智能鉆井技術研究現狀與發展趨勢

顏江舟

摘要：智能鉆井包括但不只限于自動化鉆井，從本質上來解釋，智能鉆井就是在鉆井過程中，融合應用人工智能技術，使鉆井施工具有與人工智能特性以及功能相似的特點。本文介紹了智能鉆井技術的組成，從智能專家系統、計算機集成控制系統、井下導向鉆井系統（旋轉導向鉆井技術、地質導向鉆井技術）、智能鉆桿技術傳輸等方面介紹了智能鉆井技術的研究現狀，并分析了其未來在復雜地層超前探測與智能表征技術、復雜地層智能化破巖機理與導向控制技術、井筒穩定性閉環響應機制與智能調控技術等方面的發展趨勢。

關鍵詞：智能鉆井;技術現狀;發展趨勢

1智能鉆井技術

智能化鉆井技術整體來說是一項多功能集成的技術工程，其本質上是在自動化鉆井過程中，融合進人工智能技術。整個技術流程依托于通訊和網絡傳輸系統，能夠自動采集鉆井數據，實現井下和地面之間信息的高效傳輸，還能夠在線分析數據，根據實際情況改變策略，然后最終自動執行。整個技術包括智能專家系統、計算機集成控制系統、井下導向鉆井系統、井下測量系統以及智能鉆桿等傳輸系統等[1]。

1.1智能專家系統

智能專家系統是整個技術的“大腦”，它的功能是接收井下傳上來的數據，由在線專家分析，然后根據結果重新再向井下發送指令。在計算機智能專家系統中安裝了數據庫。該數據庫的編制由與鉆井相關的各行業專家共同參與，可以在實時分析井下數據時作為參考。井下儀器會將實時鉆井數據上傳到地面，智能專家系統對傳上來的數據進行分析。如果上傳的這些鉆井數據沒有超出數據庫范圍，那么系統就將指令實時反饋給井下。一旦鉆井數據不在數據庫的范圍內，專家系統就會做相應的判斷，向井下實時反饋原始設計的鉆井井眼軌跡指令，下發指令的同時，利用在線網絡將實時的鉆井信息以最快的速度傳給鉆井專家，尋求他們的建議。

1.2計算機集成控制系統

計算機集成控制系統是智能鉆井系統的基礎，如果沒有網絡通訊系統，就無法實現地面設備與遠程專家系統的溝通互聯。另外，井下與地面之間的互聯也可以通過雙向高速通訊技術完成。地面計算機系統與井下測量、井下鉆井導向、智能鉆頭等系統一起組成構成井下閉環鉆井系統。這樣一來，就能將地面與井下兩個單獨的系統聯系在一起。利用大數據技術以及可視化圖像技術模擬實際的井下狀況，實現井下-地面-遠程之間的雙向數據傳輸[2]，完成鉆井施工的自動化決策、實時控制與調整。

1.3井下導向鉆井系統

1.3.1旋轉導向鉆井技術

目前，世界上最先進的自動化鉆井技術就是旋轉導向。該技術的原理是，利用井眼軌跡，來實時了解鉆頭的鉆進軌跡，并予以控制。旋轉導向的技術重點是鉆井工具模塊，在井下可以實現旋轉導向。鉆井施工過程中，可以通過系統來控制鉆柱，使其在旋轉鉆進的同時，完成定向造斜、增斜、扭方位以及穩斜鉆井，消除了常規鉆井必須要起下鉆才能調整的難題，這樣一來，受工藝改進的影響，位移可以得到有效的延伸。

1.3.2地質導向鉆井技術

除了旋轉導向技術，還有一種技術是從隨鉆測井上延伸過來的，成為地質導向技術。該項技術是通過收集井下的實時地質參數，進行分析和判斷，之后根據需要對最初的鉆井設計進行調整，保證鉆頭順利到達目的層。該系統既能夠測量并控制井眼軌跡，又能實現隨鉆測井。地質導向技術最形象的說法是給鉆頭安上了可以看到井下情況的“眼睛”。與旋轉導向數據不同的是，地質導向上傳的數據是地層的孔隙流體以及巖石特性情況。這些數據傳輸到地面之后，地質工作人員能夠實時了解井下的地質情況，與鉆井工程師結合，對鉆井的軌跡進行評價，并作出實時的調整。

1.4智能鉆桿技術

很長一段時間內，井下數據上傳是靠鉆井液，原理是將脈沖信息通過鉆井液上傳到地面，但是該技術傳輸速率太低，滿足不了旋轉導向以及地質導向技術的要求，因此，一定程度上阻礙了鉆井新技術的推廣。鉆井過程中，數據的實時傳輸速率比較低，這是鉆井工程中一直存在的難題，而智能鉆桿技術，能夠實現數據的高速傳輸，該技術在油氣勘探領域實現了突破。鉆井信息實時傳輸、實時分析等離不開智能鉆桿技術，該項技術的發展，大大減少了鉆井周期，降低了鉆井成本。

2智能鉆井未來發展

智能鉆井技術雖然已經有了一定的發展，但是很多核心技術還需要更深入的研究。國外的智能鉆井技術已經應用到了現場鉆井施工中，其可行性得到了很好的驗證。而國內的智能鉆井技術剛剛開始，水平上距離國外還有距離。智能鉆井技術在非常規、超深層等復雜地質條件的油藏開發中能起到關鍵性的作用，所以，我國需要加大力度，從基礎理論入手，在關鍵技術與裝備的研發上加大力度，早日研發出全套的智能鉆井系統。

2.1復雜地層超前探測與智能表征技術

復雜地層鉆井施工中存在著一定程度的風險，如果能提前對地層情況進行超前探測，就會大大降低這種風險，從而優化鉆井參數，提高鉆井效率。這方面的研究內容可以從智能鉆井傳感器的響應速度入手，對實時數據進行更精確地采集。同時，可以促進隨鉆測錄導的協同作業，實現智能一體化施工，以獲得更全面的井下參數，建立井下復雜地層的智能表征模型，以此為鉆井施工插上“翅膀”。

2.2復雜地層智能化破巖機理與導向控制技術

復雜地層的鉆井施工一直是個難題。在復雜井的智能鉆井過程中，為了能讓鉆頭按照設計軌跡鉆進，需要從兩個方面的技術突破入手。其中一個是破巖原理，而另一個就是導向控制。破巖原理的主要核心技術是如何實現對破巖參數的動態響應。而復雜井的智能導向控制技術則包括井眼軌跡的智能調控與優化，智能鉆桿技術的深入研究以及智能鉆井過程的自適應特性研究，最終目的是實現復雜地層智能鉆井過程的實時調整與控制。

2.3井筒穩定性閉環響應機制與智能調控技術

為了及時調控和優化智能鉆井工程參數，實現安全、高效、經濟鉆井的目標，需要對復雜油氣井井筒穩定性閉環響應機制與智能調控技術攻關，主要是實現地面與井筒多參數雙向互聯，同時能夠完成多種井下參數的檢測，能夠智能識別井下鉆進風險。在對井下環境的響應技術方面，加強智能材料的研發，提升鉆井液智能體系的自適應水平，最終實現復雜油氣井的全過程智能化管理。

3結束語

智能化是未來世界油氣工業發展的大趨勢。智能化鉆井技術已成為石油鉆井的核心要素，全面實現智能化、自動化鉆井新技術，不僅能增強石油鉆井的效率、減少人工操作失誤，還能降低作業成本、控制生產事故發生。隨著多年來的發展，我國的鉆井技術已經得到了長足的進步，鉆井過程的許多環節都已經實現了技術革新，大幅度提升了鉆井施工效率，提高了安全性能，為石油企業的效益提升起到了很大的推動作用。

參考文獻：

[1]姜大巍.關于自動化智能化鉆井新技術的應用發展研究[J].科技創新導報，2015，03（06）：69.

[2]毛軍.石油鉆井工程技術的應用現狀及發展趨勢[J].西部探礦工程，2019，31（11）：50-51.