三维可视化及绳索钻探技术的工程布置形式

刘森峰

（江西省地质局第八地质大队，江西 上饶 334000）

三维可视化技术被广泛应用于各个领域当中，实现对各类事物的可视化展现，在钻井工程当中，该技术的应用能够实现对钻井三维仿真模型的建立，以此更加清晰地掌握在钻井过程中各项参数的变化情况，可以实现对危险施工事故的有效避免，并进一步提高钻井施工的效率和安全性[1]。而伸缩钻探技术也是钻井施工中常见的一种技术，利用各类打捞工具和双管结构，实现对钻井内部结构的勘探，从而为后续各项施工工作提供技术条件。

在利用绳索钻探的过程中，可以进一步简化钻探作业难度，不仅能够提高钻探效率，还能够节约大量的人力物力，在大大提高钻探质量的同时，确保岩心的纯度。但目前，由于钻井作业的环境条件逐渐复杂，并且各类现代钻井技术的应用使得其设备的管理难度增加，对于钻井效率和钻井质量而言都会造成极为严重的负面影响。因此，为了进一步提高钻井工作的效率和质量，本文开展三维可视化及绳索钻探技术的工程布置形式研究。

1 三维可视化技术的分析

伴随经济社会高速发展，对矿产资源的需求量快速增长，为了满足社会对矿产资源的需求量，相关技术人员对于矿产资源的勘探工作不断加大，与此同时勘探过程当中面临的工作环境越发复杂化，矿产资源开采难度也不断增加，这些不利因素对于钻井施工工作也带来巨大难度，为了进一步提高钻探施工技术水平，应当在钻井工作开展过程当中进一步扩大钻井、地质以及地球物理等各方面的研究工作，运用相关专业知识以及结合具体工作实际对钻探工程科学布置，才能有效提高钻井施工效率及其质量。而在钻探施工过程当中，三维可视化技术发挥着十分重要的作用，应用该项技术就把钻探过程当中涉及到的各类事物进行可视化展现，并基于三维可视化技术手段支撑下直观呈现这些事物数据信息。另外，基于该项技术还可以再转探施工工作开展之前，对设计方案是过程当中存在的很多不合理的问题以及安全隐患有效排除，增强技术人员在钻探施工过程当中，各种复杂信息分析能力，以便钻探施工更加高效，合理的开展，提高钻探施工效率及其质量。因此，三维可视化技术在钻探工程施工过程当中发挥着十分重要的作用。

1.1 有利于优化钻井井眼轨道设计

在钻井工程施工过程当中，钻井井眼轨道设计具有非常大的难度。针对钻井井眼轨道设计复杂程度高的特点，在钻探施工过程当中，便可将三维可视化技术具有的优势最大程度发挥出来，钻井井眼轨道设计，有效应对钻井井眼轨道设计遇到的各种难题，保证设计质量。而且在钻探施工过程当中侧井钻探方面，通过该项技术应用，能够进一步优化钻井设计方案，确保钻井施工高效开展，保证施工质量。而方案设计之前，应当对钻井周围环境开展详细的勘测工作，了解钻井施工区域的质结构特点、地震剖面以及施工区域老井眼具体位置等各种数据，进而把获得的数据在计算机特定软件当中输入，计算机软件便可把获得的数据自动生成头像资料，便于工作人员结合这些图像资料，通过三维可视化软件有效的移动图像，并结合经验合理调整有关数据。还可通过三维可视化软件技术应用，对可存在经验的数据展开详细分析，将老井眼充分显示出来，满足约束条件轨迹点。工作人员通过分析这些轨迹点，然后将理想的新井眼轨迹最终确定下来，通过三维可视化技术应用能够进一步提高井眼轨迹精准性。

1.2 对钻探的数据进行分析

钻探施工工作具有很大的难度系数，稍有差错，都可能会对整个状态施工工程带来不良影响，降低施工效率，影响施工进程，同时也使得有关施工单位面临巨大的风险。所以在具体施工过程当中，不但要对泵排放量充分了解和掌握，而且还应当对转盘转速及时了解和掌握。而且还应当对钻头具体施工过程当中遇到的各种问题及时的进行监测，便于针对这种情况展开有效处理。此时，便可将三维可视化技术具有的优势充分发挥出来构建直观的模型，对钻探施工过程展开有效监测，保证工作人员能够精准全面的获取有关数据，制定更为科学合理的钻探施工方案，提高钻探施工效率及其质量。而这些需要工作人员在钻探施工过程当中，结合具体实际，科学合理的对有关措施进行调整，完成有关数据分析之后，在结合相关数据对有关方案科学制定，完善钻探轨迹，提高钻井整体质量。

2 钻探施工过程当中三维可视化技术应用分析

三维可视化技术含义。就三维可视化技术而言，又被称作3DV技术，涉及的知识领域较多，同时该项技术在现代科学技术高速发展背景下，已经相当成熟，并在诸多领域方面得到了普及应用并发挥了巨大的作用。该项技术手段通过计算机来分析处理有关数据，并对图像资料进行控制，在严密分析处理有关数据基础上，将和钻探工程有关的数据提取出来，为钻探工程施工提供详实的数据参考，确保状态施工高效进行。

由于三维可视化技术获得的数据非常精准全面，对于工作人员进行数据分析提供了非常大的帮助。三维可视化技术能够把数据模型十分直观的展现出来，为工作人员进行分析调整奠定了良好的基础。钻探施工作为矿产资源开发的重要前提与基础，因此在矿产资源开发和利用过程当中，迫使工作人员运用此项技术手段，来进一步提高钻井轨迹精准性，以便更加精准，全面的开展勘探工作。正因如此，在钻井工程施工过程当中应用三维可视化技术，可以大幅提高钻探施工效率及其质量，因此此项技术在钻探施工过程当中，得到了普及应用。并发挥了越来越重要的作用。另外，三维可视化技术应用于钻探施工。便于工作人员借助直观的数据模型展开详细的分析与研究，并对钻探施工过程当中遇到的各种问题及时有效的处理，保证钻探施工效率及其质量。

三维可视化技术应用于钻探施工大都是以构建数学模型为基础，大都是以构建数学模型为基础，借助现有图片以及技术资料，并利用数学模型形式将获取的数据通过模型充分体现，便于工作人员对各个数据含义全面了解。这样一来大大提高了数据全面性与可靠性，为钻探施工工作提供了更加全面的数据参考。另外，近年来此项技术伴随当前科学技术高速发展，该项技术也得到了极大完善，通过此项技术应用便于对各种勘探数据展开更加精准全面的分析处理等一系列操作。最后此项技术关键就在于对空间对象分布规律的分析，通过提供的各项勘测数据确定空间对象的性质。建立数据模型后，可以获取一定的地理性质信息，更好的对所出现的问题进行把控，为整个石油钻井工作提供准确的数据基础。

3 三维可视化及绳索钻探技术的工程布置形式设计

3.1 钻探工程绳索钻孔节点布设

当前结构简单的钻探施工地形结构已经基本被开发，针对相对复杂的地形结构，在对其进行钻探时，其钻孔节点的布设不能采用传统布设方式。因此，本文引入绳索钻探技术，根据绳索钻探需要，对其钻孔节点进行布设。首先，针对钻孔本身结构进行设计。将缩小套管层数与数量作为布设目标，当钻进的深度超过1500m时，则通常会遇到复杂的岩层结构，需要通过套管的方式进行布设[2]。同时，在实际布设过程中，应当首先对钻井区域的岩层结构进行定量和定性分析，确定主体结构，并以线性构造作为绳索钻孔节点布设的主要结构。工程地质勘探钻孔的孔径，大多数是在推覆结构孔距为220m～450m，原地结构孔距在150m～280m的基础上，形成450m线距，150m～220m孔距的布设结构，这样设置孔距能够满足一般的钻井区的地质勘探和试验要求。但是在特殊情况下，譬如为了勘查断层破碎带和缓倾角裂隙的特征，就需按照工程地质的要求，打一些大的钻孔，孔距设置距离近一些，以方便工程技术人员进行观察和测量。

考虑到绳索钻探过程中套管的固定和收回需要，在对其节点进行布设时，应当在套管的上下端点采用水泥固接法将其固定，并封固5m～10m长。同时，考虑到不同钻井施工周围结构的不同，在对绳索钻孔节点之间的距离进行选择时，针对具体结构具体分析。例如，针对一般钻井结构，在细粒土聚集区进行钻井施工时，开挖深深度要看工程具体情况确定。开挖深度超过3.5m（含3.5m）的土方开挖、支护、降水工程。

受地质条件、周围环境和地下管线复杂情况的影响，绳索钻孔节点之间的距离要控制在200m～220m范围以内，超过规定范围则会影响周围工程项目施工的安全性。当地层没有明显变化时，可将绳索钻孔节点之间距离设置为450m，针对每个工段不得少于两个绳索钻孔节点。

3.2 构建三维可视化钻探地理分布模型

完成对钻探工程绳索钻孔节点的布设后，为了方便在实际施工过程中能够对钻井过程中各项参数的变化进行更加清晰地掌握，引入三维可视化技术，对钻井地理分布模型进行构建。根据现场钻井施工场地的实际情况，事先设计总体工程布置的二维图像，并在定向钻井设计软件中生成二维图像[3]。

钻进过程三维可视化可以不间断定向钻进而测量近钻头孔底部分信息，并将信息即刻传送到地表的过程。传感器是装在作为下部钻具组合整体的一部分的特殊井下仪器中。井下仪器中还有一个发射器，通过某种遥测信道将信号发送到地面。

目前使用的最普通的遥测信道是钻柱内的钻井液柱。信号在地面上被检测到后，经过译码和处理，就按方便和可用的方式提供所需的信息。三维可视化钻探技术最大优点是可以让地质工作者实时地“看”到井下正在发生的情况，从井底测量参数到地面接收到数据只延误几分钟，所以可以改善决策过程。

三维可视化钻探获取信息的种类有：定向数据（井斜角、方位角、工具面角）；地层特性（伽马射线、电阻率测井记录）；钻井参数（井底钻压、扭矩、每分钟转数）。钻进过程实时三维可视化，将随钻测量的装置通过数据采集卡与计算机连接，可以对钻进过程三维可视化，如下图所示。

图1 模拟数据显示的钻进过程示意图

4 应用效果分析

按照本文上述设计思路，将提出的全新的工程布置形式应用到真实矿区钻探项目当中，验证该方法验证本文上述设计思路的合理性，以及新布置形式的可行性。选择以海拔在19500m～2150m的某矿山作为依托，针对该矿山区域进行钻探施工，该矿山所处地理位置大部分时间为雨水天气，并且在严重时期可连续几周的暴雨，但进入到10月份以后，雨量逐渐减小，并进入到旱季。矿区内的地层结构主要以变质沉积岩和火山沉积岩构成，区域内包含一条由南向北的断裂带，在该矿山内的多数矿产资源都受到该断裂带的控制影响。

针对该矿山结构，分别对其内生矿床和外生矿床进行钻探，根据不同矿床类型，按照本文上述思路对其钻探施工工程布置形式进行设计，并根据得出的钻探结果，分析布置形式的特性。已知在该钻探项目当中所需的设备及材料包括钻机、发电机、供水管、管材等，为了实现对其工程的合理布置，在明确钻探工程绳索钻孔节点的基础上，对其三维可视化钻探地理分布模型进行构建，将完成布置后各个布置结构的距离与工程施工图纸的要求进行对比，得到如表1所示的应用结果表。

表1 工程布置情况与工程施工图纸标准要求对比

从表1得出的对比结果可以看出，按照本文上述提出的工程布置形式完成对现场钻探工程施工布置后，其各项施工布置参数结果均在施工图纸标准要求范围内，有效提高了钻探工程作业的精细化程度。

因此，通过实际应用及得出的应用效果能够进一步证明，本文提出的工程布置形式能够实现对钻探工程的合理布置，并通过三维可视化技术对布置内容进行更加直观的展现，从而为钻探工程施工质量提供保障条件，并及时找出施工中存在的安全隐患，促进工程施工效率和施工质量的全面提升。

5 结束语

通过本文上述论述，在结合两种现代化技术的基础上，提出一种全新的工程布置形式，并通过应用实验的方式，证明了上述设计思路的合理性。

将本文上述提出的工程布置形式，应用到实际钻探工程项目当中，可以有效提高施工质量和效率。同时，当前新的材料技术已经在工业领域当中发挥着更加重要的作用，对于钻探技术的改进也提供了一定的帮助。为了进一步实现对钻塔工程施工的完善，在后续的研究中还将综合各类材料技术的应用优势，开展对其工程布置形式的进一步优化，从而大幅度改善和提高钻探施工质量。