淺析鉆井工程數字化轉型進展

吳泓璇 朱亮 萬思懿

摘要：對于鉆井行業而言，開展數字化轉型是大勢所趨。本文著重淺析了數字化發展的重要意義，分析了國內外鉆井工程數字化發展情況。針對國內鉆井工程數字化轉型，提出了數字化轉型的頂層設計和搭建統一的數字化平臺兩個方面的建議。

關鍵詞：鉆井工程;數字化;企業發展

一、數字化發展的意義

1.1 數字化技術定義

數字化是將許多復雜多變的信息轉變為可以度量的數字、數據，再以這些數字、數據建立起適當的數字化模型，把它們轉變為一系列二進制代碼，引入計算機內部，進行統一處理。簡而言之，我們將現實的繽紛世界通過人工智能、大數據、云計算這些技術在計算機里進行重建，并儲存于計算機里的過程稱之為數字化。

1.2數字化轉型的意義

黨的十九大以來，我國政府高度重視和發展數字經濟，數字經濟正面臨一次重大的時代轉型。從政策層面看，國家對于數字化轉型給予了高度重視。近年來，先后出臺了《國務院關于深化制造業與互聯網融合發展的指導意見》、《關于深化“互聯網+先進制造業”發展工業互聯網的指導意見》、以及《關于推進“上云用數賦智”行動培育新經濟發展實施方案》、《關于工業大數據發展的指導意見》等等。從技術層面看，移動互聯網深入應用與5G商用，計算能力和存儲能力的迅速提升，云計算、邊緣計算、MEC、工業云、物聯網、工業互聯網的技術不斷發展，人工智能和工業大數據掀起應用熱潮，工業機器人、傳感器被廣泛應用，以及VR/AR/MR被越來越多應用于各類工業場景，數字化轉型的支撐技術已日趨成熟。

二、國內外鉆井工程數字化技術發展狀況

2.1國外鉆井工程數字化技術發展狀況

20世紀90年代以前，由于大數據分析、云計算、高性能計算等先進計算機技術的匱乏，很多自動化技術在鉆井工程中的應用還停留在理論模式的建立基礎上。比如Murray A.S在1955年研究了鉆井液柱壓力、地層壓力對鉆速的影響;Edwards 和Young F.S等人在1965年研究了鉆壓、鉆速與鉆頭壽命之間的關系;Bourgoyne A.T和Young F.S在1974年通過多元回歸鉆速方程優化鉆壓、鉆速等[1]。

近年來，隨著大數據技術的發展，數字化概念的提出，國外石油鉆井公司相繼開始建立數字化鉆井。通過將鉆井作業數字化、可視化，公司總部能更加科學、高效地完成決策部署，實現鉆井工作鉆進、生產、管理的集中統一。

2.2國內鉆井工程數字化技術發展狀況

目前隨著移動互聯網的蓬勃發展，國內鉆井工程數字化技術進展取得了顯著成效。20世紀中期，我國開始研究噴射鉆井技術，并于1975年在勝利油田試驗成功，之后開始在全國范圍內推廣。20世紀末期，在國家“十一五”規劃的思想指導下，國內的石油企業開始了鉆井數字化建設，標志著鉆井數字化建設在國內的萌芽。21世紀初，“數字油田”的概念相繼被各大油田提出，隨后，塔里木油田的數字化項目直接步入國家“十五”科技重點項目行列。經過多年的建設，大多數鉆井公司已經建立了相應的數字化鉆井數據庫。但是同國外的鉆井數字化技術相比，在鉆井一體化系統和生產一體化體系方面，還有很多需要完善的空間。

三、國外鉆井工程數字化的典型案例

3.1哈里伯頓公司Digital Twin—建井4.0數字化轉型

哈里伯頓公司鉆井科學家Robello教授提出了當前國際油氣服務公司在數字化轉型、實時鉆井、智能鉆井方向的最前沿技術和最新發展趨勢。Robello教授介紹了哈里伯頓科研團隊如何利用Digital Twin（數字孿生）來實現鉆井過程的實時分析和優化。通過將算法轉化為微服務，構建于云端的工程模型能夠快速地對現場數據進行處理并給出優化的作業參數。在哈里伯頓的測試中，同樣井段的機械鉆速從50英尺/小時提升到了198英尺/小時，非生產時間由13%降低到0，整個鉆井周期減少了4.25天。

3.2斯倫貝謝公司的DrillPlan數字建井方案

斯倫貝謝公司利用一種先進機械化與鉆井自動化相結合的鉆機，通過將物理世界與數字世界的連接，推出了DrillPlan數字建井方案，為鉆井隊提供了一種新的工作方式，作業者與服務公司可以訪問普通系統中所需的所有數據與理論知識，然后創建一個循環工作流程，這種方式有效地將地下認知與地面作業相結合。該方案由井場來執行，從而確保鉆機在最佳性能下運行。該方案系統將鉆井作業所涉及的所有井場隊伍與辦公室隊伍從井場到辦公室連接起來，涉及到從開發地質家到鉆井工程師跨領域的專業知識。

3.3 NOV公司的NOVOS自動化鉆井平臺系統

NOV公司的自動化鉆井平臺，通過管理鉆機設備來執行鉆井作業，降低鉆工的勞動程度，降低作業的人工成本。NOVOS自動化鉆井平臺系統通過導入鉆井設計后，按照所需的鉆井參數來執行鉆井作業，直至鉆井作業完成。NOVOS涵蓋了多種應用程序，這些應用程序可以包含第三方個性化程序以滿足鉆井需求，同時也可以根據現場實際情況自己研發所需的軟件模塊，大大增加了鉆井作業的高效性與安全性。

四、鉆井工程數字化轉型的思考

4.1 開展數字化轉型的頂層設計

相較于國外優秀鉆井公司相對成熟的數字化建設，我國鉆井公司開展數字化建設時期較晚，因此在開展頂層設計的時候應加強對標學習，借鑒國外鉆井公司數字化建設的先進經驗，結合鉆井行業自身的業務特點，選擇“快速跟隨者”的定位[2]，系統謀劃轉型戰略，循序漸進推進轉型實施。

4.2 搭建統一的數字化平臺，實現數據一體化融合

數字化轉型的過程中，大數據資料是必不可少的。因此，在鉆井公司內部需要建立統一的生產工程設備一體化系統平臺，強化數據采集審查，確保數據采集質量，綜合考慮到鉆井行業甲乙雙方管理的特殊性，加強鉆井各環節數據共享，打破數據孤立分散、相互隔絕的局面。

參考文獻

[1]李維校.基于石油鉆井大數據技術的鉆進優化控制的研究[D].西安石油大學，2018.

[2]王同良.油氣行業數字化轉型實踐與思考[J].石油科技論壇，2020，39（01）：29-33.