智能鉆井技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢探究

陶宇龍

陜西省煤層氣開發(fā)利用有限公司澄合分公司 陜西渭南 715200

進入21 世紀，世界各國的經(jīng)濟都得到快速發(fā)展，尤其是我國的經(jīng)濟正處于高速發(fā)展的時期，對能源的需求也在逐年提升，但是當前國際的能源面臨勘探難度較大、開發(fā)復(fù)雜等問題，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，反映了一個國家的油氣科技發(fā)展水平，但是我國的智能鉆井技術(shù)與國際先進鉆井技術(shù)依然存在較大差距。在能源的勘探開發(fā)中，如何提升勘探開發(fā)技術(shù)就成為其中的重點，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)提高油氣勘探開發(fā)的質(zhì)量和水平，為我國的經(jīng)濟持續(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

在我國的經(jīng)濟發(fā)展中，油氣等資源的使用一直都是其中的重要內(nèi)容，而在我國的油氣勘探過程中，提高其勘探開發(fā)技術(shù)水平是其中的重點。我國在進行鉆井勘探開發(fā)過程中采用的傳統(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)的手段實現(xiàn)鉆井過程的智能化，借助各種智能化的鉆井工具對其鉆井過程的數(shù)據(jù)和參數(shù)進行實時采集、計算和調(diào)控，減少人為因素產(chǎn)生的數(shù)據(jù)問題，提高整個鉆井過程的質(zhì)量和水平。在油氣勘探開發(fā)過程中，智能鉆井技術(shù)的投入能夠保障鉆進作業(yè)的高效進行，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發(fā)過程中，智能鉆井技術(shù)主要分為兩個部分。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)對鉆井過程起著重要的作用，在鉆進過程中利用各種檢測傳感器對整個鉆井的過程進行反饋，并通過數(shù)據(jù)分析，保障整個井眼軌跡的精確度，進而提高鉆井過程的效率。但智能化的鉆井系統(tǒng)目前都是為一些用戶進行量身定制的，大部分的企業(yè)無法使用，加上其制作的成本較高，也導(dǎo)致其市場的推廣受到阻礙。

其次就是在進行智能化的鉆井過程中會用到的鉆井工具，在進行油氣勘探開發(fā)的過程中，需要對地下的鉆井情況進行了解，溝通地面和地下的工具至關(guān)重要。通常通過檢測返回的鉆井液中的脈沖信息進行溝通，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。在進行鉆井的過程中，需要通過信息的反饋對鉆井的情況進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。通過智能化的鉆井技術(shù)，減少鉆井人工成本，提高鉆井過程中的高度自動化，減少鉆井過程中發(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 針對鉆井中鉆速的智能技術(shù)研究

在智能鉆井技術(shù)中，針對鉆井鉆速的智能技術(shù)研究是其中一項重要技術(shù)。在油氣等資源的勘探和開發(fā)中，鉆井鉆速是其中的一個重要條件，一些鉆井技術(shù)在作業(yè)的過程中由于受到技術(shù)的限制導(dǎo)致其鉆速較差，影響油氣的勘探和開發(fā)。隨著智能鉆井技術(shù)的發(fā)展和進步，針對鉆速的智能化技術(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的一種技術(shù)。鉆速智能化技術(shù)主要在鉆進過程中借助大數(shù)據(jù)和智能優(yōu)化算法等技術(shù)手段對鉆井過程中獲得的數(shù)據(jù)進行計算和分析。通過數(shù)據(jù)分析對鉆井過程中的情況進行了解，然后再進行優(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)主要是通過對鉆井過程中獲取的參數(shù)進行計算來調(diào)整鉆速，對算法的要求較高。因此，在智能鉆井技術(shù)中，要加強對智能化算法的優(yōu)化和研究，進一步提高算法水平，從而保證參數(shù)調(diào)控的精確性，才能夠精準實現(xiàn)鉆速調(diào)控的智能化。

2.2 智能化監(jiān)測和決策技術(shù)

對智能化鉆井技術(shù)進行監(jiān)測和決策上的研究也是其中一項重要技術(shù)。在進行油氣資源的勘探和開發(fā)中，對鉆井過程進行監(jiān)測也是其中的重要環(huán)節(jié)，通過監(jiān)測可以對整個鉆井過程的情況進行了解，并合理調(diào)整鉆井方案，保障整個勘探開發(fā)過程的順利進行。在智能化鉆井技術(shù)的研究中，通過智能化的監(jiān)測技術(shù)，可以掌握鉆井過程中井下的真實情況，掌握鉆井相關(guān)數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行分析，對井下需要鉆探的部分工程進行診斷和預(yù)測，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程。

在油氣勘探開發(fā)過程中，智能化的決策也是其中的重要內(nèi)容，不同的地質(zhì)在進行勘探時需要制定不同的方案，這時方案的決策至關(guān)重要。智能化的決策就是在鉆井過程中根據(jù)對其地質(zhì)和工程數(shù)據(jù)進行分析，對鉆井過程進行智能化診斷和實時決策。這種智能化的決策能夠利用對大數(shù)據(jù)的智能化和數(shù)字化分析，對鉆井過程中的數(shù)據(jù)進行動態(tài)化評析，進而進行系統(tǒng)化和嚴謹化控制，提高鉆井效率和質(zhì)量，實現(xiàn)鉆井過程的最優(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)備會影響整個鉆井過程的作業(yè)。故此在研究智能化鉆井技術(shù)的過程中，智能化鉆井設(shè)備也是研究的重要內(nèi)容。

首先，在油氣勘探開發(fā)過程中，鉆機是必不可少的，對鉆機的智能化研究也是其中的重點，在鉆進過程中，鉆機承擔(dān)著重要的作用，主要是提供鉆井工作的動力和載荷支撐。在當前智能化的研究中，通過無人化的操作，可以提高整個鉆井過程的效率，也能夠幫助鉆井施工提升其自動化水平。故此，在對鉆機的研究中，要加強對精準控制和智能鉆機的研究，提高鉆進的質(zhì)量和水平，保障勘探開發(fā)的進度。

其次，在鉆井的過程中，鉆桿也是重要的部分，通過對鉆桿進行智能化的研究，借助智能化的技術(shù)，可以對鉆井下的信息進行快速和準確傳播，并滿足鉆井過程中的需求，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，為油氣的鉆探開發(fā)提供信息支持。

最后，對鉆頭進行智能化的研究也是其中的重點，鉆頭是獲取和監(jiān)測井下施工情況的重要部件，通過智能化鉆頭的使用可以實時掌握井下的信息和作業(yè)狀態(tài)，并對其信息進行集中處理，了解井下后續(xù)的情況，可以實現(xiàn)高效的鉆井作業(yè)。但國內(nèi)的鉆頭技術(shù)研究還處于初步階段，對復(fù)雜環(huán)境的識別和數(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

3.1 復(fù)雜地層的鉆井技術(shù)

在油氣勘探開發(fā)過程中，不同的地層條件在鉆井時需要采用不同的鉆井工藝，對鉆井技術(shù)的要求越來越高，尤其是針對復(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)的研究來說，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)險較大。因此，更需要加強針對復(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)目標體精細識別和超前探測技術(shù)。通過各種探測手段，提前了解和掌握復(fù)雜地層在鉆井過程中可能會產(chǎn)生的風(fēng)險，智能預(yù)警，準確應(yīng)對，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)也是未來智能化鉆井技術(shù)研究的一個重要方向。在油氣勘探和開發(fā)的過程中，其過程和環(huán)節(jié)較為復(fù)雜，如果對鉆井的過程缺乏相應(yīng)的調(diào)控和監(jiān)控，會影響鉆井的質(zhì)量。因此，在智能化鉆井的技術(shù)研究中，未來要加強對智能化鉆井調(diào)控技術(shù)的研究，針對鉆井過程中可能出現(xiàn)的問題和情況，提高鉆井對數(shù)據(jù)的敏感度和對數(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。

例如鉆井過程中通過制定閉環(huán)響應(yīng)機制，能夠?qū)虑闆r進行實時了解，并運用技術(shù)手段對井下情況進行控制，也可以研究參數(shù)檢測、風(fēng)險智能化識別和預(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)，對井下的鉆井情況進行實時調(diào)控。此外在鉆井過程中，地層的復(fù)雜情況。對整個鉆井的智能化監(jiān)控和決策都有直接和間接的影響，這就需要在未來對智能化鉆井技術(shù)的研究中，加大對鉆井智能化監(jiān)控和調(diào)控的研究，同時也要對井下復(fù)雜情況的智能化診斷和決策進行研究，通過建立一個監(jiān)測、預(yù)警、診斷和決策的智能化平臺，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進行研究和分析，對鉆井液性能進行智能化設(shè)計、評價和調(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)過程中，導(dǎo)向控制技術(shù)也是未來需要研究和攻克的方向之一。在進行勘探開發(fā)前，要先進行井眼軌跡的設(shè)計，為了保證設(shè)計的合理性和可鉆性，就需要對復(fù)雜條件下自適應(yīng)智能破巖機理進行研究。通過分析鉆頭破巖參數(shù)的動態(tài)響應(yīng)機制，開展復(fù)雜結(jié)構(gòu)的井眼軌道智能化與調(diào)控技術(shù)研究，進而建立智能化的設(shè)計方案。利用智能化的鉆井系統(tǒng)建立智能導(dǎo)向鉆井實時優(yōu)化調(diào)控技術(shù)，鉆井的過程中如果出現(xiàn)風(fēng)險可以及時調(diào)整方案，保障鉆井過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)的開展，為以后的能源勘探開發(fā)奠定基礎(chǔ)。同時要對智能導(dǎo)向控制方法進行研究，例如分析智能鉆頭破巖參數(shù)動態(tài)響應(yīng)機制，建立海量數(shù)據(jù)雙向高效傳輸智能鉆桿。

4 結(jié)語

綜上所述，提高油氣勘探開發(fā)技術(shù)水平對滿足能源需求和經(jīng)濟發(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)等對油氣勘探技術(shù)進行研究，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，加強鉆井工程與前沿理論及技術(shù)的跨界融合，強化協(xié)同創(chuàng)新，努力推動我國鉆井技術(shù)的快速發(fā)展和進步提升。