鉆井模擬的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展展望

張馳

摘 要：發(fā)展鉆進(jìn)模擬技術(shù)是促進(jìn)石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要途徑，關(guān)于這一技術(shù)的研究，我國已經(jīng)取得了初步的成果，也在各個油田中實(shí)現(xiàn)了推廣。該文主要針對鉆井模擬技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展展望進(jìn)行了相應(yīng)的分析。

關(guān)鍵詞：鉆井模擬技術(shù) 現(xiàn)狀 發(fā)展 展望

中圖分類號：TE21 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）12（c）-0066-02

目前，國內(nèi)石油和天然氣的勘探重點(diǎn)是開發(fā)區(qū)域鉆井施工的實(shí)施模式，這項(xiàng)工作風(fēng)險大、難度高，而且成本高，在石油工程中推行鉆井仿真技術(shù)，能夠有效降低施工風(fēng)險，減少鉆井成本，為施工提供輔助支持，還可以有效優(yōu)化現(xiàn)有的鉆井速度。基于鉆井工程而建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型正是鉆井模擬仿真技術(shù)在石油鉆井應(yīng)用中的首要步驟。國內(nèi)鉆井仿真模擬研究始于1994年，由中西部的石油大學(xué)提出，自此之后，大港油田、大慶油田等開始針對這一問題展開了深入研究，目前我國在鉆井模擬的研究上也取得了初步的成效，主要研究內(nèi)容包括鉆井過程的模糊、鉆井流程的操作等，在相關(guān)的仿真與培訓(xùn)上，也取得了技術(shù)性的突破，完成了訓(xùn)練產(chǎn)品的研發(fā)與制定，在操作訓(xùn)練工作中取得了理想的作用，但是與發(fā)達(dá)國家相比而言，還存在一定的差距。

1 鉆井模擬技術(shù)的研究現(xiàn)狀分析

直到現(xiàn)在，鉆井技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價的仿真研究仍然很少，國內(nèi)在20世紀(jì)80年代中開始發(fā)展鉆井訓(xùn)練模擬器，那時主要從國外引進(jìn)鉆井模擬器，并且根據(jù)需要進(jìn)行改造，運(yùn)用原本的模擬器，驅(qū)動電路和編譯相應(yīng)的鉆井和控制軟件。西南石油大學(xué)鉆井模擬器就是其中的佼佼者，研究人員開發(fā)出一系列DS全尺寸鉆井訓(xùn)練模擬器，并在國內(nèi)石油企業(yè)應(yīng)用推廣。西南石油學(xué)院在1986年基于引入的DIGITRAN模擬器，開發(fā)了國內(nèi)第一個微型鉆井模擬器，具有完全獨(dú)立的知識產(chǎn)權(quán)，同時還達(dá)到了國外同類別模擬器的水平。在2004年，又自主開發(fā)了一個全尺寸缺失平衡的鉆井模擬器，在研發(fā)技術(shù)的發(fā)展下，我國在鉆井訓(xùn)練器的自主研發(fā)上取得了初步的成就，已經(jīng)完成了泡沫鉆井液鉆進(jìn)、地面充氣的模擬操作以及文本演示。在2009年，我國的西南石油大學(xué)成功研發(fā)出DS-8鉆井模擬器，是一種理想的高度模擬現(xiàn)場設(shè)備，可以利用計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)滿足鉆井模擬的要求，再利用模擬技術(shù)進(jìn)行鉆探，能夠?yàn)橛脩籼峁┕收咸幚?、井控、鉆井實(shí)踐，可以應(yīng)用于海上鉆井平臺以及陸地鉆井平臺中上鉆和操作的技術(shù)人員培訓(xùn)，具備同步三維投影顯示的操作條件，視覺效果非常好，給人一種身臨其境的感覺。

2 鉆井模擬技術(shù)的應(yīng)用趨勢

目前，國外鉆井模擬仿真模型的研究主要集中在鉆井工程、鉆井地質(zhì)模型以及鉆井經(jīng)濟(jì)學(xué)模型方面，已經(jīng)取得了豐碩的研究成果。與國外發(fā)達(dá)國家相比，我國相關(guān)研究還處于初級階段，主要集中在鉆進(jìn)工程的某個分支，如，模擬注氣、井控模擬、井筒軌跡的仿真模擬中。關(guān)于石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定，我國也存在一些缺失，多數(shù)模型解決的都是一些具體問題，而大部分工程模型都是借鑒其他發(fā)達(dá)國家的技術(shù)，很少進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證、仿真。雖然針對鉆井地質(zhì)模型展開了深入分析，但是在鉆井仿真系統(tǒng)的研究還存在缺失，關(guān)于這一工作的研究，還需要學(xué)者的不斷努力。

國外的陸地和海上鉆井作業(yè)培訓(xùn)都有相關(guān)的模擬器，可以提供模擬訓(xùn)練鉆探技術(shù)的整個過程，能夠逼真地再現(xiàn)虛擬地下環(huán)境。國內(nèi)發(fā)展過程中也有一部分訓(xùn)練模擬器，但模擬器與實(shí)際鉆井?dāng)?shù)據(jù)結(jié)合實(shí)際工作環(huán)境的模擬、地下場景的三維可視化技術(shù)研究仍存在缺口，需要繼續(xù)進(jìn)行深入研究。國外鉆井仿真系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用在鉆井過程模擬和技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價工作中，并取得了較好的效果。國內(nèi)在井控模擬中，對于平衡井注氣模擬、井眼軌跡模擬仿真技術(shù)的研究還不足，模擬軟件過于單一。在鉆井計(jì)算機(jī)模擬尤其是鉆井過程預(yù)測中缺乏成熟的軟件，在鉆井技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價報告的領(lǐng)域，研究更是寥寥無幾。

為了進(jìn)一步促進(jìn)我國鉆井仿真技術(shù)水平的提升，我國需要積極借鑒國外發(fā)展國家的研究，并重點(diǎn)開展以下幾項(xiàng)工作。

第一，針對鉆井鉆探訓(xùn)練模擬器以及鉆井技術(shù)展開深入的研究，注重實(shí)際鉆井?dāng)?shù)據(jù)與模擬器數(shù)據(jù)的結(jié)合研究，加強(qiáng)實(shí)際操作過程與模擬過程之間的吻合度，保證模擬結(jié)果的真實(shí)性與準(zhǔn)確性。滿足仿真鉆井培訓(xùn)的要求。

第二，繼續(xù)開展鉆井過程計(jì)算機(jī)模擬研究，包括鉆井工程設(shè)計(jì)方案、計(jì)算機(jī)仿真研究、鉆井過程的實(shí)時模擬和預(yù)測，盡快將其應(yīng)用在實(shí)際模擬中，重視可視化仿真技術(shù)研究、井下故障診斷和預(yù)測的關(guān)鍵技術(shù)研究，在對礦山地質(zhì)環(huán)境研究的基礎(chǔ)上，達(dá)到地下場景三維的可視化仿真目的。

第三，盡快建立鉆井技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價模型，開展計(jì)算機(jī)模擬的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價研究工作。

目前，信息化已經(jīng)成為企業(yè)一個新的增長點(diǎn)，以信息化帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展成為提升企業(yè)綜合管理水平的主題，資料顯示，在國際石油公司中，每年有約15%～50%的費(fèi)用由于不科學(xué)的決策而遭到浪費(fèi)。配合高性能數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、微機(jī)集群處理設(shè)備以及高速網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的鉆井模擬設(shè)備可以有效地減少施工中的盲目性，是石油公司的研發(fā)重點(diǎn)。任何符合邏輯的操作序列都是可以通過模擬系統(tǒng)來進(jìn)行執(zhí)行，還可以直接檢查模擬結(jié)果，與相關(guān)的工程模型、地質(zhì)模型進(jìn)行對比，及時進(jìn)行修改，確定出更加科學(xué)合理的施工方案。

3 結(jié)語

對于鉆井工程環(huán)境而言，鉆井地質(zhì)特征參數(shù)是描述工程狀態(tài)的主要參數(shù)，也是制約鉆井模擬系統(tǒng)順利實(shí)現(xiàn)的重要因素，利用鉆進(jìn)模擬技術(shù)，可以根據(jù)地質(zhì)特征參數(shù)情況的變化來構(gòu)建地質(zhì)體，這離不開地球物理、鉆井人員、地質(zhì)人員的共同努力。實(shí)踐證實(shí)，鉆井模擬系統(tǒng)的應(yīng)用可以模擬施工的整個過程，為施工方案的制定、工程設(shè)計(jì)工作的開展奠定好技術(shù)支持，且鉆井模擬系統(tǒng)還具備自學(xué)習(xí)功能，可以針對特定區(qū)域的鉆井、物探、測井、錄井信息進(jìn)行系統(tǒng)的分析與統(tǒng)計(jì)，對已發(fā)生的事故進(jìn)行推理，最大限度地縮短施工方案的實(shí)施時間。

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