钻井数字孪生系统设计与研发实践

数字孪生技术作为智能钻井的理想范式，已呈现出巨大潜力，但由于钻井工程具有复杂工业系统的特性，数字孪生技术研发难度大，目前尚处于起步阶段。为此，在分析石油行业数字孪生技术发展现状的基础上，厘清了钻井数字孪生涉及的6项支撑技术，结合钻井工程业务需求，设计了钻井数字孪生系统的整体架构并详述了其功能及模型设计。通过井场数据标准采集、机理计算模型耦合及三维动态融合显示3项研发试验，从技术角度验证了钻井数字孪生技术落地应用的可行性。研究认为，构建钻井数字孪生系统，应以钻井工程数据为数据基础，基于业务需求进一步构建“机理+数据”的双计算核心，研发孪生体模型和业务应用模块，并将其作为载体，最终实现钻井数字孪生系统的应用。研究结果对推进数字孪生技术在钻井工程中的应用具有重要意义。     

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。     

等井径钻井技术概述

等井径钻井技术可解决深井、超深井及复杂井的钻遇问题,在不损失井眼尺寸和不影响后续钻井作业的情况下,可降低钻遇风险并改善井身结构,同时能确保目的层的顺利钻达。阐述了等井径钻井技术的最新发展动态,国外已成功实施的现场先导性试验及其施工工艺、配套工具,国内已开展了相关技术研发并完成了关键工具的室内台架试验;介绍了该技术的关键在于膨胀管管材及连接方式的研究、施工工艺及配套工具的研发;分析了该技术在节约钻井成本、提高钻井作业安全可靠性、保护资源和环境等方面的技术优势和较好的市场应用前景;指出该技术与大位移钻井（ERD）技术联合应用,将会大幅度地加快钻井工程的发展进程。     

连续管钻井技术与装备

国外技术发展和应用实践表明,连续管钻井技术将成为利用钻井工程技术提高油气采收率的重要手段。研究总结了连续管钻井技术的系统构成和技术特点,认为此项技术的最佳应用点是应用欠平衡工艺实施老井加深和过油管侧钻。分析归纳了连续管钻机的典型结构型式,认为连续管钻机的种类繁多,个性化特征鲜明,完全采用连续管钻井技术钻新井,钻深会受到很大限制。研究分析了连续管钻井工艺过程,提出了实施连续管钻井工程项目的基本程序,认为采用连续管钻井技术和欠平衡工艺进行老井重入加深、老井重入钻水平井和过油管侧钻将在油田增产、难动用储量开采、利用现有井筒低成本开采深部储层、提高最终采收率等方面发挥积极作用。     

钻井工程风险评估与控制系统的设计与软件研发

为了提高国内钻井风险评估水平、缩小与国外的技术差距,开发了一套集“钻前风险预测、钻进风险监控、钻后风险总结”于一体的钻井工程风险评估与控制系统,并完成了相关的软件研发。该系统包括5个子系统:含不确定度钻井地质力学参数钻前描述及随钻更新子系统、钻前工程设计风险评估与控制子系统、钻井作业过程动态风险评估与控制子系统、钻后工程风险总结与分析子系统以及钻井工程风险数据库子系统。该软件可以实现对井下复杂与事故的钻前工程风险预测和钻进过程中的工程风险监测以及钻后的风险总结,为钻前优化钻井工程设计方案、钻中规避钻进过程中的工程风险和后期待钻井工程设计方案的优化制定提供技术指导和科学依据。     

人工智能在钻井工程中的应用现状与发展建议

人工智能技术是油气勘探开发降本增效的有效手段,也是实现关键技术升级换代,提高竞争力的有效途径。介绍了人工智能技术在钻井工程中的发展阶段和应用优势,在调研国内外人工智能技术在钻井工程中的应用基础上,分析其在钻井优化设计、钻井参数优化、钻井井眼轨迹控制、井筒完整性监控、风险预警和钻井程序决策等方面的应用进展,指出现场应用的关键技术,包括钻井数据的实时共享、人工智能内在逻辑规律的解释、人工智能算法的优选和云计算与边缘计算的协同发展等。最后,分析了国内外主要油气公司人工智能技术研发布局和水平,结合油气勘探开发降本增效需求,提出钻井人工智能技术发展思路和研发重点,为我国利用人工智能技术实现钻井提速提效提供借鉴和研发思路。     

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.      

案例推理技术在钻井风险预测中的应用

由于钻井过程中随钻测量工具应用的增加、随钻采集数据量的增大及钻井工程固有数据的密集性．在短时间内解释当前钻井工况愈加困难。如何高效利用这些数据来指导钻井作业,降低钻井风险,成为困扰钻井工程人员的难题。案例推理技术充分融合随钻采集数据和钻井实时分析数据,通过模拟人类的认知过程对钻遇的钻井风险进行推理分析,可以及时、准确地预测和处理钻井过程中各种各样的复杂问题．文中通过对案例推理技术原理进行研究,以井漏风险为例,详细介绍了基于案倒推理技术的钻井风险预测流程,并阐述了DrillEdge系统的工艺流程及其现场应用效果。研究结果表明,该方法简便实用,能够;住确快速地预测钻井风险,为现场作业提供一定的技术支持。     

现代信息技术在石油钻井中的应用研究——关于钻井信息工程学的探讨

现代信息技术在钻井工程中的应用能够提高钻井效率、降低钻井成本。钻井工程的发展越来越依赖于信息技术的发展和突破,石油行业对兼具钻井工程和信息技术交叉知识的人才需求逐步加强。通过分析现代信息技术的内涵和钻井工程技术的发展历程,总结了信息技术在钻井工程中逐步扩大的应用范围和起到的重要作用。为了促进钻井信息化进程,满足行业对人才的需求,探索性地提出了钻井信息工程学学科的概念,即以钻井工程技术为基础,以现代信息技术为核心,研究钻井工程中信息的采集、传输、存储、处理与应用以及信息数据挖掘的所有技术和方法的一个学科分支。论述了钻井信息工程学的学科框架、基本问题和主要研究内容,简介了钻井信息工程学近些年在基础理论和产品开发方面取得的研究进展,并展望了钻井信息工程学的未来发展方向。     

深井钻录、测试技术和配套装备创新进展及应用

深井钻录、测试技术和配套装备(二期)研发项目主要针对深井钻井关键技术瓶颈问题进行研究。经过"十二五"科研攻关,形成了精细控压钻井装备与技术、山前复杂地层超深井钻井关键技术、以气体钻井为代表的高效破岩技术、复杂地质条件下深井钻井液技术、深井高温高压固井技术、新型录井装备及智能采集系统、深井酸性气层测试及数据传输系统、旋转导向钻井系统、钻井工程设计和分析软件9项重大成果,解决了我国深井钻完井作业方面存在的部分技术瓶颈问题,使我国7000m钻井技术基本成熟、8000m钻井技术获得突破,大幅度提升了深井钻完井技术水平。     

海洋钻机三维设计数据库与模型规划研究

随着数字化技术和数字孪生技术的不断应用和工程全命周期管理理念的不断完善,海洋钻机的各类数据信息系统也在不断地开发。为了解除三维设计数据库和模型规对数字化成果和应用范围的限制,本文对海洋钻机三维设计数据库与模型规划开展了深入的研究,并得出相关规划研究成果。     

数字孪生油气藏:智慧油气田建设的新方向

对地下储层和流体的认识程度严重制约油气田开发的生产举措,而油气藏描述在油气田开发中占有重要地位,构建油气藏系统的数字孪生体是油气藏描述的最高境界。在对油气田开发研究现状与发展趋势和数字化转型生产需求分析的基础上,提出了数字孪生油气藏理论,将数字孪生油气藏定义为"构建油气藏的数字孪生仿真模型,最大限度地量化逼近真实油气藏,及时准确地表征油气藏全生命周期动态变化,模拟物理世界油气藏实体在真实环境下的开发行为",为油气藏描述与油气藏工程一体化研究指明了方向。论述了基于数字孪生油气藏的智慧油气田建设重点方向与建设内容,指出通过建立油气藏开发系统的数字化副本——油气藏数字孪生体,以此为基础在云端优化开发与科学管理油气田,将带来油气田开发领域的一场新的技术革命,数字孪生油气藏将为智慧油气田建设赋予新的内涵。     

利用数据中心构建数字化钻井施工模式

世界石油钻井技术不断向信息化、智能化方向发展,为适应钻井技术的发展,构建了数字化钻井施工模式框架。从井场信息采集设施、井场网络环境、井场信息采集处理软件、井场工程监测软件等方面阐述了数字化钻井队的构建方法,从钻井数据库设计、数据流向及数据加载、数据发布等方面阐述了钻井数据中心的构成,从钻井设计系统、钻井远程监测系统、井眼轨迹控制系统以及专家系统等方面描述了钻井辅助决策平台主要功能。除了理论研究之外,还简要介绍了研究成果在现场的应用情况。这些研究成果是国内"数字油田"建设的基础,必将促进钻井行业的信息技术发展。     

人工智能在石油勘探开发领域的应用现状与发展趋势

针对石油勘探开发的实际需求,阐述了人工智能技术在石油勘探开发领域的研究进展与应用情况,探讨并展望未来人工智能技术在石油勘探开发领域的发展方向与发展重点.机器学习在岩性识别、测井曲线重构、储集层参数预测等测井处理解释方面初步应用,并显现出巨大潜力;计算机视觉技术在初至波拾取、断层识别等地震处理解释方面应用已有成效;油藏工...     

国内外钻井模拟技术现状及展望

钻井模拟技术可为降低钻井成本和施工风险、提高钻井速度提供有力的辅助决策支持,目前仍然是国外的研究热点。掌握国内外技术现状和发展趋势是开展钻井模拟技术研究的重要基础。从钻井工艺流程操作训练培训模拟、钻井过程模拟、钻井技术经济评价模拟等3个方向,阐述了钻井模拟技术研究现状,分析了国内外有代表性的钻井模拟系统的功能和特点;从钻井模拟模型研究、钻井培训模拟器研制、钻井模拟系统研发等3个方面,分析了我国与国外先进水平的主要差距。在此基础上,提出基于虚拟现实技术的钻井模拟系统将是下一步钻井模拟技术研究与应用的主导方向;认为目前国内钻井模拟技术的研究重点将集中在地质模拟模型的研究与验证、钻前工程设计模拟优化技术、钻井过程的实时模拟与预测技术、基于实钻井的培训模拟器研制等方面。      

人工智能钻井技术研究方法及其实践

人工智能技术飞速发展,在部分行业已取得明显的应用效果,但在钻井领域的应用尚处于探索阶段。为推动人工智能技术在钻井领域的应用,在简述钻井行业人工智能应用研究情况的基础上,提出了将人工智能技术应用到钻井领域的“三轮驱动”方法论,分析了钻井领域适合开展人工智能研究的业务场景及人工智能技术工具,提出了基于方法论评价优选项目的方法,给出了评价优选实例,并以井下故障复杂实时诊断为例简述了钻井人工智能应用研究的过程。同时,指出了钻井领域开展人工智能应用研究存在的不足,提出了钻井人工智能技术的发展建议。      

大数据技术在石油工程中的应用现状与发展建议

大数据技术逐渐成为石油公司与油服公司实现石油工程智能化和降本增效的重要手段之一,目前已成为国内外研究的热点.为了促进大数据技术在油气行业的快速发展和广泛应用,加快石油工程的数字化智能化转型,阐述了大数据技术的定义和特点,从大数据平台和钻井、压裂及开发等具体应用场景2个方面分析了大数据技术在石油工程中的应用现状,指出大数...     

钻井液技术现状及发展方向

介绍了国内外钻井液处理剂和钻井液技术现状,对如何提高钻井液处理剂和钻井液的水平,以及今后钻井液处理剂和钻井液的开发方向提出了几点看法,认为钻井液工艺技术应向钻井液工程技术转化,最终形成钻井液工程技术,提高钻井综合效益,有效地保护油气层和提高油井产量.并讨论了中原油田钻井液处理剂和钻井液技术发展趋势.     

国内钻井液技术进展评述

随着深井、超深井以及特殊工艺井越来越多,对钻井液性能的要求也越来越高。为满足安全、快速、高效钻井需要,国内在钻井液开发与应用方面开展了大量研究与应用,并不同程度地满足了钻井工程的需要。尤其是,在抑制性钻井液、油基钻井液、超高温超高密度钻井液等方面取得了快速发展,形成了一系列实用的钻井液技术,逐步缩小了与国外的差距,特别是超高密度钻井液技术已居于国际领先地位。为了更清楚、更全面地了解近年来国内钻井液技术的发展情况,为国内钻井液的开发与应用提出有价值的建议,从抑制性和环保型钻井液、油基钻井液、超高温超高密度钻井液、泡沫钻井液和合成基钻井液等方面,对钻井液的开发、性能和应用情况进行了介绍,在此基础上分析了国内钻井液存在的问题和发展方向,并结合钻井实践,提出了未来需要重点开展的工作。研究结果对国内钻井液的开发与应用具有参考价值和指导意义。