陶宇龍

陜西省煤層氣開(kāi)發(fā)利用有限公司澄合分公司 陜西渭南 715200

進(jìn)入21 世紀(jì)，世界各國(guó)的經(jīng)濟(jì)都得到快速發(fā)展，尤其是我國(guó)的經(jīng)濟(jì)正處于高速發(fā)展的時(shí)期，對(duì)能源的需求也在逐年提升，但是當(dāng)前國(guó)際的能源面臨勘探難度較大、開(kāi)發(fā)復(fù)雜等問(wèn)題，其周邊的環(huán)境也在不斷惡化，可采資源逐漸收緊等，導(dǎo)致能源的勘探和開(kāi)發(fā)面臨較大的困難。雖然智能鉆井技術(shù)是全球前沿技術(shù)和行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，反映了一個(gè)國(guó)家的油氣科技發(fā)展水平，但是我國(guó)的智能鉆井技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)鉆井技術(shù)依然存在較大差距。在能源的勘探開(kāi)發(fā)中，如何提升勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)就成為其中的重點(diǎn)，智能鉆井技術(shù)利用智能化技術(shù)和大數(shù)據(jù)的手段，結(jié)合信息工程等技術(shù)提高油氣勘探開(kāi)發(fā)的質(zhì)量和水平，為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展提供能源保障和支持。

1 智能鉆井技術(shù)概述

在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，油氣等資源的使用一直都是其中的重要內(nèi)容，而在我國(guó)的油氣勘探過(guò)程中，提高其勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)水平是其中的重點(diǎn)。我國(guó)在進(jìn)行鉆井勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中采用的傳統(tǒng)鉆井技術(shù)與智能鉆井技術(shù)存在較大的差別，常說(shuō)的智能鉆井技術(shù)就是利用信息技術(shù)和大數(shù)據(jù)的手段實(shí)現(xiàn)鉆井過(guò)程的智能化，借助各種智能化的鉆井工具對(duì)其鉆井過(guò)程的數(shù)據(jù)和參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、計(jì)算和調(diào)控，減少人為因素產(chǎn)生的數(shù)據(jù)問(wèn)題，提高整個(gè)鉆井過(guò)程的質(zhì)量和水平。在油氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中，智能鉆井技術(shù)的投入能夠保障鉆進(jìn)作業(yè)的高效進(jìn)行，但是智能化鉆井技術(shù)的研究難度較大，也是近幾年隨著科學(xué)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展才出現(xiàn)的，為了不斷提升相關(guān)技術(shù)研發(fā)水平，需要高新科學(xué)技術(shù)的加持。

在油氣等資源的勘探和開(kāi)發(fā)過(guò)程中，智能鉆井技術(shù)主要分為兩個(gè)部分。首先是采用智能化的鉆井系統(tǒng)，在智能鉆井中，其鉆井系統(tǒng)對(duì)鉆井過(guò)程起著重要的作用，在鉆進(jìn)過(guò)程中利用各種檢測(cè)傳感器對(duì)整個(gè)鉆井的過(guò)程進(jìn)行反饋，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析，保障整個(gè)井眼軌跡的精確度，進(jìn)而提高鉆井過(guò)程的效率。但智能化的鉆井系統(tǒng)目前都是為一些用戶(hù)進(jìn)行量身定制的，大部分的企業(yè)無(wú)法使用，加上其制作的成本較高，也導(dǎo)致其市場(chǎng)的推廣受到阻礙。

其次就是在進(jìn)行智能化的鉆井過(guò)程中會(huì)用到的鉆井工具，在進(jìn)行油氣勘探開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，需要對(duì)地下的鉆井情況進(jìn)行了解，溝通地面和地下的工具至關(guān)重要。通常通過(guò)檢測(cè)返回的鉆井液中的脈沖信息進(jìn)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(diǎn)。在進(jìn)行鉆井的過(guò)程中，需要通過(guò)信息的反饋對(duì)鉆井的情況進(jìn)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(guān)重要。通過(guò)智能化的鉆井技術(shù)，減少鉆井人工成本，提高鉆井過(guò)程中的高度自動(dòng)化，減少鉆井過(guò)程中發(fā)生的事故，從而提高鉆井的效率。

2 智能鉆井技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.1 針對(duì)鉆井中鉆速的智能技術(shù)研究

在智能鉆井技術(shù)中，針對(duì)鉆井鉆速的智能技術(shù)研究是其中一項(xiàng)重要技術(shù)。在油氣等資源的勘探和開(kāi)發(fā)中，鉆井鉆速是其中的一個(gè)重要條件，一些鉆井技術(shù)在作業(yè)的過(guò)程中由于受到技術(shù)的限制導(dǎo)致其鉆速較差，影響油氣的勘探和開(kāi)發(fā)。隨著智能鉆井技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，針對(duì)鉆速的智能化技術(shù)研究也在不斷地提升，借助大數(shù)據(jù)和信息技術(shù)手段提升鉆速就是其中常見(jiàn)的一種技術(shù)。鉆速智能化技術(shù)主要在鉆進(jìn)過(guò)程中借助大數(shù)據(jù)和智能優(yōu)化算法等技術(shù)手段對(duì)鉆井過(guò)程中獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析。通過(guò)數(shù)據(jù)分析對(duì)鉆井過(guò)程中的情況進(jìn)行了解，然后再進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)控鉆井參數(shù)，可以有效加快鉆井的速度。這種技術(shù)主要是通過(guò)對(duì)鉆井過(guò)程中獲取的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算來(lái)調(diào)整鉆速，對(duì)算法的要求較高。因此，在智能鉆井技術(shù)中，要加強(qiáng)對(duì)智能化算法的優(yōu)化和研究，進(jìn)一步提高算法水平，從而保證參數(shù)調(diào)控的精確性，才能夠精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)鉆速調(diào)控的智能化。

2.2 智能化監(jiān)測(cè)和決策技術(shù)

對(duì)智能化鉆井技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和決策上的研究也是其中一項(xiàng)重要技術(shù)。在進(jìn)行油氣資源的勘探和開(kāi)發(fā)中，對(duì)鉆井過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)也是其中的重要環(huán)節(jié)，通過(guò)監(jiān)測(cè)可以對(duì)整個(gè)鉆井過(guò)程的情況進(jìn)行了解，并合理調(diào)整鉆井方案，保障整個(gè)勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程的順利進(jìn)行。在智能化鉆井技術(shù)的研究中，通過(guò)智能化的監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以掌握鉆井過(guò)程中井下的真實(shí)情況，掌握鉆井相關(guān)數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)井下需要鉆探的部分工程進(jìn)行診斷和預(yù)測(cè)，提前做好相應(yīng)的鉆井方案和決策，避免由于信息不暢而影響鉆井過(guò)程。

在油氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中，智能化的決策也是其中的重要內(nèi)容，不同的地質(zhì)在進(jìn)行勘探時(shí)需要制定不同的方案，這時(shí)方案的決策至關(guān)重要。智能化的決策就是在鉆井過(guò)程中根據(jù)對(duì)其地質(zhì)和工程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)鉆井過(guò)程進(jìn)行智能化診斷和實(shí)時(shí)決策。這種智能化的決策能夠利用對(duì)大數(shù)據(jù)的智能化和數(shù)字化分析，對(duì)鉆井過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)化評(píng)析，進(jìn)而進(jìn)行系統(tǒng)化和嚴(yán)謹(jǐn)化控制，提高鉆井效率和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)鉆井過(guò)程的最優(yōu)化。

2.3 智能鉆井設(shè)備研究

在智能化鉆井中，鉆井設(shè)備是其中的重要部分，缺乏一定的鉆井設(shè)備會(huì)影響整個(gè)鉆井過(guò)程的作業(yè)。故此在研究智能化鉆井技術(shù)的過(guò)程中，智能化鉆井設(shè)備也是研究的重要內(nèi)容。

首先，在油氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中，鉆機(jī)是必不可少的，對(duì)鉆機(jī)的智能化研究也是其中的重點(diǎn)，在鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆機(jī)承擔(dān)著重要的作用，主要是提供鉆井工作的動(dòng)力和載荷支撐。在當(dāng)前智能化的研究中，通過(guò)無(wú)人化的操作，可以提高整個(gè)鉆井過(guò)程的效率，也能夠幫助鉆井施工提升其自動(dòng)化水平。故此，在對(duì)鉆機(jī)的研究中，要加強(qiáng)對(duì)精準(zhǔn)控制和智能鉆機(jī)的研究，提高鉆進(jìn)的質(zhì)量和水平，保障勘探開(kāi)發(fā)的進(jìn)度。

其次，在鉆井的過(guò)程中，鉆桿也是重要的部分，通過(guò)對(duì)鉆桿進(jìn)行智能化的研究，借助智能化的技術(shù)，可以對(duì)鉆井下的信息進(jìn)行快速和準(zhǔn)確傳播，并滿(mǎn)足鉆井過(guò)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(kāi)發(fā)提供信息支持。

最后，對(duì)鉆頭進(jìn)行智能化的研究也是其中的重點(diǎn)，鉆頭是獲取和監(jiān)測(cè)井下施工情況的重要部件，通過(guò)智能化鉆頭的使用可以實(shí)時(shí)掌握井下的信息和作業(yè)狀態(tài)，并對(duì)其信息進(jìn)行集中處理，了解井下后續(xù)的情況，可以實(shí)現(xiàn)高效的鉆井作業(yè)。但國(guó)內(nèi)的鉆頭技術(shù)研究還處于初步階段，對(duì)復(fù)雜環(huán)境的識(shí)別和數(shù)據(jù)獲取還處于摸索階段。

3 智能鉆井技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 復(fù)雜地層的鉆井技術(shù)

在油氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中，不同的地層條件在鉆井時(shí)需要采用不同的鉆井工藝，對(duì)鉆井技術(shù)的要求越來(lái)越高，尤其是針對(duì)復(fù)雜地層鉆井更是需要較高的鉆井技術(shù)和水平。目前，在全球的智能鉆井技術(shù)的發(fā)展和研究中，大多數(shù)的一些技術(shù)還處于研究和突破的階段。就目前鉆井技術(shù)的研究來(lái)說(shuō)，智能化的鉆井技術(shù)研究和使用依然處于發(fā)展階段，一些技術(shù)的發(fā)展依然比較緩慢，而在復(fù)雜地層的鉆井過(guò)程中，保障鉆井作業(yè)的安全則顯得尤為重要，復(fù)雜地層巖性變化較大，巖層存在多樣性，施工風(fēng)險(xiǎn)較大。因此，更需要加強(qiáng)針對(duì)復(fù)雜地層的智能鉆井技術(shù)研究，包括一些復(fù)雜地質(zhì)、工程環(huán)境下井下智能傳感器的相應(yīng)機(jī)制，建立多種數(shù)據(jù)源智能井下感知傳感系統(tǒng)，形成隨鉆測(cè)錄導(dǎo)智能一體化協(xié)同作業(yè)的技術(shù)，建立復(fù)雜地層巖石物理參數(shù)智能表征模型，形成地質(zhì)目標(biāo)體精細(xì)識(shí)別和超前探測(cè)技術(shù)。通過(guò)各種探測(cè)手段，提前了解和掌握復(fù)雜地層在鉆井過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，智能預(yù)警，準(zhǔn)確應(yīng)對(duì)，保障鉆井作業(yè)的質(zhì)量。

3.2 智能調(diào)控技術(shù)

智能化調(diào)控技術(shù)也是未來(lái)智能化鉆井技術(shù)研究的一個(gè)重要方向。在油氣勘探和開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，其過(guò)程和環(huán)節(jié)較為復(fù)雜，如果對(duì)鉆井的過(guò)程缺乏相應(yīng)的調(diào)控和監(jiān)控，會(huì)影響鉆井的質(zhì)量。因此，在智能化鉆井的技術(shù)研究中，未來(lái)要加強(qiáng)對(duì)智能化鉆井調(diào)控技術(shù)的研究，針對(duì)鉆井過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題和情況，提高鉆井對(duì)數(shù)據(jù)的敏感度和對(duì)數(shù)據(jù)分析的精確性，從而保障鉆井作業(yè)的安全和質(zhì)量。

例如鉆井過(guò)程中通過(guò)制定閉環(huán)響應(yīng)機(jī)制，能夠?qū)虑闆r進(jìn)行實(shí)時(shí)了解，并運(yùn)用技術(shù)手段對(duì)井下情況進(jìn)行控制，也可以研究參數(shù)檢測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)智能化識(shí)別和預(yù)警等。研究地面井筒地層多參數(shù)閉環(huán)響應(yīng)機(jī)制、地面井下鉆井工程參數(shù)閉環(huán)的控制和預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)井下的鉆井情況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控。此外在鉆井過(guò)程中，地層的復(fù)雜情況。對(duì)整個(gè)鉆井的智能化監(jiān)控和決策都有直接和間接的影響，這就需要在未來(lái)對(duì)智能化鉆井技術(shù)的研究中，加大對(duì)鉆井智能化監(jiān)控和調(diào)控的研究，同時(shí)也要對(duì)井下復(fù)雜情況的智能化診斷和決策進(jìn)行研究，通過(guò)建立一個(gè)監(jiān)測(cè)、預(yù)警、診斷和決策的智能化平臺(tái)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行研究和分析，對(duì)鉆井液性能進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)和調(diào)控，為鉆井作業(yè)提供科學(xué)保障。

3.3 導(dǎo)向控制技術(shù)

在智能化鉆井技術(shù)研發(fā)過(guò)程中，導(dǎo)向控制技術(shù)也是未來(lái)需要研究和攻克的方向之一。在進(jìn)行勘探開(kāi)發(fā)前，要先進(jìn)行井眼軌跡的設(shè)計(jì)，為了保證設(shè)計(jì)的合理性和可鉆性，就需要對(duì)復(fù)雜條件下自適應(yīng)智能破巖機(jī)理進(jìn)行研究。通過(guò)分析鉆頭破巖參數(shù)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)機(jī)制，開(kāi)展復(fù)雜結(jié)構(gòu)的井眼軌道智能化與調(diào)控技術(shù)研究，進(jìn)而建立智能化的設(shè)計(jì)方案。利用智能化的鉆井系統(tǒng)建立智能導(dǎo)向鉆井實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)控技術(shù)，鉆井的過(guò)程中如果出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)可以及時(shí)調(diào)整方案，保障鉆井過(guò)程能夠順利高效地完成，避免出現(xiàn)安全事故阻礙鉆井作業(yè)的開(kāi)展，為以后的能源勘探開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)。同時(shí)要對(duì)智能導(dǎo)向控制方法進(jìn)行研究，例如分析智能鉆頭破巖參數(shù)動(dòng)態(tài)響應(yīng)機(jī)制，建立海量數(shù)據(jù)雙向高效傳輸智能鉆桿。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，提高油氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)水平對(duì)滿(mǎn)足能源需求和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。應(yīng)利用智能化技術(shù)和工程信息技術(shù)等對(duì)油氣勘探技術(shù)進(jìn)行研究，結(jié)合大數(shù)據(jù)手段和人工智能加快智能鉆井技術(shù)的研究，并利用多學(xué)科的交叉，加強(qiáng)鉆井工程與前沿理論及技術(shù)的跨界融合，強(qiáng)化協(xié)同創(chuàng)新，努力推動(dòng)我國(guó)鉆井技術(shù)的快速發(fā)展和進(jìn)步提升。