石油鉆井自動化智能化新技術研究

靳美成

（中國石油長城鉆探工程有限公司，北京 100101）

鉆井技術的自動化、智能化的程度，直接關乎油田的生產效益、效率。鉆井新技術的應用，尤其是自動化智能化的鉆井工具、計算機監控系統、通訊網絡等體系，保障了鉆井工程的安全建設，以及油田生產的穩中求進。未來智能鉆桿、隨鉆地震等新技術的應用，可實現石油鉆井生產經濟性、時效性等優勢的最大程度發揮。

1 鉆井新技術的應用優勢

（1）確保鉆井作業質量。應用鉆井新技術可確保鉆井作業質量。首先將數據實時反饋技術、導向鉆井技術應用到鉆井工程中，可確保鉆井工具正軌進行。其次利用智能傳感器，實現了鉆井作業的全程可控性，降低了作業難度、工作強度、安全隱患，確保了工作效率。

（2）減少作業周期與綜合成本。常規的鉆井技術需配置大量的人力、物力等資源，自動化智能化鉆井技術的應用，優化了鉆井作業項目，減少了電纜測井等不必要的工作環節，施工周期顯著縮短，有效控制施工成本。

（3）拓寬項目作業領域。自動化智能化的鉆井技術，不受環境、地質等條件影響，特殊地質井況等條件都能有效展開鉆井作業，拓展了鉆井項目的作業領域。新技術的組合應用，工作適應性、效率、精度與質量顯著提升，促使石油鉆井項目步入良性運作的軌跡。

2 自動化智能化新技術應用

（1）計算機監控系統。計算機監督控制系統的應用，提高了作業數據收集、信息分析、施工命令傳達等工作的時效性，為現代化鉆井系統的完善夯實了基礎。系統配套資料庫，涵蓋了大量專家的研究成果，實際應用可提高石油鉆井工程項目的管理水平。借助井下感應器等設備，實時收集井下的數據信息，并傳輸至計算機監控系統，系統對數據分類評估后，若評估結果在資料庫管控范圍內，將評估結果輸送至井下。當評估結果超出資料庫的控制范疇，需經技術人員、施工人員圍繞評估結果討論，獲取一致意見后輸送至井下。工作人員對不符合數據庫控制范圍的評估結構數據進行整理，將有用數據信息歸納至系統資料庫內，實現資料庫的更新、升級。在實踐中，鉆井通信平臺涵蓋修井操控平臺、修井遠程操控系統，有利于鉆井項目實現立體式的監督制約體系，為隨鉆地震、智能傳輸等新技術的實際應用夯實了基礎。

（2）鉆井工具。實際上，各種鉆井設備、工具都能夠落實項目施工的各種指令，確保石油開采作業有序展開。自動化、智能化、現代化的鉆井系統，結合穩定可靠的運行機制，可實現鉆井導向、智能擴眼、智能接頭等工具的微型化。實時監測工程數據的同時，可作用于通井、固井、壓裂等核心環節。新型鉆井工具的應用，可優化鉆井工藝流程，能夠明確鉆頭的位置、方向，實現了井下開采的導向作業。感應器收集井下開采的技術參數，可及時掌握、監督鉆頭的運作狀況，實現了井下開采工程的高效、穩定、安全。

（3）鉆井供電體系。各個鉆井工具工作的性能不同，尤其是電能消耗量方面的差異，為提高鉆井項目供電系統的安全可靠程度，需優化供電系統的發電機組構成，有效配備柴油機、應急等發電機組，確保電力穩定、及時供應。為提供充足、穩定的電力能量，供電系統需合理配置斷路器、高低壓配電盤、控制箱等部分，滿足鉆井工程對照明、工具用電等需求。PMS生產管理系統的應用，可根據工程施工的實際用電，提供充足的電量，確保了供電系統的智能性。鉆井工程可使用高性能電池、渦輪發電機組等新型供電方式，提高供電系統的安全性、穩定性與供電效率。

（4）鉆井通訊網絡。現代化鉆井通訊網絡可利用共享中心、調控中心等，實現數據信息的雙向傳遞，以及項目信息資料的共享。共享數據信息的集成化特征明顯，儲存容量大可實現高效傳輸，以及數據信息的安全、快速解析演繹，為鉆井作業的決策提供了參照。對于數據信息的快速檢測反饋、整理演繹等操作，確保了井下、井上通訊的效率與質量，為井下信息反饋、指令傳送提供了便利。

（5）信息傳達技術。當前的鉆井信息傳達技術，主要涉及隨鉆測井、井眼軌道檢測兩項，技術應用與監控設備類似，有利于技術人員獲取反饋信息，通過信息分析掌握施工巖層、鉆井軌道等情況。目前常用的信息傳達技術，主要包括電磁感應法、超聲回彈綜合法等。最大程度發揮信息傳達技術的作用，需掌握技術性能、使用方法，以及技術優勢與弊端。

3 鉆井新技術發展

（1）隨鉆地震技術。該技術是依附鉆井工程，對地震勘探技術優化的產物。隨鉆地震分為隨鉆rvsp、隨鉆vsp兩類，前者將鉆頭破巖的振動，看作是地下震源，借助井架上的傳感器，收集鉆頭破巖時的振動信號，將該信號稱為參考、導航信號。地面安置檢波器，由其收集地下鉆頭振動，經地層傳播的信號，如直達波、反射波等信號。地下振動信號施以預處理后，與直達波信號經過互相關分析后，確定時移，評估地層特征。后者利用鉆鋌檢波器，收集鉆進過程中的地面地震波，將數據傳輸至地面，數據分析處理后，對鉆進情況進行評估。

隨鉆地震技術的經濟性、實用性、時效性等優勢特征也是傳統vsp所不能比擬的。隨鉆地震技術在國外石油勘探開采中有著顯著的成效，可方便獲取鉆井工作中地震實驗數據的同時，能夠綜合鉆井技術、地震技術，最大程度發揮鉆井技術的優勢性能。

（2）地質導向鉆井技術。隨鉆測井技術的廣泛應用，加速了完善地質導向鉆井技術的步伐，該技術通過控制油氣層，根據測定的井下地質信息，引導并設計原鉆工作軌跡，確保鉆頭圍繞油氣層目標正軌運行。依附隨鉆測井技術的同時，結合井眼軌跡測控技術，增加了鉆頭的導向性。地層巖性、孔隙流體等信息的實時反饋，為地質師、技術人員等了解井眼的狀況，以及井眼軌跡調整、修改等提供了價值依據。該技術的應用，確保水平井眼始終在目標層內，并與產層內的水油等資源保持適當間距。但該技術不能反饋供儲層狀況的信息，判定、決策油氣層仍缺乏科學依據，對此該技術適用開采薄油層、油田后期開發等領域。該技術可以提供巖性密度、自然伽馬等地質參數，以及井底扭矩、鉆壓、方位等工程參數的井底信息。地質導向鉆井技術，主要是通過鉆井中多種反饋信息的分析，實時評價所鉆地層的特性，根據測評結果控制井下鉆具的活動。

（3）近鉆頭參數測量技術。鉆井工程直接關系到石油開發的產量，各工作環節需謹慎，鉆井過程需不斷優化，對此可通過測量鉆頭參數來調整實現。為滿足鉆井工程的需要，近鉆頭參數測量技術被廣泛應用，通過內部的傳感裝置，收集鉆頭過程中的地層特征參數信息，并將其傳輸至控制單元，由控制單元分析地層特征的數據并指導鉆井路徑調整。

（4）智能鉆桿技術。智能鉆桿技術的應用，可顯著提升鉆井工作中數據傳輸的效率，通過高速傳輸，最大程度發揮信息分析的時效性，避免影響施工進度。智能鉆桿技術，突破了鉆井數據傳輸效率的瓶頸，同時優化了數據傳輸的穩定性、實時性，帶動鉆井數據分析時效性的提升，確保鉆井工作正常開展。

4 思考與建議

全球石油勘探開發業的迅猛發展，使鉆井新技術實現了質的飛躍，技術的自動化、智能化成為了可能。在實踐中，鉆井新技術貫穿于鉆井工程的各個環節與階段，提升了鉆井工程施工的效率與安全程度。確保石油企業的經濟效益。但是我國在鉆井新技術的自動化智能化程度，以及新技術的應用領域、程序步驟等方面，與國外發達國家相比仍存在較大差異。國內目前應用的鉆井新設備、儀器等，都需要從國外引進，完全擺脫對國外支持的依賴，目前看來難以實現。國內鉆井新技術處于摸索前進的階段，在性能上仍有很大的完善空間，石油開采中的風險因素仍不能有效規避。實現鉆井技術的智能化、自動化、數字化，首先需從轉變工作理念入手，借鑒國外新鉆井技術與工藝，加大國外新鉆井設備的研究力度，逐步強化鉆井工程的安全性，以及項目施工的效率、質量，提高降低鉆井成本方案的可行性，最大程度擴大鉆井項目的社會和經濟效益。

5 結語

自動化、智能化鉆井，對我國鉆井技術的發展有著現實意義，更是鉆井工程發展的重要方向。隨著鉆井供電體系、信息傳達技術等方面的不斷優化，鉆井新技術的適應能力、應用范圍被逐漸提升，在特殊工藝井中的應用成效顯著提升。近鉆頭參數測量技術、智能鉆桿技術等新技術的深入研發，使鉆井過程中對于解決信息的實時傳遞、實時監測等瓶頸問題成為了可能。