智能钻井技术研究现状及发展趋势探究

2023-01-06陶宇龙

石油化工建设 2022年2期

陶宇龙

陕西省煤层气开发利用有限公司澄合分公司陕西渭南 715200

进入21 世纪，世界各国的经济都得到快速发展，尤其是我国的经济正处于高速发展的时期，对能源的需求也在逐年提升，但是当前国际的能源面临勘探难度较大、开发复杂等问题，其周边的环境也在不断恶化，可采资源逐渐收紧等，导致能源的勘探和开发面临较大的困难。虽然智能钻井技术是全球前沿技术和行业发展趋势，反映了一个国家的油气科技发展水平，但是我国的智能钻井技术与国际先进钻井技术依然存在较大差距。在能源的勘探开发中，如何提升勘探开发技术就成为其中的重点，智能钻井技术利用智能化技术和大数据的手段，结合信息工程等技术提高油气勘探开发的质量和水平，为我国的经济持续高速发展提供能源保障和支持。

1 智能钻井技术概述

在我国的经济发展中，油气等资源的使用一直都是其中的重要内容，而在我国的油气勘探过程中，提高其勘探开发技术水平是其中的重点。我国在进行钻井勘探开发过程中采用的传统钻井技术与智能钻井技术存在较大的差别，常说的智能钻井技术就是利用信息技术和大数据的手段实现钻井过程的智能化，借助各种智能化的钻井工具对其钻井过程的数据和参数进行实时采集、计算和调控，减少人为因素产生的数据问题，提高整个钻井过程的质量和水平。在油气勘探开发过程中，智能钻井技术的投入能够保障钻进作业的高效进行，但是智能化钻井技术的研究难度较大，也是近几年随着科学技术和大数据技术的发展才出现的，为了不断提升相关技术研发水平，需要高新科学技术的加持。

在油气等资源的勘探和开发过程中，智能钻井技术主要分为两个部分。首先是采用智能化的钻井系统，在智能钻井中，其钻井系统对钻井过程起着重要的作用，在钻进过程中利用各种检测传感器对整个钻井的过程进行反馈，并通过数据分析，保障整个井眼轨迹的精确度，进而提高钻井过程的效率。但智能化的钻井系统目前都是为一些用户进行量身定制的，大部分的企业无法使用，加上其制作的成本较高，也导致其市场的推广受到阻碍。

其次就是在进行智能化的钻井过程中会用到的钻井工具，在进行油气勘探开发的过程中，需要对地下的钻井情况进行了解，沟通地面和地下的工具至关重要。通常通过检测返回的钻井液中的脉冲信息进行沟通，其效果并不好，因此采用智能化的钻井工具就成为其中的重点。在进行钻井的过程中，需要通过信息的反馈对钻井的情况进行了解智能化的钻井工具具有较好的井下与地面间的信息交流能力显得至关重要。通过智能化的钻井技术，减少钻井人工成本，提高钻井过程中的高度自动化，减少钻井过程中发生的事故，从而提高钻井的效率。

2 智能钻井技术研究现状

2.1 针对钻井中钻速的智能技术研究

在智能钻井技术中，针对钻井钻速的智能技术研究是其中一项重要技术。在油气等资源的勘探和开发中，钻井钻速是其中的一个重要条件，一些钻井技术在作业的过程中由于受到技术的限制导致其钻速较差，影响油气的勘探和开发。随着智能钻井技术的发展和进步，针对钻速的智能化技术研究也在不断地提升，借助大数据和信息技术手段提升钻速就是其中常见的一种技术。钻速智能化技术主要在钻进过程中借助大数据和智能优化算法等技术手段对钻井过程中获得的数据进行计算和分析。通过数据分析对钻井过程中的情况进行了解，然后再进行优化和调控钻井参数，可以有效加快钻井的速度。这种技术主要是通过对钻井过程中获取的参数进行计算来调整钻速，对算法的要求较高。因此，在智能钻井技术中，要加强对智能化算法的优化和研究，进一步提高算法水平，从而保证参数调控的精确性，才能够精准实现钻速调控的智能化。

2.2 智能化监测和决策技术

对智能化钻井技术进行监测和决策上的研究也是其中一项重要技术。在进行油气资源的勘探和开发中，对钻井过程进行监测也是其中的重要环节，通过监测可以对整个钻井过程的情况进行了解，并合理调整钻井方案，保障整个勘探开发过程的顺利进行。在智能化钻井技术的研究中，通过智能化的监测技术，可以掌握钻井过程中井下的真实情况，掌握钻井相关数据并对数据进行分析，对井下需要钻探的部分工程进行诊断和预测，提前做好相应的钻井方案和决策，避免由于信息不畅而影响钻井过程。

在油气勘探开发过程中，智能化的决策也是其中的重要内容，不同的地质在进行勘探时需要制定不同的方案，这时方案的决策至关重要。智能化的决策就是在钻井过程中根据对其地质和工程数据进行分析，对钻井过程进行智能化诊断和实时决策。这种智能化的决策能够利用对大数据的智能化和数字化分析，对钻井过程中的数据进行动态化评析，进而进行系统化和严谨化控制，提高钻井效率和质量，实现钻井过程的最优化。

2.3 智能钻井设备研究

在智能化钻井中，钻井设备是其中的重要部分，缺乏一定的钻井设备会影响整个钻井过程的作业。故此在研究智能化钻井技术的过程中，智能化钻井设备也是研究的重要内容。

首先，在油气勘探开发过程中，钻机是必不可少的，对钻机的智能化研究也是其中的重点，在钻进过程中，钻机承担着重要的作用，主要是提供钻井工作的动力和载荷支撑。在当前智能化的研究中，通过无人化的操作，可以提高整个钻井过程的效率，也能够帮助钻井施工提升其自动化水平。故此，在对钻机的研究中，要加强对精准控制和智能钻机的研究，提高钻进的质量和水平，保障勘探开发的进度。

其次，在钻井的过程中，钻杆也是重要的部分，通过对钻杆进行智能化的研究，借助智能化的技术，可以对钻井下的信息进行快速和准确传播，并满足钻井过程中的需求，这种智能化的钻杆可以保障信息和电能的传输，提高信息的传播速度，为油气的钻探开发提供信息支持。

最后，对钻头进行智能化的研究也是其中的重点，钻头是获取和监测井下施工情况的重要部件，通过智能化钻头的使用可以实时掌握井下的信息和作业状态，并对其信息进行集中处理，了解井下后续的情况，可以实现高效的钻井作业。但国内的钻头技术研究还处于初步阶段，对复杂环境的识别和数据获取还处于摸索阶段。

3 智能钻井技术的发展趋势

3.1 复杂地层的钻井技术

在油气勘探开发过程中，不同的地层条件在钻井时需要采用不同的钻井工艺，对钻井技术的要求越来越高，尤其是针对复杂地层钻井更是需要较高的钻井技术和水平。目前，在全球的智能钻井技术的发展和研究中，大多数的一些技术还处于研究和突破的阶段。就目前钻井技术的研究来说，智能化的钻井技术研究和使用依然处于发展阶段，一些技术的发展依然比较缓慢，而在复杂地层的钻井过程中，保障钻井作业的安全则显得尤为重要，复杂地层岩性变化较大，岩层存在多样性，施工风险较大。因此，更需要加强针对复杂地层的智能钻井技术研究，包括一些复杂地质、工程环境下井下智能传感器的相应机制，建立多种数据源智能井下感知传感系统，形成随钻测录导智能一体化协同作业的技术，建立复杂地层岩石物理参数智能表征模型，形成地质目标体精细识别和超前探测技术。通过各种探测手段，提前了解和掌握复杂地层在钻井过程中可能会产生的风险，智能预警，准确应对，保障钻井作业的质量。

3.2 智能调控技术

智能化调控技术也是未来智能化钻井技术研究的一个重要方向。在油气勘探和开发的过程中，其过程和环节较为复杂，如果对钻井的过程缺乏相应的调控和监控，会影响钻井的质量。因此，在智能化钻井的技术研究中，未来要加强对智能化钻井调控技术的研究，针对钻井过程中可能出现的问题和情况，提高钻井对数据的敏感度和对数据分析的精确性，从而保障钻井作业的安全和质量。

例如钻井过程中通过制定闭环响应机制，能够对井下情况进行实时了解，并运用技术手段对井下情况进行控制，也可以研究参数检测、风险智能化识别和预警等。研究地面井筒地层多参数闭环响应机制、地面井下钻井工程参数闭环的控制和预警系统，对井下的钻井情况进行实时调控。此外在钻井过程中，地层的复杂情况。对整个钻井的智能化监控和决策都有直接和间接的影响，这就需要在未来对智能化钻井技术的研究中，加大对钻井智能化监控和调控的研究，同时也要对井下复杂情况的智能化诊断和决策进行研究，通过建立一个监测、预警、诊断和决策的智能化平台，利用大数据技术进行研究和分析，对钻井液性能进行智能化设计、评价和调控，为钻井作业提供科学保障。

3.3 导向控制技术

在智能化钻井技术研发过程中，导向控制技术也是未来需要研究和攻克的方向之一。在进行勘探开发前，要先进行井眼轨迹的设计，为了保证设计的合理性和可钻性，就需要对复杂条件下自适应智能破岩机理进行研究。通过分析钻头破岩参数的动态响应机制，开展复杂结构的井眼轨道智能化与调控技术研究，进而建立智能化的设计方案。利用智能化的钻井系统建立智能导向钻井实时优化调控技术，钻井的过程中如果出现风险可以及时调整方案，保障钻井过程能够顺利高效地完成，避免出现安全事故阻碍钻井作业的开展，为以后的能源勘探开发奠定基础。同时要对智能导向控制方法进行研究，例如分析智能钻头破岩参数动态响应机制，建立海量数据双向高效传输智能钻杆。