李 博，陈志学，陈雪峰，李明印，饶家富，康 健
（中国石油集团工程技术研究院有限公司，北京 102206）
智能化钻井技术能够大规模提高钻井工程效率，减少钻井事故复杂，达到提质增效的目的。目前，国外多种新型智能化钻井技术已经应用在钻井工程中，为钻井工程工作带来了新的发展方向。但是我国智能化钻井技术受制于技术要求，还未在钻井工作中得到广泛应用，与其他发达国家差距依旧较大，但是我国已经加快智能化钻井技术研发和创新，不断提升我国石油钻井技术水平。
（1）智能钻井技术建设需要软件、硬件结合，但目前部分硬件技术还存在一定问题，难以在高温、高压、高含硫条件下长时间正常工作；
例如塔里木盆地库车山前井底温度超过200°C、压力超过100MPa，螺杆、MWD 等井下钻井工具难以在高温高压条件下长时间正常运转；
（2）钻井工程生产节点多，专业跨度大，协同管理难，相关学科节点过多，数据量庞大，分类困难。安全生产、高效的生产运行将涉及钻井、固井、钻井液等多部门多专业协调，相对统一管理困难；
（3）管理模式发生冲击信息化建设对目前管理方式带来了极大冲击，智能管理平台的信息化建设将会最大化节约成本，释放大量人力资源和社会物质资源，劳动组织架构合计劳动组织方式的深刻变革，生产资源将会重新分配。
智能化钻井软件可总结为：依托数字油田智能建设总体框架，在数据采集的基础上，将数据传至数据库，通过数据筛选，利用计算机给定运算模式，将计算结果反馈到现场，指导生产的一种安全、高效的办公平台，所以硬件是基础，软件是关键[1]。
成熟、高效的智能化钻井软件主要包括两部分：一是完整的数据库，规模化的软件离不开基础数据的支持，任何一个理论结果都是在大量数据的基础上得到的；
二是运行规则，目前为止更多的运行规则仍然依靠人工经验进行获取，由此导致运行结果存在一定误差，但是随着大数据的逐渐完善，更多的运行规则必将逐步完善，逐步消除误差，获取精确结果。
数据的地位应该高于业务与技术，技术的创新都是源于数据的支持，任何技术的进步离不开以基础数据为核心的技术支持，即油田信息化建设应该以数据为核心进行开展，数据是支撑钻井技术的发动机，如何将有用数据甄别出来，用以支持技术的进步、科技的创新，是大数据池的关键。数据库的建立主要包括数据采集、数据处理和分析、数据应用三个阶段[2]。
2.1 数据采集
随着油田井下高温、高压、无线传感器的成熟应用，油田生产基础数据采集逐步趋于完善，已经基本达到数据稳定、及时、准确采集的基础条件。数据采集是将原始数据经过传感器一并采集到数据库中，并根据数据类型进行存储。以钻井生产为例：按照生产过程可分类为纯钻时间、井深、进尺、钻井液密度、起下钻等。时间可分类为秒度数据、分度数据、时度数据、日度数据、月度数据等。数据的及时性和准确性，是信息化构建的基础框架，数据准确越高、及时性越强，数据库建立也就越充分完整，后续软件调取越方便、快捷[3]。
2.2 数据处理和分析
单一数据往往无法最大化发挥数据的价值，原始数据需要进一步处理，将数据组合起来进行多维化处理，才能体现出数据最根本价值，例如将井深数据、套管数据、完钻原则、钻井液密度等多种类型数据进行串联组合，才能将井身结构展示出来（图1）；
将纯钻时间和进尺数据相结合，就可以得到机械钻速数据。
图1 井身结构
对原始数据进行深入分析，利用大数据寻找规律图版，找出结果支撑数据，将多维数据进行对比分析，才能实现对事物的精准定位，才能进一步促进钻井生产。具体来说：我们多数需要的不是原始采集数据，而是原始数据经过进一步分析得到的衍生数据，钻井生产过程中多数数据并不能直接进行测量，这时候就需要利用公式、人工经验、相关软件进行计算校核，才能得到我们想要的数据[4]。
2.3 数据应用
数据库是按一定规则将原数据进行数据整理、分析、计算的一个集合体。它实现了对数据库访问的用户管理，权限分配，数据的导入、导出，应用系统的集成开发管理功能。
数据库可以看作存储各类数据的大型仓库，其中的数据可供任意存取、处理、分析及传输，数据库建立的最终目的就是应用，如图2数据类型分类。数据库是从多个渠道获取原数据进行集中数据处理分析，为后续数据应用、调取构建基础框架，为不同部门、不同用户提供可信度高的数据资源，数据库建立可以省去后续大量统计数据时间，是用户读取数据最为方便的平台[5]。
图2 数据类型分类
智能化钻井软件是油田信息化建设发展过程中的主要组成部分，是在数据库构建的基础上，应用大数据、人工智能、云计算等计算方式，加入人工经验应运而生的可以断崖式节能降耗、提质增效最安全高效的办公平台。成熟的智能化钻井软件可以最大化体现出数字化优势，挖掘出数据最大应用价值，能够最大化减少事务中间环节，实现不同专业领域、不同学科之间信息资源的高度共享，达到协同研发、协同管理的目的。智能化钻井软件可总结有两大功能，第一指导生产、提质增效；
第二安全监测。
3.1 指导生产、提质增效
目前为止，钻井过程中参数的确定，仍需要人工临时决定，受外界因素、个人素质影响大，不确定性强。智能化钻井软件涉及的钻进参数、钻井液技术、固井、测井等任何参数的确定都无法及时得到最优解。但成熟的智能化钻井软件可全面感知实时井况，在钻井过程中根据井场数据实时传输，将最真实、稳定、可靠数据，快速传至数据库中，以数据库为依托，利用人工智能技术，将专家人工经验融入系统平台中，由智能钻井平台计算出最合理钻井方案，实时给出最合理钻井参数、工具、决策等建议，对现场施工进行指导。随着基础数据库规模的逐渐变大参数的准确性也会逐步提高。
例如：在钻井过程中，泵压数据、扭矩、钻压、转速等相关参数通过传感器实时传送至数据库中，数据库经过利用大数据筛选计算出类似工况，进行参数匹配数据，经过云计算可以给出合理的钻井参数建议。直接反馈至钻井平台，直接指导生产。中石油工程技术研究院研发的《井下工况感知与实时优化》通过应用井底岩屑返出量监测装置，同步调用工程录井数据，对井底岩屑返出率实时计算，定量化评价井眼清洁度，确定钻进最优钻井参数随钻调整钻井参数，降低井底有害振动，使钻头始终保持在高效破岩状态，从而提高钻头破岩效率与机械钻速、延长钻头使用寿命。
3.2 安全监测
钻井作业所处环境恶劣、施工难度大、技术要求高，给钻井设备要求带来诸多挑战。但是截止目前，多数钻井设备安全等级可以完全满足生产开发的需求，而多数事故复杂原因是由于人工操作不规范、处置不及时、参数设置不合理等原因造成的。一旦发生钻井事故复杂，直接影响到整个钻井周期，人力物力产生极大浪费，甚至造成人员伤亡。
智能化钻井软件可根据现场实时相关参数监控，准确模拟井下工况条件，并通过钻井数据组合判断，建立事故预警模型，将动态钻井物理模型与人工智能、数据挖掘算法相结合，对事故复杂发生概率进行预测，提前预判溢流、漏失、钻具疲劳等工况，通过智能诊断故障、提前预警、科学分析、优化处理4种智能化手段，最大限度降低事故复杂发生的概率[6]。
智能化钻井新技术可以提高石油钻井过程的效率，降低石油钻井过程中的事故和复杂，降低钻井工作的成本，有效推动石油产业的发展，今后将成为钻井作业的主要技术。但是我国智能化钻井新技术起步较晚，较之世界上其他一些国家仍然存在一定的差距，部分钻井设备和工具还需进口，钻井技术智能化程度相对较低，我们必须加大对智能化钻井新技术研发力度，开发出更多高效、稳定、安全的智能化钻井利器，有效地提升钻井作业的工作效率以及安全，保证石油企业的经济效益与社会效益，实现了钻井作业精准管理与开发。
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