淺析鉆井工程數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)展

吳泓璇 朱亮 萬思懿

摘要：對于鉆井行業(yè)而言，開展數(shù)字化轉(zhuǎn)型是大勢所趨。本文著重淺析了數(shù)字化發(fā)展的重要意義，分析了國內(nèi)外鉆井工程數(shù)字化發(fā)展情況。針對國內(nèi)鉆井工程數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提出了數(shù)字化轉(zhuǎn)型的頂層設(shè)計(jì)和搭建統(tǒng)一的數(shù)字化平臺兩個(gè)方面的建議。

關(guān)鍵詞：鉆井工程;數(shù)字化;企業(yè)發(fā)展

一、數(shù)字化發(fā)展的意義

1.1 數(shù)字化技術(shù)定義

數(shù)字化是將許多復(fù)雜多變的信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远攘康臄?shù)字、數(shù)據(jù)，再以這些數(shù)字、數(shù)據(jù)建立起適當(dāng)?shù)臄?shù)字化模型，把它們轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗卸M(jìn)制代碼，引入計(jì)算機(jī)內(nèi)部，進(jìn)行統(tǒng)一處理。簡而言之，我們將現(xiàn)實(shí)的繽紛世界通過人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算這些技術(shù)在計(jì)算機(jī)里進(jìn)行重建，并儲存于計(jì)算機(jī)里的過程稱之為數(shù)字化。

1.2數(shù)字化轉(zhuǎn)型的意義

黨的十九大以來，我國政府高度重視和發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)，數(shù)字經(jīng)濟(jì)正面臨一次重大的時(shí)代轉(zhuǎn)型。從政策層面看，國家對于數(shù)字化轉(zhuǎn)型給予了高度重視。近年來，先后出臺了《國務(wù)院關(guān)于深化制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的指導(dǎo)意見》、《關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見》、以及《關(guān)于推進(jìn)“上云用數(shù)賦智”行動培育新經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)施方案》、《關(guān)于工業(yè)大數(shù)據(jù)發(fā)展的指導(dǎo)意見》等等。從技術(shù)層面看，移動互聯(lián)網(wǎng)深入應(yīng)用與5G商用，計(jì)算能力和存儲能力的迅速提升，云計(jì)算、邊緣計(jì)算、MEC、工業(yè)云、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)不斷發(fā)展，人工智能和工業(yè)大數(shù)據(jù)掀起應(yīng)用熱潮，工業(yè)機(jī)器人、傳感器被廣泛應(yīng)用，以及VR/AR/MR被越來越多應(yīng)用于各類工業(yè)場景，數(shù)字化轉(zhuǎn)型的支撐技術(shù)已日趨成熟。

二、國內(nèi)外鉆井工程數(shù)字化技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

2.1國外鉆井工程數(shù)字化技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

20世紀(jì)90年代以前，由于大數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算、高性能計(jì)算等先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)的匱乏，很多自動化技術(shù)在鉆井工程中的應(yīng)用還停留在理論模式的建立基礎(chǔ)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(guān)系;Bourgoyne A.T和Young F.S在1974年通過多元回歸鉆速方程優(yōu)化鉆壓、鉆速等[1]。

近年來，隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化概念的提出，國外石油鉆井公司相繼開始建立數(shù)字化鉆井。通過將鉆井作業(yè)數(shù)字化、可視化，公司總部能更加科學(xué)、高效地完成決策部署，實(shí)現(xiàn)鉆井工作鉆進(jìn)、生產(chǎn)、管理的集中統(tǒng)一。

2.2國內(nèi)鉆井工程數(shù)字化技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

目前隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，國內(nèi)鉆井工程數(shù)字化技術(shù)進(jìn)展取得了顯著成效。20世紀(jì)中期，我國開始研究噴射鉆井技術(shù)，并于1975年在勝利油田試驗(yàn)成功，之后開始在全國范圍內(nèi)推廣。20世紀(jì)末期，在國家“十一五”規(guī)劃的思想指導(dǎo)下，國內(nèi)的石油企業(yè)開始了鉆井?dāng)?shù)字化建設(shè)，標(biāo)志著鉆井?dāng)?shù)字化建設(shè)在國內(nèi)的萌芽。21世紀(jì)初，“數(shù)字油田”的概念相繼被各大油田提出，隨后，塔里木油田的數(shù)字化項(xiàng)目直接步入國家“十五”科技重點(diǎn)項(xiàng)目行列。經(jīng)過多年的建設(shè)，大多數(shù)鉆井公司已經(jīng)建立了相應(yīng)的數(shù)字化鉆井?dāng)?shù)據(jù)庫。但是同國外的鉆井?dāng)?shù)字化技術(shù)相比，在鉆井一體化系統(tǒng)和生產(chǎn)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(shù)字化的典型案例

3.1哈里伯頓公司Digital Twin—建井4.0數(shù)字化轉(zhuǎn)型

哈里伯頓公司鉆井科學(xué)家Robello教授提出了當(dāng)前國際油氣服務(wù)公司在數(shù)字化轉(zhuǎn)型、實(shí)時(shí)鉆井、智能鉆井方向的最前沿技術(shù)和最新發(fā)展趨勢。Robello教授介紹了哈里伯頓科研團(tuán)隊(duì)如何利用Digital Twin（數(shù)字孿生）來實(shí)現(xiàn)鉆井過程的實(shí)時(shí)分析和優(yōu)化。通過將算法轉(zhuǎn)化為微服務(wù)，構(gòu)建于云端的工程模型能夠快速地對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并給出優(yōu)化的作業(yè)參數(shù)。在哈里伯頓的測試中，同樣井段的機(jī)械鉆速從50英尺/小時(shí)提升到了198英尺/小時(shí)，非生產(chǎn)時(shí)間由13%降低到0，整個(gè)鉆井周期減少了4.25天。

3.2斯倫貝謝公司的DrillPlan數(shù)字建井方案

斯倫貝謝公司利用一種先進(jìn)機(jī)械化與鉆井自動化相結(jié)合的鉆機(jī)，通過將物理世界與數(shù)字世界的連接，推出了DrillPlan數(shù)字建井方案，為鉆井隊(duì)提供了一種新的工作方式，作業(yè)者與服務(wù)公司可以訪問普通系統(tǒng)中所需的所有數(shù)據(jù)與理論知識，然后創(chuàng)建一個(gè)循環(huán)工作流程，這種方式有效地將地下認(rèn)知與地面作業(yè)相結(jié)合。該方案由井場來執(zhí)行，從而確保鉆機(jī)在最佳性能下運(yùn)行。該方案系統(tǒng)將鉆井作業(yè)所涉及的所有井場隊(duì)伍與辦公室隊(duì)伍從井場到辦公室連接起來，涉及到從開發(fā)地質(zhì)家到鉆井工程師跨領(lǐng)域的專業(yè)知識。

3.3 NOV公司的NOVOS自動化鉆井平臺系統(tǒng)

NOV公司的自動化鉆井平臺，通過管理鉆機(jī)設(shè)備來執(zhí)行鉆井作業(yè)，降低鉆工的勞動程度，降低作業(yè)的人工成本。NOVOS自動化鉆井平臺系統(tǒng)通過導(dǎo)入鉆井設(shè)計(jì)后，按照所需的鉆井參數(shù)來執(zhí)行鉆井作業(yè)，直至鉆井作業(yè)完成。NOVOS涵蓋了多種應(yīng)用程序，這些應(yīng)用程序可以包含第三方個(gè)性化程序以滿足鉆井需求，同時(shí)也可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況自己研發(fā)所需的軟件模塊，大大增加了鉆井作業(yè)的高效性與安全性。

四、鉆井工程數(shù)字化轉(zhuǎn)型的思考

4.1 開展數(shù)字化轉(zhuǎn)型的頂層設(shè)計(jì)

相較于國外優(yōu)秀鉆井公司相對成熟的數(shù)字化建設(shè)，我國鉆井公司開展數(shù)字化建設(shè)時(shí)期較晚，因此在開展頂層設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)加強(qiáng)對標(biāo)學(xué)習(xí)，借鑒國外鉆井公司數(shù)字化建設(shè)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合鉆井行業(yè)自身的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，選擇“快速跟隨者”的定位[2]，系統(tǒng)謀劃轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，循序漸進(jìn)推進(jìn)轉(zhuǎn)型實(shí)施。

4.2 搭建統(tǒng)一的數(shù)字化平臺，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一體化融合

數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程中，大數(shù)據(jù)資料是必不可少的。因此，在鉆井公司內(nèi)部需要建立統(tǒng)一的生產(chǎn)工程設(shè)備一體化系統(tǒng)平臺，強(qiáng)化數(shù)據(jù)采集審查，確保數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，綜合考慮到鉆井行業(yè)甲乙雙方管理的特殊性，加強(qiáng)鉆井各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)共享，打破數(shù)據(jù)孤立分散、相互隔絕的局面。

參考文獻(xiàn)

[1]李維校.基于石油鉆井大數(shù)據(jù)技術(shù)的鉆進(jìn)優(yōu)化控制的研究[D].西安石油大學(xué)，2018.

[2]王同良.油氣行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)踐與思考[J].石油科技論壇，2020，39（01）：29-33.