智能钻井技术研究

石油钻井技术发展的总趋势是以信息化、智能化、自动化为特点,最终实现自动化钻井。智能钻井不仅仅是自动化钻井,广义的来讲,就是将人工智能的理论、方法和技术应用于钻井过程,使其具有类似人工智能特性或功能。详细介绍了智能钻井的四大关键技术——地面计算机智能专家系统、井下智能工具、井下供电装置、提供高速双向数据传输的通讯网络系统。探讨了如何对常规的钻井系统进行技术改造,使之具有数据采集、数据传递、数据分析、指令执行这四项智能钻井系统具有的功能,指出当前最为可行的智能钻井系统方案是电力驱动的连续油管智能钻井系统,为现阶段智能钻井技术的研究指明了方向。     

复杂地质条件下复杂结构井的钻井优化方案研究

在复杂地质条件下钻复杂结构井及特殊工艺井时,在地质和工程方面存在许多不确定性因素和复杂性问题.随钻导向、实时优化、井下动态诊断及其集成技术是解决这些难题的有效途径,基于智能钻柱,提出了把上述三项技术集成为一个整体的集成化的SOD系统;应用智能钻柱及其相关配套技术能提高双向闭环信息传输速率达10⁴～10⁶bps,同时能从地面向井下输送10～25kW的电力.给出了智能化钻井“导向—优化—诊断”集成系统总体结构设计方案.该系统能使地质条件透明化,使钻井过程简化并能提高钻井效率,有利于精确控制井身轨迹,可随钻分析钻柱(尤其是底部钻具组合、钻井工具)的力学行为,能优化钻井过程,实时识别和处理井下异常工况,能降低钻井成本约20%.     

智能油井管在石油勘探开发中的应用与发展前景

指出了钻井液脉冲无线随钻传输以及在井下用电池或涡轮发电机供电所存在的问题.先进的钻井、完井、采油技术需要既能由地面向井下输送足够的电能以电控井下仪表、传感器等钻井硬件,同时又能建立104～106bps的超高速率传输多类参数的有线实时双向闭环钻采信息"高速公路".介绍了智能钻柱的形成与发展,指出了智能油井管在石油勘探开发中应用的功能、优点及发展前景,提出了智能钻杆的设计、研制方案及与智能钻柱配用的多种电控井下硬件等创新点,认为智能油井管是实现智能钻井、完井和建设智能油井以及智能化油田的技术关键和创新工程.     

自动化智能化钻井技术进展

在介绍旋转导向钻井技术和地质导向钻井技术等近几年来钻井新技术发展的基础上,阐述了下一步钻井技术的发展方向,构建了自动化智能化钻井新技术的发展框架;通过开展随钻地震技术、近钻头测量技术等钻井新技术的研究攻关,实现钻井过程的随钻预测及自动控制;通过开展智能钻杆技术实现井下数据与地面数据及控制指令的高速率传输,最终形成闭环钻井系统,实现自动化智能化钻井。     

智能钻机与传统钻机系统组成差异与发展分析

智能钻井相比传统钻机在系统组成上具有显著进步，但整体水平仍有待提升。通过传统钻机系统组成介绍及智能钻机研发进展分析，对比智能钻机与传统钻机在八大系统组成中的具体改进之处，阐明了智能钻机不同系统及整体的发展方向。分析结果表明：起升系统、旋转系统(尤其是井下部分)、控制系统、井控系统、传动系统是钻机智能化、信息化改造的重点，钻机信息化、作业标准化、系统集成创新、运转高效化等方面需继续推进研发；基于功能裁剪方法，提出了侧重基础功能与结构简化的未来连续管智能钻机方案。分析结论可为智能钻机集成化发展与提高钻井效率提供创新思路。     

智能钻柱设计方案及其应用

用旋转导向钻井工具在复杂地质条件下钻复杂结构井、特殊工艺井以及建设智能油井是21世纪的重要课题和发展方向之一。分析了钻井液脉冲无线随钻传输以及电磁波传输所存在的问题,指出采用导线传输方式既能由地面向井下输送足够的电力以电控井下仪表传感器和专用硬件,同时又能建立10^～10^6b／s的超高速率传输多类参数的有线实时双向闭环钻井信息“高速公路”。提出了智能钻柱的设计思路及方案,并分析了智能钻柱的功能、优点。     

智能钻井技术现状与发展方向

随着大数据、人工智能等数字化技术与自动化钻井技术的不断融合发展,钻井作业正在由自动化转向智能化。智能钻井技术具有学习、记忆和判断功能,能够实现部分钻井作业的自主决策和控制,减少现场作业人员,大幅提高作业效率和安全性。通过介绍智能钻井技术及其组成,分析了国外智能钻井技术现状与发展趋势,结合中国智能钻井技术发展现状,提出了智能钻井技术攻关方向,包括框架规划与标准体系、数据实时测量技术、信息高速传输技术、自动控制系统、钻井智能决策分析系统和智能钻井一体化技术。     

智能钻井技术研究现状及发展趋势

随着油气勘探开发逐渐向非常规、低渗透、深层、深水等复杂油气领域发展,钻井工程在安全、经济和效率等方面面临一系列难题和挑战。基于大数据和人工智能等前沿技术的智能钻井技术,有望实现钻井过程的超前探测、智能导向、闭环控制和智能决策,从而大幅提高油气井产量和采收率,降低钻井成本,近年来已成为国内外研究热点。详细介绍了国内外智能钻井关键技术的发展现状,包括井眼轨道智能优化、钻速智能优化、智能导向钻井、井下闭环调控、智能监测与决策等技术,并分析了国内外智能钻机、智能钻杆、智能钻头、智能控压钻井系统和智能导向钻井系统等装备的主要进展,指出基于我国人工智能技术的高速发展,需要加强钻井工程与前沿理论、技术的跨界融合,强化协同创新,建立完善的智能钻井理论与技术体系,为实现我国复杂油气资源高效勘探开发和油气发展战略提供技术支撑。      

智能钻杆的油田试验

在概述了智能钻杆的技术特点后,介绍了智能钻杆的油田试验情况,尤其是全部的网络性能,包括钻井操作、井下随钻测量工具(MWD)的网络集成,并得出如下结论智能钻杆系统的部件能应用于普通井队;智能钻杆不仅适合特殊钻井,而且也适合于一般的钻井操作;设计的感应线圈经过钻台上反复的上卸扣后仍然很牢固;智能钻杆能在钻井时沿着钻杆长度上的多测量点传输数据,并可以通过第3方井下MWD/LWD工具高速接收传输数据。     

智能井下节流器控制系统设计

智能式井下节流器满足智能完井和数字化油气田技术的自动化和数字化要求,是未来井下节流器发展的趋势。针对井下智能节流工艺技术需要,采用CAN总线技术构建一套适用于井下智能节流器的控制系统。介绍了CAN总线的技术原理;详细阐述了构建基于CAN总线的伺服控制系统体系结构和控制模式、控制系统的数据逻辑结构模型以及基于分层设计法的系统软件架构模块;给出了整个控制系统的软件运行实例和操作流程。实验反馈数据表明,该控制系统能实时精确地对井下电机完成远程控制,满足智能井下节流器要求的动力控制需求。该系统设计方法对其它智能化井下工具的研发具有一定启发意义。     

智能钻柱信息及电力传输系统的研究

信息与电力传输是智能钻柱的重要组成部分。分析了地面与井下通信技术的发展概况,指出了目前常用的几种传输方案所存在的问题及其局限性。智能钻柱采用导线传输方式,既能由地面向井下输送足够的电力,同时,又能建立300-500kb／s传输速率的地面与井下双向信息“高速公路”,进行了地面模拟试验,并取得预期结果,从而说明了智能钻柱设计方案的可行性及优越性。     

智能油田和智能钻采技术的应用与发展

智能油田是21世纪的发展方向之一,是利用内嵌导线的智能油井管建设一套连接地面与井下的闭环信息系统,可伴随作业过程实时指导各项技术的应用和勘探开发方案的执行与管理。指出了智能油田和智能油井的目标和总体结构。利用基于Web的面向多智能体的应用软件平台,应用虚拟现实技术和协同决策的方法为不同地域的多方专家创建一个具有临场感的远程协同决策环境。智能油田和油井不仅能连接作业现场与油田基地的信息,尤其能连接地面与井下的信息,地面与井下的连接是关键技术。国外现场应用表明,智能油田及智能钻采技术具有良好的技术效益和社会效益。     

智能钻井电缆信号传输的研究现状及难点

目前，钻井中井下检测信号的传输主要运用泥浆脉冲、电磁波等方式。随着井深的增加、复杂结构井和欠平衡井的增多以及对传输速度要求的提高，电缆信号传输必然是今后智能钻井的发展方向。通过对半个多世纪来各类电缆信号传输的设计进行归类，详细介绍了其设计原理，提出了电缆信号传输设计的基本要求与难点。     

可控和智能型定向钻具的分类及发展趋势

阐述了可控和智能型定向钻具的基本概念，并对各类定向钻具进行了分类，即可分为普通型、现场可调型、地面遥控可调型和井下自动调整型。同时还介绍了可控和智能型定向钻具的发展由来及现状，并对其发展趋势进行了探讨。     

钻井异常状态实时监测与智能决策系统的研究

提出一个新型的钻井异常状态实时监测与智能决策系统模型,该模型将钻井工程信息管理,钻井参数实时采集和智能化决策支持技术集成为一体,提出了由领域层、推理层和任务层组成的知识模型,提出基于本体的安全优化钻井领域知识构架,提出在井场局域网及其与基地、总部连接的远程网络环境下,利用多智能体的协同监控实时钻井异常状况的系统模型.