数字化钻井系统的构建及相关问题研究

数字化钻井系统是将先进的信息化、智能化和自动化技术集成后，通过在钻井过程中的广泛应用，实现最优化钻井的成套综合技术。包括现场设备层、井队操作层、专家决策层、油田管理层4个信息层次和对应信息层次的钻井工程设计与管理、钻井数据库与专家决策、钻井操作监控管理、钻完井机电设备与测试仪器、钻井信息网络5个子系统，涉及数字化钻井系统的网络化、信息资源、自动化钻井设备与测试仪器等若干问题需要进一步研究。     

数字化钻井系统信息资源的开发利用问题研究

数字化钻井系统信息资源的开发利用是数字化钻井系统设计的重要问题,其信息资源包括钻井参数、生产运行和管理参数等。在钻机设计之初就应将获取信息资源的物理单元作为数字信息组件模块进行机电一体化设计,使其成为钻井现场局域网的节点,使钻井系统信息资源在钻井工程设计与管理、钻井数据库与专家决策、钻井操作监控与管理等方面得到充分利用。     

钻井信息技术

在分析钻井工程技术发展现状和趋势的基础上,剖析了钻井信息技术面临的形势和挑战,指出钻井信息技术必将在石油勘探开发领域产生巨大效益。从钻井工程设计、构建数字化钻井施工模式、钻井工程信息采集传输、生产组织、管理决策和钻井技术研究等方面分析了钻井工程中的信息应用模式,介绍了国内比较成熟的钻井信息应用软件及其功能。认为钻井信息技术的三大重点发展方向是：以随钻地震、随钻测量技术、智能电子钻柱技术等为代表的自动化信息采集技术;基于WITSML标准的井场信息集成与传输技术;以钻井模拟系统和专家系统为代表的智能决策系统技术。     

工程录井预警系统在钻井现场的应用效果及发展方向

工程录井对钻井安全监测、提速提效起到了重要的作用.但随着钻井技术的快速发展和勘探难度不断加大,对于工程录井服务的技术需求也越来越高,迫切需要加强工程录井与钻井工程的结合,并具备较高的自动化和智能化程度.工程录井预警系统就是为满足钻井快速发展的要求,在对钻井工艺、地质条件等进行系统研究的基础上,总结了大量钻井异常预警经验,应用自动化、智能化等先进技术研究成功的.大量现场应用表明,该系统的功能已趋于完善,对于确保钻井现场异常情况预报的效率和质量,减轻操作人员的负担,有效提高钻井工程事故复杂预警水平具有积极的意义.未来工程录井预警系统将引入包括地下采集等多种信息来源,与钻井工程技术紧密结合,在石油勘探过程中发挥更大的作用.     

数字孪生技术在钻井领域的应用探索

在简述数字孪生技术的由来及分析石油行业钻井领域数字孪生技术研究现状的基础上,提出了钻井井筒数字孪生、地质环境数字孪生、钻机数字孪生、井下动态过程仿真、物理–数字孪生体实时交互等关键技术,设计了钻井数字孪生技术在钻前模拟预测与优化、疑难井施工团队协作预演、随钻预警与决策、钻井远程控制、钻井设备预测性维护、钻井实训等6大应用场景,提出了钻井数字孪生系统的研发重点,并分析了钻井数字孪生技术研发的难点与对策。研究结果为加快数字孪生技术在钻井工程领域的应用,促进钻井工程数字化、智能化转型提供了技术借鉴。      

钻井风险实时监测与诊断系统设计及应用

随着国内外钻井综合信息采集技术的发展,特别是随钻测量工具应用的增加,钻井施工决策的准确性得到极大提高。目前,国内在管理、分析和应用钻井综合数据方面与国外相比存在较大差距,严重制约了钻井工程技术科学化、信息化、智能化及自动化的发展。钻井风险实时监测与诊断系统,主要是通过对钻井工程数据和随钻测量数据进行实时处理分析,结合多参数融合算法技术对井下钻井风险进行实时监测和诊断分析,实现钻井风险监测与诊断的定量化和智能化。文中主要介绍了钻井风险实时监测与诊断系统的工艺流程及关键技术,并对其在辽河兴隆台油田的现场应用进行了详细介绍。现场应用结果表明,该系统能够很好地监测与诊断钻井风险。     

钻井工程决策支持系统关键技术

国内自主研发的钻井软件有的仅能进行辅助设计,不足以支撑专家团队的讨论决策;有的只专注于数据传输或部分风险的预警,功能覆盖面窄,没有形成全面的决策信息支持体系.针对钻井设计论证和钻井施工两个阶段的专家决策需求,开展了系统功能设计及关键技术研究,基于SOA软件架构和插件式开发方法,研制开发了易于扩展的钻井工程全过程决策支持系统DrillAdviser,实现了工程地质信息与钻井工程信息的深度融合,功能覆盖了钻井工程设计论证、施工过程优化、钻后分析等关键技术环节,可为专家决策提供多源异构信息实时融合、二维及三维图形显示、计算模拟、协同讨论等决策支持手段,初步解决了钻井决策支持软件功能单一、多领域信息融合不足等问题.在国内外多个区块的实际应用表明,DrillAdviser设计合理,能解决实际问题,且效果良好.      

重点井钻井信息传输及处理技术

为了降低钻井成本 ,并给油田开发的科学决策提供信息服务 ,开发了钻井远程专家实时诊断与指挥系统。该系统利用现代信息技术对钻井工程实施全过程监控 ,采用卫星通讯和计算机网络技术实现钻井现场和生产指挥中心的信息交换 ,实现钻井参数自动实时采集、实时处理、实时传输、实时查询、实时共享、实时交流 ,解决了多年来制约我国钻井技术和钻井理论发展的瓶颈 ,是提高钻井综合效益最有效的手段。     

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简要介绍一油气钻井智能信息综合集成系统。它以分设在井场和油气田指挥部的两个计算中心为核心，在充分并准确采集油气钻井各类信息及建立切合实际的钻井工程静、动态模型和智能决策模型的基础上，利用多种通信手段，充分体现综合集成的特点，在统一的软件开发平台上，将油气钻井工程信息采集与处理、工程设计与预测、实时监控与辅助决策等环节，有机地结合成为一个整体，合理开发和充分利用各种钻井信息，以实现安全、快速、优质钻井。     

国外钻井技术研发新动向

钻井的目的不止是构建油气通道，更重要的是发现更多的油气资源和尽量提高油气产量和采收率。钻井工程面临的问题始终是如何确保”优，快，省，HSE”。钻井技术的研发一直是针对这些问题展开的。自上世纪80年代以来，钻井技术发展很快，极大地推动了钻井的实时化、信息化、数字化、可视化、集成化、自动化、智能化．使钻井变得“更聪明”。从国外钻井前沿技术和在研技术判断，当前钻井技术的研发在这四个方面出现一些值得关注的新动向。     

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。     

导向钻井远程决策指挥中数据仓库技术的应用研究

为了满足导向钻井远程决策指挥中不同部门、不同层次的决策人员的决策剪求,提出应用数据仓库技术构建导向钻井远程决策指挥系统。通过建立其数据仓库系统,对钻井工程信息进行综合管理与应用,为后方专家、技术人员进行远程决策提供方便、统一的数据分析平台。文中详细描述了数据仓库系统的设计与实现。     

碳中和愿景下油气钻井的数字化、智能化转型之路

钻完井工程历经百年发展,经历了概念-经验-科学-自动化钻井4个发展阶段,形成了以钻完井工艺原理、方法为指导,以装备、工具、软件为手段的钻完井工程技术体系。当前,全球碳中和愿景的实施,将大幅度减少对油气能源的需求与油气勘探开发投资,油服企业碳足迹控制和安全环保保障压力增大,工程技术服务效益空间被压缩,以绿色低碳为特征的石油钻井转型势在必然。石油钻井的数字化、智能化是顺应新达峰目标和碳中和愿景、实现其高质量发展的必由之路。调研了油气钻井数字化、智能化技术发展现状,分析了目前钻井工程技术发展面临的挑战,提出了从智能钻完井技术的3个层面实现传统工程技术转型升级、跨越式发展,将智能地面装备、智能井下工具依托智能软件作为交互系统协同运行,完成一个闭环钻井优化过程,形成钻完井数字化转型协同生态,实现数字化转型升级,大幅度提升钻完井作业效率和保障生产安全。     

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。     

关于钻井计算机应用发展的几点浅见

对钻井系统信息化建设、钻井仪表自动化及生产数据采集、钻井数据库建设及钻井工程软件的开发与应用、高层次钻井软件的开发应用等方面进行了现状分析,并提出了一些见解。     

中国石油钻井院

<正>中国石油集团钻井工程技术研究院(简称"中石油钻井院",英文缩写DR)是中国石油天然气集团公司直属科研机构,主要从事钻井共性、特色、关键、储备技术和钻井新装备、新工具、新仪器和软件的研发,是中石油集团公司总部的钻井技术参谋部,钻井高新技术的研发中心,国内和海外钻井生产的技术支持与服务中心,钻井高新技术产业化基地。01 PCDS-Ⅰ精细控压钻井系统中国石油集团钻井工程技术研究院依托国家科技重大专项自主研制的PCDS-Ⅰ精细控压钻井系统,集恒定井底压力与微流量控制功能于一体,可进行近平衡、欠平衡精细控压钻井作业,通过环空压力监测与控制、回压补     

钻采仪表的现状及发展方向

文章就我国石油钻采仪表的现状进行了较全面的分析，并提出今后的发展方向，指出钻井仪器仪表品种繁多，但均较落后，质量差，工艺水平低，已制约钻井工程水平的提高，应向自动化，数字化发展，必要时引进钻井仪器仪表制造技术，提高我国钻井仪器仪表制造水平。采油仪器仪表由于各制造厂积极开发新产品和引进技术的促进，我国采油仪器仪表水平与世界水平差距小，基本满足各油田的需求，今后发展方向是小型化。数字化，多功能。生产测     

智能钻井发展现状研究

鉴于海洋钻井平台上严峻的生存环境以及智能钻井在安全、质量、成本、时间等方面具有相对于传统钻井的优势,智能化成为了钻井设备发展的必然趋势。智能钻井主要分为井下工具的智能化、井上智能钻井系统和高速大容量的信息传输通道。学科综合和信息的高效传递是智能钻井的显著特征。在海洋钻井和复杂地质情况下,智能钻井必将得到极大的应用。总结了近年来石油钻井行业在智能化方面取得的进展。认为信息的高效传递、工具小型化、井下机器人和智能钻井系统与智能井下工具的结合是智能钻井的发展方向。     

智能钻井的技术成就与发展模式

世界钻井技术正在由科学化钻井向自动化、智能化钻井方向发展。井眼轨迹自动控制技术现已成为国外大石油企业竞相投资的热点，而且取得了重大的阶段性衫成果，预计２００５年左右将有技术成熟的自动化钻井系统投入工业性应用。     

钻井工程监督助理及质量监控体系研究与开发

根据我国钻井甲乙方制的管理方式，结合钻井多工艺环节、多用户分地域工作的实际情况，从集成化和网络协同工作的角度出发，研究并开发了钻井工程监督助理及质量监控体系，系统在主体结构上包括钻井作业方和监督方、井场级和油田级两方两级。建立了钻井生产数据库和监督数据库，实现了钻井监督过程的信息化管理，在数据共享的基础上开发了取心质量、井身质量以及固井质量等计算机辅助评价体系，为钻井工程质量监控提供了评价手段。