□中國石化石油工程技術研究院副院長 王敏生
人工智能作為新一輪產業(yè)變革和科技革命的新引擎和核心驅動力，已成為引領未來發(fā)展的戰(zhàn)略性新興技術，正在對油氣行業(yè)產生深刻影響。相關研究顯示，人工智能技術可使油氣生產成本減少約30%，采收率提升10~20個百分點，全球油氣可采儲量增加8%~20%。隨著自動化鉆井技術不斷完善，以及與大數據、人工智能等技術不斷融合發(fā)展，鉆井技術正在由自動化轉向智能化。智能鉆井技術配備具有學習、記憶和判斷功能的人工智能平臺，集成智能化地面和井下控制系統(tǒng)，以及高精度傳感器和高速傳輸系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)部分鉆井作業(yè)的自主決策和閉環(huán)控制，大幅提高作業(yè)效率和安全性，是油氣工程技術未來發(fā)展的重要方向之一。
國內外油氣公司競相搶占鉆井智能化技術制高點，制定了詳細的技術發(fā)展路線，搭建了智能鉆井架構體系，部分關鍵技術已經實現(xiàn)現(xiàn)場應用。其中，高精度井下傳感器、連續(xù)波高速傳輸等技術商業(yè)應用；一鍵式自動化鉆機、起下鉆自動控制、自動送鉆和旋轉導向等自動控制系統(tǒng)已規(guī)模應用；鉆井仿真模擬、大數據分析、遠程決策平臺等智能分析決策系統(tǒng)進入工程應用?？傮w上，地面井下一體化智能鉆井技術還處于開發(fā)試驗階段，正在著力整合行業(yè)力量，建立統(tǒng)一的標準與認證體系。SPE（國際石油工程師協(xié)會）鉆井自動化技術分部將鉆井智能化劃分為觀察模式、咨詢模式、半自主控制模式、自主控制模式4個階段，國外部分作業(yè)場景已進入半自主控制模式，國內部分場景實現(xiàn)了咨詢模式，正在向半自主控制模式邁進。
為加速推動鉆井技術智能化發(fā)展，打造油氣領域技術競爭新優(yōu)勢，推動形成油氣上游新質生產力，近年來，中國石化通過聯(lián)合攻關，開展了7000米自動化鉆機及關鍵裝備、隨鉆工程地質參數感知、智能鉆井分析決策、智能鉆井系統(tǒng)集成等關鍵技術的攻關研究，基本形成了智能鉆井關鍵技術與裝備體系，在勝利油田濟陽頁巖油國家級示范區(qū)進行了集成與示范應用，實現(xiàn)了鉆機、儀器、決策系統(tǒng)與集成控制中心數據交互聯(lián)動，以及鉆前模擬、鉆井參數智能優(yōu)化、井下風險智能預警、井眼軌跡智能導航等應用場景多目標協(xié)同優(yōu)化與控制，達到了智能輔助-人工決策的閉環(huán)控制水平，機械鉆速提高17.44%，風險診斷準確率大于90.2%，優(yōu)質儲層鉆遇率100%，鉆井周期縮短19.87%，有力支撐了重點油氣領域勘探開發(fā)降本增效。
目前，智能鉆井技術正處于快速發(fā)展的蓄勢期，還存在技術整體閉環(huán)集成度不高、智能化分析決策水平不足等難題和挑戰(zhàn)，具體表現(xiàn)在鉆機裝備沒有實現(xiàn)“無人接管”或遠程控制的全自動操控、井下測控儀器還沒有打通地層-井筒-地面大數據高速傳輸鏈路和自主控制、智能分析決策平臺不能滿足智能鉆井作業(yè)由人工決策向機器決策轉變的需要、地面井下一體化控制缺少算法封裝共享及模塊集成技術規(guī)范等方面。需要在大力推廣現(xiàn)有成果的基礎上，持續(xù)開展自動化智能化裝備、智能決策軟件、數字孿生等關鍵技術研究，加大技術迭代升級力度，推動咨詢模式向半自主控制、自主控制模式的轉變，實現(xiàn) “全方位感知、大數據分析、智能化決策、自動化調控”的智能鉆井技術目標。
一是加強智能鉆井基礎前瞻研究，形成智能鉆井技術新規(guī)律、新認識，為關鍵技術研發(fā)提供源頭供給。基于先進的機器學習等理論方法，建立井筒-地層大數據地質力學大模型；研究自適應鉆頭、智能流體等新一代智能鉆井技術；搭建公開的行業(yè)數據標準和協(xié)議，建立統(tǒng)一的裝備、工具、流體、軟件標準。
二是提高自動化鉆機及配套系統(tǒng)協(xié)同控制能力。在“一鍵式”鉆機自動操作和鉆井自動調控的基礎上，開展全自動控制連續(xù)起下鉆鉆機及配套設備研究，配備鉆臺機器人和鉆井液連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)。通過數字化集成，提升多系統(tǒng)協(xié)同控制水平，實現(xiàn)鉆機設備的全自動化和鉆臺無人化。
三是提升井下工程地質參數的獲取精度和傳輸速率，擴展井下工具、儀器、流體的智能感知和智能調控能力。開展高精度井筒動態(tài)多參數智能監(jiān)測技術、多維多尺度地層參數智能解釋技術研究，建立井下工程參數實時監(jiān)測和多維多尺度遠/前探測方法；開展智能井下高速傳輸技術研究，探索智能鉆桿、光纖傳輸技術。
四是借助智能技術輔助司鉆管理鉆井過程或智能決策。構建全場景賦能一體化云平臺，進一步打通地質工程數據庫；開展地質工程一體化鉆井數字孿生技術研究，強化人工智能分析方法和學習樣板，集成更多智能應用場景，實現(xiàn)鉆井全生命周期的智能化分析作業(yè)和半自主控制模式隨鉆優(yōu)化決策；借助鉆井領域知識和數據+AI大模型，實現(xiàn)大模型在鉆井信息提取、方案生成、科學計算、問答系統(tǒng)等場景的應用。
五是打造地面井下一體云邊協(xié)同“智能鉆井駕艙”。開展多參數響應的閉環(huán)調控技術、基于聯(lián)邦學習的云邊協(xié)同技術、邊端集成控制技術研究，實現(xiàn)鉆井全過程閉環(huán)智能鉆井，為更大規(guī)模、更高智能化水平的工業(yè)推廣應用提供條件。建立科研機構、油公司、油服公司和裝備制造商等多方協(xié)同推進機制，不斷提升系統(tǒng)集成應用水平，有效提高鉆井作業(yè)效率，降低作業(yè)成本。
智能鉆井系統(tǒng)：以前靠經驗打井 如今用數據找油
□張洪寧
產品介紹
智能鉆井系統(tǒng)是現(xiàn)代鉆井作業(yè)的數字化中樞神經，通過整合物聯(lián)網、5G通信、大數據分析和人工智能等前沿技術，初步構建了集方案設計、參數優(yōu)化、風險診斷、軌跡導航、壓力控制、一鍵固井等多專業(yè)于一體的“全方位感知、智能化決策、自動化調控”智能鉆井平臺，助力傳統(tǒng)鉆井由“經驗主導、現(xiàn)場決策”的作業(yè)模式向可視化、數字化和智能化轉變。
實踐應用
以前靠經驗打井，如今用數據找油。
中國石化自主研發(fā)的智能鉆井系統(tǒng)iDrilling就像給鉆井裝上了“智慧大腦”。該系統(tǒng)整合了鉆井、鉆井液、固井等多專業(yè)數據，建立了包含2000多個案例的專家知識庫。特別是在應對井噴、井漏等復雜情況時，系統(tǒng)能快速匹配歷史案例，在30分鐘內形成推薦處置方案，較傳統(tǒng)專家會診模式效率提升8倍。
今年6月，紅星區(qū)塊深層頁巖氣HY18-2HF井的施工現(xiàn)場，技術人員應用該系統(tǒng)進行鉆井風險的“天氣預報”。該井設計井深6850米，主要目的是開發(fā)3500米以深頁巖氣儲量，水平段長2700米，面臨著水平段超長、儲層非均質性強、易漏易塌等諸多挑戰(zhàn)。
突然，大屏閃爍發(fā)出鉆井異常預警信號，說明HY18-2HF井將在210米后鉆遇易漏條帶?！敖Y合隨鉆測量數據信息，推測該層段大概率會出現(xiàn)漏失?！惫こ淘嚎蒲腥藛T馮庚說。
與此同時，智能鉆井系統(tǒng)迅速匹配復雜案例庫，一組組科學計算后的現(xiàn)場數據同步到北京、涪陵兩地專家組。三方專家立即聯(lián)合“會診”，半小時后，一套“精細控壓鉆井+鉆井液密度優(yōu)化+提高隨鉆堵漏漿濃度”綜合處置方案就形成了。接到指令后，現(xiàn)場工程師將鉆井液密度快速下調，隨鉆堵漏漿濃度提高，安全鉆穿了異常裂縫帶，成功規(guī)避了風險。
“從預警發(fā)出、商討方案到完成故障處理，全程僅用了2個小時。過去遇到這種情況要專家會診、方案討論等，大約需要1天時間，現(xiàn)在半小時就能搞定?！惫こ淘恒@井液技術人員陳曾偉說。智能鉆井系統(tǒng)就像石油工程人員的“超級助手”，能同時處理分析20余類鉆井參數，數據延遲控制在10秒以內。同時，結合大模型技術，系統(tǒng)升級了學習能力，每完成一口井，它的人工智能算法就會變得更加“聰明”。
“通過智能鉆井系統(tǒng)優(yōu)化改變了決策支持模式，技術專家可以在千里之外協(xié)同工作，切實提升了效率，降低了成本?！苯瓭h油田監(jiān)督中心技術人員于泮龍說。
應用評價
集團公司首席專家 曾義金：
智能鉆井系統(tǒng)的研發(fā)應用是我國石油工程數字化轉型的標志性成果，支撐打造了中國石化智能化鉆井示范工程。勝利油田頁巖油示范區(qū)集成應用8口井，單項技術應用83口井，平均機械鉆速提高17.44%以上，優(yōu)質儲層鉆遇率100%，鉆井周期縮短19.87%，助力了油氣勘探開發(fā)降本增效。更難得的是，智能鉆井系統(tǒng)結合大模型技術，逐步完善數字資產積累機制，每口井產生的數據都轉化為可復用的知識財富。
隨鉆成像探測技術：將“盲鉆”變?yōu)椤翱梢曘@”
□李 新 蔣琳琳
產品介紹
隨鉆成像探測技術是當前隨鉆測控領域的前沿技術，是實現(xiàn)智能鉆井的核心裝備。隨鉆儀器上的聲、電、核物理學成像傳感器360度實時探測和采集鉆頭附近地層的地質參數圖像，能夠準確反映地層邊界變化，刻畫井眼形狀，識別裂縫、孔隙、層理等特征，實現(xiàn)動態(tài)可視化引導鉆頭調整井眼軌跡在優(yōu)質儲層中穿行。
實踐應用
7月12日，山西晉城煤層氣田SX-037H1井正在施工作業(yè)。一組組來自地下2000米、經過處理的數據，實時反饋到司鉆臺，指導司鉆精準調整井眼軌跡，引導鉆頭在優(yōu)質儲層中穿行。
“通過隨鉆成像探測技術，利用多種原理的成像傳感器隨鉆具旋轉動態(tài)掃描井眼周邊不同深度的地質參數，以圖像的形式為地質專家提供關鍵參數，井下數據經過處理和壓縮后，經泥漿脈沖傳輸儀器實時傳送到地面，讓地下深處清晰可見，鉆井不再是‘摸著石頭過河’?！惫こ淘簻y控裝備中心負責人倪衛(wèi)寧說。
對于智能鉆井系統(tǒng)來說，隨鉆成像探測技術就像鉆頭的“眼睛”。傳統(tǒng)的隨鉆測量儀器，往往只能探測幾條簡單的參數曲線，能夠探測到地層性質變化，但無法確定該向哪個方向調整鉆頭。為此，工程院歷經10年，圍繞“兩深一非”油氣高效開發(fā)需求，大力研發(fā)隨鉆成像探測技術，形成了多種規(guī)格的近鉆頭伽馬成像、隨鉆微電阻率成像、隨鉆超聲成像、隨鉆電磁波電阻率和隨鉆方位伽馬儀器等系列產品，能夠在隨鉆工況下實時生成高分辨率井眼圖像，及時準確地探測地層變化，刻畫井眼形狀，識別地層裂縫特征，為油氣層走勢判斷和決策提供精準的數據支持。針對深地工程、頁巖油氣開發(fā)等新的重大需求和挑戰(zhàn)，又研發(fā)出超高溫隨鉆測量、高速隨鉆傳輸和高效旋轉導向儀器，形成了完整的隨鉆測控技術鏈。
隨鉆成像探測技術可360度旋轉掃描地層進行成像，近鉆頭傳感器距離鉆頭僅0.5米，微電阻率和超聲傳感器分別獲得井周和井眼的128度扇區(qū)圖像，裂縫分辨精度達4毫米，可識別毫米級的地質特征和井眼狀況，大幅提升鉆井效率、儲層鉆遇率和作業(yè)安全性。
目前，該技術已應用于100余口井，連續(xù)無故障工作時間超200小時，單趟入井最長250.5小時，在頁巖油氣、煤層氣水平井等復雜場景完成了地質導向任務，成為復雜儲層開發(fā)的核心利器，支撐了國內復雜油氣藏高效開發(fā)。
應用評價
工程院副總工程師 張 衛(wèi)：
隨鉆成像探測技術將“盲鉆”變?yōu)椤翱梢曘@”，鉆井工程師可實時判斷鉆頭是否在最優(yōu)儲層內穿行，提高了儲層鉆遇率。正在研發(fā)的前視隨鉆成像探測技術，將來還可以“透視”鉆頭前方數十米的未鉆地層構造，實現(xiàn)鉆井“路況”的提前預報，是智能鉆井系統(tǒng)中的硬核技術。
分析決策技術：打造智能鉆井“中控大腦”
□張洪寶 蔣琳琳
產品介紹
分析決策技術是智能鉆井系統(tǒng)三大核心單元之一。鉆井過程中，基于一體化云平臺，結合區(qū)域鄰井大數據，實時分析井下和地面采集數據，動態(tài)預測鉆頭前方工程地質風險，在鉆井參數優(yōu)化、井筒風險防控、隨鉆軌跡調控場景實現(xiàn)了L2級“咨詢模式”下的智能決策，為中國石化智能鉆井系統(tǒng)提供了“中控大腦”。
實踐應用
6月10日，涪陵頁巖氣田焦頁44-Z5HF井正在進行三開作業(yè)，技術人員緊盯電腦顯示器，實時關注鉆井參數變化，每隔一段時間拿起對講機指導司鉆調整鉆井參數，順利鉆達設計井深8517米，創(chuàng)陸上頁巖氣井水平段長5442米亞洲紀錄。
通過智能鉆井分析決策技術，動態(tài)接入10類63種井場數據，自動關聯(lián)區(qū)域已鉆井大數據，依靠100多種專業(yè)模型、AI算法，智能分析數千米井下的鉆具工作狀態(tài)，及時提醒井下復雜情況，動態(tài)推薦最優(yōu)鉆井參數，將鉆井施工決策從“經驗驅動”轉變成“數據+模型”驅動。
隨著油氣鉆探領域向深層、非常規(guī)等復雜領域進軍，傳統(tǒng)以經驗為主的決策方式難以滿足復雜地質環(huán)境和工程條件下的決策需求。隨著井場數字化水平的提升、人工智能和大數據技術為代表的新一代信息技術的快速發(fā)展，“數據+模型”驅動的鉆井決策為鉆井工程降本增效提供了新的手段。
工程院經過十余年攻關研究，開發(fā)了智能鉆井分析決策技術和配套軟件，該技術基于一體化云平臺實現(xiàn)了智能鉆井三大場景智能決策：鉆井參數優(yōu)化、井筒風險預測、軌跡導向與控制。
鉆井參數優(yōu)化方面，深度融合大數據處理、人工智能、經典工程模型，采用經典計算模型與AI深度融合的鉆井參數優(yōu)化方法，考慮地面設備能力、井筒流動狀態(tài)、鉆具運動狀態(tài)、巖石破碎機理等4類23種因素約束條件，以機械鉆速最高、機械比能最低為目標，動態(tài)推薦最優(yōu)鉆井參數，鉆頭前方30米機械鉆速預測準確率大于80%。
井筒風險預警方面，建立了地質與工程因素耦合的潛在風險量化識別預測模型，開發(fā)了自適應多AI融合算法，建立了基于時序數據趨勢分析的井漏監(jiān)測預警流程，實現(xiàn)了“漏、噴、塌、卡”等井下復雜情況的早期預警，預警準確率高于85%。
隨鉆地質導向方面，融合地震信息、完鉆信息和隨鉆數據，可實時分析和預測目標地層，實現(xiàn)實時測量井下信息、自動地質建模、自動導航等功能，自動生成和執(zhí)行控制指令?，F(xiàn)場應用表明，井周地層預測分辨率小于0.5米。
2021年以來，該技術累計應用150口井，平均機械鉆速提高17.44%以上，優(yōu)質儲層鉆遇率超95%，為中國石化智能鉆井系統(tǒng)建設提供了“中控大腦”。
“下一步，研發(fā)團隊將面向降本增效需求和智能鉆井發(fā)展趨勢，攻關L3級半自主控制模式下的智能決策關鍵技術，為油氣田增儲上產提供智能保障，支撐中國石化智能鉆井技術發(fā)展?！惫こ淘焊痹洪L、項目負責人王敏生介紹。
應用評價
江漢油田監(jiān)督技術中心經理 周忠亞：
數字化、智能化技術可以深度挖掘非常規(guī)油氣大數據資源中的工業(yè)價值，在鉆井風險預報、井下復雜防控和鉆井提速優(yōu)化方面較傳統(tǒng)技術優(yōu)勢明顯，在涪陵頁巖氣田科學鉆井模式建設中發(fā)揮了重要作用。
華北油氣鉆井工程技術研究院鉆井所所長 張 輝：
應用智能鉆井系統(tǒng)，在東勝氣田J58-8H井實現(xiàn)二開一趟鉆進尺3169米，創(chuàng)鄂北氣田一趟鉆最長進尺紀錄，為鄂北氣田鉆井提速提效提供了支持；支持大牛地神木區(qū)帶神木1HF井刷新8項工程紀錄，工區(qū)首次實現(xiàn)30天內鉆成一口深層煤層氣水平井。
（ 責任編輯：王瑩 ）
