新形勢下智能化鉆井軟件發展模式

李 博，陳志學，陳雪峰，李明印，饒家富，康 健

（中國石油集團工程技術研究院有限公司，北京 102206）

智能化鉆井技術能夠大規模提高鉆井工程效率，減少鉆井事故復雜，達到提質增效的目的。目前，國外多種新型智能化鉆井技術已經應用在鉆井工程中，為鉆井工程工作帶來了新的發展方向。但是我國智能化鉆井技術受制于技術要求，還未在鉆井工作中得到廣泛應用，與其他發達國家差距依舊較大，但是我國已經加快智能化鉆井技術研發和創新，不斷提升我國石油鉆井技術水平。

1 鉆井化智能軟件存在的問題和挑戰

（1）智能鉆井技術建設需要軟件、硬件結合，但目前部分硬件技術還存在一定問題，難以在高溫、高壓、高含硫條件下長時間正常工作；例如塔里木盆地庫車山前井底溫度超過200°C、壓力超過100MPa，螺桿、MWD 等井下鉆井工具難以在高溫高壓條件下長時間正常運轉；

（2）鉆井工程生產節點多，專業跨度大，協同管理難，相關學科節點過多，數據量龐大，分類困難。安全生產、高效的生產運行將涉及鉆井、固井、鉆井液等多部門多專業協調，相對統一管理困難；

（3）管理模式發生沖擊信息化建設對目前管理方式帶來了極大沖擊，智能管理平臺的信息化建設將會最大化節約成本，釋放大量人力資源和社會物質資源，勞動組織架構合計勞動組織方式的深刻變革，生產資源將會重新分配。

2 數據庫管理

智能化鉆井軟件可總結為：依托數字油田智能建設總體框架，在數據采集的基礎上，將數據傳至數據庫，通過數據篩選，利用計算機給定運算模式，將計算結果反饋到現場，指導生產的一種安全、高效的辦公平臺，所以硬件是基礎，軟件是關鍵[1]。

成熟、高效的智能化鉆井軟件主要包括兩部分：一是完整的數據庫，規模化的軟件離不開基礎數據的支持，任何一個理論結果都是在大量數據的基礎上得到的；二是運行規則，目前為止更多的運行規則仍然依靠人工經驗進行獲取，由此導致運行結果存在一定誤差，但是隨著大數據的逐漸完善，更多的運行規則必將逐步完善，逐步消除誤差，獲取精確結果。

數據的地位應該高于業務與技術，技術的創新都是源于數據的支持，任何技術的進步離不開以基礎數據為核心的技術支持，即油田信息化建設應該以數據為核心進行開展，數據是支撐鉆井技術的發動機，如何將有用數據甄別出來，用以支持技術的進步、科技的創新，是大數據池的關鍵。數據庫的建立主要包括數據采集、數據處理和分析、數據應用三個階段[2]。

2.1 數據采集

隨著油田井下高溫、高壓、無線傳感器的成熟應用，油田生產基礎數據采集逐步趨于完善，已經基本達到數據穩定、及時、準確采集的基礎條件。數據采集是將原始數據經過傳感器一并采集到數據庫中，并根據數據類型進行存儲。以鉆井生產為例：按照生產過程可分類為純鉆時間、井深、進尺、鉆井液密度、起下鉆等。時間可分類為秒度數據、分度數據、時度數據、日度數據、月度數據等。數據的及時性和準確性，是信息化構建的基礎框架，數據準確越高、及時性越強，數據庫建立也就越充分完整，后續軟件調取越方便、快捷[3]。

2.2 數據處理和分析

單一數據往往無法最大化發揮數據的價值，原始數據需要進一步處理，將數據組合起來進行多維化處理，才能體現出數據最根本價值，例如將井深數據、套管數據、完鉆原則、鉆井液密度等多種類型數據進行串聯組合，才能將井身結構展示出來（圖1）；將純鉆時間和進尺數據相結合，就可以得到機械鉆速數據。

圖1 井身結構

對原始數據進行深入分析，利用大數據尋找規律圖版，找出結果支撐數據，將多維數據進行對比分析，才能實現對事物的精準定位，才能進一步促進鉆井生產。具體來說：我們多數需要的不是原始采集數據，而是原始數據經過進一步分析得到的衍生數據，鉆井生產過程中多數數據并不能直接進行測量，這時候就需要利用公式、人工經驗、相關軟件進行計算校核，才能得到我們想要的數據[4]。

2.3 數據應用

數據庫是按一定規則將原數據進行數據整理、分析、計算的一個集合體。它實現了對數據庫訪問的用戶管理，權限分配，數據的導入、導出，應用系統的集成開發管理功能。

數據庫可以看作存儲各類數據的大型倉庫，其中的數據可供任意存取、處理、分析及傳輸，數據庫建立的最終目的就是應用，如圖2數據類型分類。數據庫是從多個渠道獲取原數據進行集中數據處理分析，為后續數據應用、調取構建基礎框架，為不同部門、不同用戶提供可信度高的數據資源，數據庫建立可以省去后續大量統計數據時間，是用戶讀取數據最為方便的平臺[5]。

圖2 數據類型分類

3 智能鉆井軟件應用前景

智能化鉆井軟件是油田信息化建設發展過程中的主要組成部分，是在數據庫構建的基礎上，應用大數據、人工智能、云計算等計算方式，加入人工經驗應運而生的可以斷崖式節能降耗、提質增效最安全高效的辦公平臺。成熟的智能化鉆井軟件可以最大化體現出數字化優勢，挖掘出數據最大應用價值，能夠最大化減少事務中間環節，實現不同專業領域、不同學科之間信息資源的高度共享，達到協同研發、協同管理的目的。智能化鉆井軟件可總結有兩大功能，第一指導生產、提質增效；第二安全監測。

3.1 指導生產、提質增效

目前為止，鉆井過程中參數的確定，仍需要人工臨時決定，受外界因素、個人素質影響大，不確定性強。智能化鉆井軟件涉及的鉆進參數、鉆井液技術、固井、測井等任何參數的確定都無法及時得到最優解。但成熟的智能化鉆井軟件可全面感知實時井況，在鉆井過程中根據井場數據實時傳輸，將最真實、穩定、可靠數據，快速傳至數據庫中，以數據庫為依托，利用人工智能技術，將專家人工經驗融入系統平臺中，由智能鉆井平臺計算出最合理鉆井方案，實時給出最合理鉆井參數、工具、決策等建議，對現場施工進行指導。隨著基礎數據庫規模的逐漸變大參數的準確性也會逐步提高。

例如：在鉆井過程中，泵壓數據、扭矩、鉆壓、轉速等相關參數通過傳感器實時傳送至數據庫中，數據庫經過利用大數據篩選計算出類似工況，進行參數匹配數據，經過云計算可以給出合理的鉆井參數建議。直接反饋至鉆井平臺，直接指導生產。中石油工程技術研究院研發的《井下工況感知與實時優化》通過應用井底巖屑返出量監測裝置，同步調用工程錄井數據，對井底巖屑返出率實時計算，定量化評價井眼清潔度，確定鉆進最優鉆井參數隨鉆調整鉆井參數，降低井底有害振動，使鉆頭始終保持在高效破巖狀態，從而提高鉆頭破巖效率與機械鉆速、延長鉆頭使用壽命。

3.2 安全監測

鉆井作業所處環境惡劣、施工難度大、技術要求高，給鉆井設備要求帶來諸多挑戰。但是截止目前，多數鉆井設備安全等級可以完全滿足生產開發的需求，而多數事故復雜原因是由于人工操作不規范、處置不及時、參數設置不合理等原因造成的。一旦發生鉆井事故復雜，直接影響到整個鉆井周期，人力物力產生極大浪費，甚至造成人員傷亡。

智能化鉆井軟件可根據現場實時相關參數監控，準確模擬井下工況條件，并通過鉆井數據組合判斷，建立事故預警模型，將動態鉆井物理模型與人工智能、數據挖掘算法相結合，對事故復雜發生概率進行預測，提前預判溢流、漏失、鉆具疲勞等工況，通過智能診斷故障、提前預警、科學分析、優化處理4種智能化手段，最大限度降低事故復雜發生的概率[6]。

4 結論與認識

智能化鉆井新技術可以提高石油鉆井過程的效率，降低石油鉆井過程中的事故和復雜，降低鉆井工作的成本，有效推動石油產業的發展，今后將成為鉆井作業的主要技術。但是我國智能化鉆井新技術起步較晚，較之世界上其他一些國家仍然存在一定的差距，部分鉆井設備和工具還需進口，鉆井技術智能化程度相對較低，我們必須加大對智能化鉆井新技術研發力度，開發出更多高效、穩定、安全的智能化鉆井利器，有效地提升鉆井作業的工作效率以及安全，保證石油企業的經濟效益與社會效益，實現了鉆井作業精準管理與開發。