智能钻井技术研究现状与发展趋势

颜江舟

摘要：智能钻井包括但不只限于自动化钻井，从本质上来解释，智能钻井就是在钻井过程中，融合应用人工智能技术，使钻井施工具有与人工智能特性以及功能相似的特点。本文介绍了智能钻井技术的组成，从智能专家系统、计算机集成控制系统、井下导向钻井系统（旋转导向钻井技术、地质导向钻井技术）、智能钻杆技术传输等方面介绍了智能钻井技术的研究现状，并分析了其未来在复杂地层超前探测与智能表征技术、复杂地层智能化破岩机理与导向控制技术、井筒稳定性闭环响应机制与智能调控技术等方面的发展趋势。

关键词：智能钻井;技术现状;发展趋势

1智能钻井技术

智能化钻井技术整体来说是一项多功能集成的技术工程，其本质上是在自动化钻井过程中，融合进人工智能技术。整个技术流程依托于通讯和网络传输系统，能够自动采集钻井数据，实现井下和地面之间信息的高效传输，还能够在线分析数据，根据实际情况改变策略，然后最终自动执行。整个技术包括智能专家系统、计算机集成控制系统、井下导向钻井系统、井下测量系统以及智能钻杆等传输系统等[1]。

1.1智能专家系统

智能专家系统是整个技术的“大脑”，它的功能是接收井下传上来的数据，由在线专家分析，然后根据结果重新再向井下发送指令。在计算机智能专家系统中安装了数据库。该数据库的编制由与钻井相关的各行业专家共同参与，可以在实时分析井下数据时作为参考。井下仪器会将实时钻井数据上传到地面，智能专家系统对传上来的数据进行分析。如果上传的这些钻井数据没有超出数据库范围，那么系统就将指令实时反馈给井下。一旦钻井数据不在数据库的范围内，专家系统就会做相应的判断，向井下实时反馈原始设计的钻井井眼轨迹指令，下发指令的同时，利用在线网络将实时的钻井信息以最快的速度传给钻井专家，寻求他们的建议。

1.2计算机集成控制系统

计算机集成控制系统是智能钻井系统的基础，如果没有网络通讯系统，就无法实现地面设备与远程专家系统的沟通互联。另外，井下与地面之间的互联也可以通过双向高速通讯技术完成。地面计算机系统与井下测量、井下钻井导向、智能钻头等系统一起组成构成井下闭环钻井系统。这样一来，就能将地面与井下两个单独的系统联系在一起。利用大数据技术以及可视化图像技术模拟实际的井下状况，实现井下-地面-远程之间的双向数据传输[2]，完成钻井施工的自动化决策、实时控制与调整。

1.3井下导向钻井系统

1.3.1旋转导向钻井技术

目前，世界上最先进的自动化钻井技术就是旋转导向。该技术的原理是，利用井眼轨迹，来实时了解钻头的钻进轨迹，并予以控制。旋转导向的技术重点是钻井工具模块，在井下可以实现旋转导向。钻井施工过程中，可以通过系统来控制钻柱，使其在旋转钻进的同时，完成定向造斜、增斜、扭方位以及稳斜钻井，消除了常规钻井必须要起下钻才能调整的难题，这样一来，受工艺改进的影响，位移可以得到有效的延伸。

1.3.2地质导向钻井技术

除了旋转导向技术，还有一种技术是从随钻测井上延伸过来的，成为地质导向技术。该项技术是通过收集井下的实时地质参数，进行分析和判断，之后根据需要对最初的钻井设计进行调整，保证钻头顺利到达目的层。该系统既能够测量并控制井眼轨迹，又能实现随钻测井。地质导向技术最形象的说法是给钻头安上了可以看到井下情况的“眼睛”。与旋转導向数据不同的是，地质导向上传的数据是地层的孔隙流体以及岩石特性情况。这些数据传输到地面之后，地质工作人员能够实时了解井下的地质情况，与钻井工程师结合，对钻井的轨迹进行评价，并作出实时的调整。

1.4智能钻杆技术

很长一段时间内，井下数据上传是靠钻井液，原理是将脉冲信息通过钻井液上传到地面，但是该技术传输速率太低，满足不了旋转导向以及地质导向技术的要求，因此，一定程度上阻碍了钻井新技术的推广。钻井过程中，数据的实时传输速率比较低，这是钻井工程中一直存在的难题，而智能钻杆技术，能够实现数据的高速传输，该技术在油气勘探领域实现了突破。钻井信息实时传输、实时分析等离不开智能钻杆技术，该项技术的发展，大大减少了钻井周期，降低了钻井成本。

2智能钻井未来发展

智能钻井技术虽然已经有了一定的发展，但是很多核心技术还需要更深入的研究。国外的智能钻井技术已经应用到了现场钻井施工中，其可行性得到了很好的验证。而国内的智能钻井技术刚刚开始，水平上距离国外还有距离。智能钻井技术在非常规、超深层等复杂地质条件的油藏开发中能起到关键性的作用，所以，我国需要加大力度，从基础理论入手，在关键技术与装备的研发上加大力度，早日研发出全套的智能钻井系统。

2.1复杂地层超前探测与智能表征技术

复杂地层钻井施工中存在着一定程度的风险，如果能提前对地层情况进行超前探测，就会大大降低这种风险，从而优化钻井参数，提高钻井效率。这方面的研究内容可以从智能钻井传感器的响应速度入手，对实时数据进行更精确地采集。同时，可以促进随钻测录导的协同作业，实现智能一体化施工，以获得更全面的井下参数，建立井下复杂地层的智能表征模型，以此为钻井施工插上“翅膀”。

2.2复杂地层智能化破岩机理与导向控制技术

复杂地层的钻井施工一直是个难题。在复杂井的智能钻井过程中，为了能让钻头按照设计轨迹钻进，需要从两个方面的技术突破入手。其中一个是破岩原理，而另一个就是导向控制。破岩原理的主要核心技术是如何实现对破岩参数的动态响应。而复杂井的智能导向控制技术则包括井眼轨迹的智能调控与优化，智能钻杆技术的深入研究以及智能钻井过程的自适应特性研究，最终目的是实现复杂地层智能钻井过程的实时调整与控制。

2.3井筒稳定性闭环响应机制与智能调控技术

为了及时调控和优化智能钻井工程参数，实现安全、高效、经济钻井的目标，需要对复杂油气井井筒稳定性闭环响应机制与智能调控技术攻关，主要是实现地面与井筒多参数双向互联，同时能够完成多种井下参数的检测，能够智能识别井下钻进风险。在对井下环境的响应技术方面，加强智能材料的研发，提升钻井液智能体系的自适应水平，最终实现复杂油气井的全过程智能化管理。

3结束语

智能化是未来世界油气工业发展的大趋势。智能化钻井技术已成为石油钻井的核心要素，全面实现智能化、自动化钻井新技术，不仅能增强石油钻井的效率、减少人工操作失误，还能降低作业成本、控制生产事故发生。随着多年来的发展，我国的钻井技术已经得到了长足的进步，钻井过程的许多环节都已经实现了技术革新，大幅度提升了钻井施工效率，提高了安全性能，为石油企业的效益提升起到了很大的推动作用。

参考文献：

[1]姜大巍.关于自动化智能化钻井新技术的应用发展研究[J].科技创新导报，2015，03（06）：69.

[2]毛军.石油钻井工程技术的应用现状及发展趋势[J].西部探矿工程，2019，31（11）：50-51.