智能鉆井技術研究現狀及發展趨勢探究

陶宇龍

陜西省煤層氣開發利用有限公司澄合分公司 陜西渭南 715200

進入21 世紀，世界各國的經濟都得到快速發展，尤其是我國的經濟正處于高速發展的時期，對能源的需求也在逐年提升，但是當前國際的能源面臨勘探難度較大、開發復雜等問題，其周邊的環境也在不斷惡化，可采資源逐漸收緊等，導致能源的勘探和開發面臨較大的困難。雖然智能鉆井技術是全球前沿技術和行業發展趨勢，反映了一個國家的油氣科技發展水平，但是我國的智能鉆井技術與國際先進鉆井技術依然存在較大差距。在能源的勘探開發中，如何提升勘探開發技術就成為其中的重點，智能鉆井技術利用智能化技術和大數據的手段，結合信息工程等技術提高油氣勘探開發的質量和水平，為我國的經濟持續高速發展提供能源保障和支持。

1 智能鉆井技術概述

在我國的經濟發展中，油氣等資源的使用一直都是其中的重要內容，而在我國的油氣勘探過程中，提高其勘探開發技術水平是其中的重點。我國在進行鉆井勘探開發過程中采用的傳統鉆井技術與智能鉆井技術存在較大的差別，常說的智能鉆井技術就是利用信息技術和大數據的手段實現鉆井過程的智能化，借助各種智能化的鉆井工具對其鉆井過程的數據和參數進行實時采集、計算和調控，減少人為因素產生的數據問題，提高整個鉆井過程的質量和水平。在油氣勘探開發過程中，智能鉆井技術的投入能夠保障鉆進作業的高效進行，但是智能化鉆井技術的研究難度較大，也是近幾年隨著科學技術和大數據技術的發展才出現的，為了不斷提升相關技術研發水平，需要高新科學技術的加持。

在油氣等資源的勘探和開發過程中，智能鉆井技術主要分為兩個部分。首先是采用智能化的鉆井系統，在智能鉆井中，其鉆井系統對鉆井過程起著重要的作用，在鉆進過程中利用各種檢測傳感器對整個鉆井的過程進行反饋，并通過數據分析，保障整個井眼軌跡的精確度，進而提高鉆井過程的效率。但智能化的鉆井系統目前都是為一些用戶進行量身定制的，大部分的企業無法使用，加上其制作的成本較高，也導致其市場的推廣受到阻礙。

其次就是在進行智能化的鉆井過程中會用到的鉆井工具，在進行油氣勘探開發的過程中，需要對地下的鉆井情況進行了解，溝通地面和地下的工具至關重要。通常通過檢測返回的鉆井液中的脈沖信息進行溝通，其效果并不好，因此采用智能化的鉆井工具就成為其中的重點。在進行鉆井的過程中，需要通過信息的反饋對鉆井的情況進行了解智能化的鉆井工具具有較好的井下與地面間的信息交流能力顯得至關重要。通過智能化的鉆井技術，減少鉆井人工成本，提高鉆井過程中的高度自動化，減少鉆井過程中發生的事故，從而提高鉆井的效率。

2 智能鉆井技術研究現狀

2.1 針對鉆井中鉆速的智能技術研究

在智能鉆井技術中，針對鉆井鉆速的智能技術研究是其中一項重要技術。在油氣等資源的勘探和開發中，鉆井鉆速是其中的一個重要條件，一些鉆井技術在作業的過程中由于受到技術的限制導致其鉆速較差，影響油氣的勘探和開發。隨著智能鉆井技術的發展和進步，針對鉆速的智能化技術研究也在不斷地提升，借助大數據和信息技術手段提升鉆速就是其中常見的一種技術。鉆速智能化技術主要在鉆進過程中借助大數據和智能優化算法等技術手段對鉆井過程中獲得的數據進行計算和分析。通過數據分析對鉆井過程中的情況進行了解，然后再進行優化和調控鉆井參數，可以有效加快鉆井的速度。這種技術主要是通過對鉆井過程中獲取的參數進行計算來調整鉆速，對算法的要求較高。因此，在智能鉆井技術中，要加強對智能化算法的優化和研究，進一步提高算法水平，從而保證參數調控的精確性，才能夠精準實現鉆速調控的智能化。

2.2 智能化監測和決策技術

對智能化鉆井技術進行監測和決策上的研究也是其中一項重要技術。在進行油氣資源的勘探和開發中，對鉆井過程進行監測也是其中的重要環節，通過監測可以對整個鉆井過程的情況進行了解，并合理調整鉆井方案，保障整個勘探開發過程的順利進行。在智能化鉆井技術的研究中，通過智能化的監測技術，可以掌握鉆井過程中井下的真實情況，掌握鉆井相關數據并對數據進行分析，對井下需要鉆探的部分工程進行診斷和預測，提前做好相應的鉆井方案和決策，避免由于信息不暢而影響鉆井過程。

在油氣勘探開發過程中，智能化的決策也是其中的重要內容，不同的地質在進行勘探時需要制定不同的方案，這時方案的決策至關重要。智能化的決策就是在鉆井過程中根據對其地質和工程數據進行分析，對鉆井過程進行智能化診斷和實時決策。這種智能化的決策能夠利用對大數據的智能化和數字化分析，對鉆井過程中的數據進行動態化評析，進而進行系統化和嚴謹化控制，提高鉆井效率和質量，實現鉆井過程的最優化。

2.3 智能鉆井設備研究

在智能化鉆井中，鉆井設備是其中的重要部分，缺乏一定的鉆井設備會影響整個鉆井過程的作業。故此在研究智能化鉆井技術的過程中，智能化鉆井設備也是研究的重要內容。

首先，在油氣勘探開發過程中，鉆機是必不可少的，對鉆機的智能化研究也是其中的重點，在鉆進過程中，鉆機承擔著重要的作用，主要是提供鉆井工作的動力和載荷支撐。在當前智能化的研究中，通過無人化的操作，可以提高整個鉆井過程的效率，也能夠幫助鉆井施工提升其自動化水平。故此，在對鉆機的研究中，要加強對精準控制和智能鉆機的研究，提高鉆進的質量和水平，保障勘探開發的進度。

其次，在鉆井的過程中，鉆桿也是重要的部分，通過對鉆桿進行智能化的研究，借助智能化的技術，可以對鉆井下的信息進行快速和準確傳播，并滿足鉆井過程中的需求，這種智能化的鉆桿可以保障信息和電能的傳輸，提高信息的傳播速度，為油氣的鉆探開發提供信息支持。

最后，對鉆頭進行智能化的研究也是其中的重點，鉆頭是獲取和監測井下施工情況的重要部件，通過智能化鉆頭的使用可以實時掌握井下的信息和作業狀態，并對其信息進行集中處理，了解井下后續的情況，可以實現高效的鉆井作業。但國內的鉆頭技術研究還處于初步階段，對復雜環境的識別和數據獲取還處于摸索階段。

3 智能鉆井技術的發展趨勢

3.1 復雜地層的鉆井技術

在油氣勘探開發過程中，不同的地層條件在鉆井時需要采用不同的鉆井工藝，對鉆井技術的要求越來越高，尤其是針對復雜地層鉆井更是需要較高的鉆井技術和水平。目前，在全球的智能鉆井技術的發展和研究中，大多數的一些技術還處于研究和突破的階段。就目前鉆井技術的研究來說，智能化的鉆井技術研究和使用依然處于發展階段，一些技術的發展依然比較緩慢，而在復雜地層的鉆井過程中，保障鉆井作業的安全則顯得尤為重要，復雜地層巖性變化較大，巖層存在多樣性，施工風險較大。因此，更需要加強針對復雜地層的智能鉆井技術研究，包括一些復雜地質、工程環境下井下智能傳感器的相應機制，建立多種數據源智能井下感知傳感系統，形成隨鉆測錄導智能一體化協同作業的技術，建立復雜地層巖石物理參數智能表征模型，形成地質目標體精細識別和超前探測技術。通過各種探測手段，提前了解和掌握復雜地層在鉆井過程中可能會產生的風險，智能預警，準確應對，保障鉆井作業的質量。

3.2 智能調控技術

智能化調控技術也是未來智能化鉆井技術研究的一個重要方向。在油氣勘探和開發的過程中，其過程和環節較為復雜，如果對鉆井的過程缺乏相應的調控和監控，會影響鉆井的質量。因此，在智能化鉆井的技術研究中，未來要加強對智能化鉆井調控技術的研究，針對鉆井過程中可能出現的問題和情況，提高鉆井對數據的敏感度和對數據分析的精確性，從而保障鉆井作業的安全和質量。

例如鉆井過程中通過制定閉環響應機制，能夠對井下情況進行實時了解，并運用技術手段對井下情況進行控制，也可以研究參數檢測、風險智能化識別和預警等。研究地面井筒地層多參數閉環響應機制、地面井下鉆井工程參數閉環的控制和預警系統，對井下的鉆井情況進行實時調控。此外在鉆井過程中，地層的復雜情況。對整個鉆井的智能化監控和決策都有直接和間接的影響，這就需要在未來對智能化鉆井技術的研究中，加大對鉆井智能化監控和調控的研究，同時也要對井下復雜情況的智能化診斷和決策進行研究，通過建立一個監測、預警、診斷和決策的智能化平臺，利用大數據技術進行研究和分析，對鉆井液性能進行智能化設計、評價和調控，為鉆井作業提供科學保障。

3.3 導向控制技術

在智能化鉆井技術研發過程中，導向控制技術也是未來需要研究和攻克的方向之一。在進行勘探開發前，要先進行井眼軌跡的設計，為了保證設計的合理性和可鉆性，就需要對復雜條件下自適應智能破巖機理進行研究。通過分析鉆頭破巖參數的動態響應機制，開展復雜結構的井眼軌道智能化與調控技術研究，進而建立智能化的設計方案。利用智能化的鉆井系統建立智能導向鉆井實時優化調控技術，鉆井的過程中如果出現風險可以及時調整方案，保障鉆井過程能夠順利高效地完成，避免出現安全事故阻礙鉆井作業的開展，為以后的能源勘探開發奠定基礎。同時要對智能導向控制方法進行研究，例如分析智能鉆頭破巖參數動態響應機制，建立海量數據雙向高效傳輸智能鉆桿。

4 結語

綜上所述，提高油氣勘探開發技術水平對滿足能源需求和經濟發展具有重要意義。應利用智能化技術和工程信息技術等對油氣勘探技術進行研究，結合大數據手段和人工智能加快智能鉆井技術的研究，并利用多學科的交叉，加強鉆井工程與前沿理論及技術的跨界融合，強化協同創新，努力推動我國鉆井技術的快速發展和進步提升。