鉆井工程設計方案、計算機仿真研究、鉆井過程的實時模擬和預測，盡快將其應用在實際模擬中，重視可視化仿真技術研究、井下故障診斷和預測的關鍵技術研究，在對礦山地質環境研究的基礎上，達到地下場景三維的可視化仿真目的。

第三，盡快建立鉆井技術經濟評價模型，開展計算機模擬的技術經濟評價研究工作。

目前，信息化已經成為企業一個新的增長點，以信息化帶動相關產業的發展成為提升企業綜合管理水平的主題，資料顯示，在國際石油公司中，每年有約15%～50%的費用由于不科學的決策而遭到浪費。配合高性能數據庫服務器、微機集群處理設備以及高速網絡通信設備的鉆井模擬設備可以有效地減少施工中的盲目性，是石油公司的研發重點。任何符合邏輯的操作序列都是可以通過模擬系統來進行執行，還可以直接檢查模擬結果，與相關的工程模型、地質模型進行對比，及時進行修改，確定出更加科學合理的施工方案。

3 結語

對于鉆井工程環境而言，鉆井地質特征參數是描述工程狀態的主要參數，也是制約鉆井模擬系統順利實現的重要因素，利用鉆進模擬技術，可以根據地質特征參數情況的變化來構建地質體，這離不開地球物理、鉆井人員、地質人員的共同努力。實踐證實，鉆井模擬系統的應用可以模擬施工的整個過程，為施工方案的制定、工程設計工作的開展奠定好技術支持，且鉆井模擬系統還具備自學習功能，可以針對特定區域的鉆井、物探、測井、錄井信息進行系統的分析與統計，對已發生的事故進行推理，最大限度地縮短施工方案的實施時間。

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