智能钻井理论与技术

石油钻井、完井和采油正在向信息化、智能化、自动化方向发展，面对海上和陆上复杂油气田的开发需求，传统钻井技术已难以满足现代要求。随着现代旋转导向钻井技术的 advancing，包括随钻测井和井下诊断等技术的提升，泥浆脉冲等无线测井技术已无法满足新型钻井技术的需求。研究显示，实现地面与井下电力输送及实时测控的智能油井管技术（如智能钻杆、油管等）是实现智能钻井的关键技术。智能钻井的基本理论通过建立宽带闭环信息公路实现钻井工程的透明化管理，利用实时数据进行决策和控制。其原理包括基于随钻测量数据的实时处理、信号传输优化以及多传感器集成等技术，最终实现钻井作业的智能化和精准化。

石油钻井、完井和采油逐步迈向信息化、智能化和自动化的发展阶段，并展现出快速发展的态势。随着海上油气资源的规模不断扩大，以及陆上复杂油气田及难以采动的储量开发需求日益增长，欠平衡钻井和气体钻井等技术也在不断拓展其应用范围。现代旋转导向钻井技术正受到国内外的广泛关注和快速发展，以随钻测井和随钻地震技术为基础的先进地质导向钻井技术，以及钻井动态参数的实时监测和调控，使得泥浆脉冲等无线随钻测量技术已无法满足这些新型钻井技术的需求。

近60年来，国内外一直致力于研究既能实现地面向井下输电，又能在井下应用电控钻井的硬件系统（包括井下工具、仪表和传感器等）以及建立有线随钻实时双向闭环钻井测控信息高速公路。近年来，智能油井管的设计研制与生产应用已取得显著进展。这项研究证实，智能油井管（包括智能钻杆、智能油管、智能柔性连续管等）是实现智能钻井、完井、采油的技术基础和关键支撑。

1**、智能钻井的基本理论**

通过构建井下与地面之间供电保障的宽带闭环高速信息公路，并采用双向双工闭环系统，突破钻井工程的技术难题。实时监控钻井参数（地层、储层）及井下运行状态，确保作业过程的实时、全面、直观、可控。

2**、智能钻井的原理******

基于地面采用传统及现代方法建立的模糊地质模型（或地质设计）和工程模型（或工程设计），充分依据并科学利用随钻测量采集到的井下地质与工程众多实时参数（且这些参数是经过精心设置的）与信息，几乎实现了零时差的快速传输至井下CPU及地面信息处理中心的计算机进行处理，从而形成更符合井下实际情况的实时智能随钻模型及实时决策技术参数。

通过随钻快速下达各种控制井底测控执行工具的实时指令，使井下测控执行工具精准执行指令，并实时反馈信息进行第二轮测量采集。从而实现“测量采集——处理决策——控制执行——再测量采集——再处理决策——再控制执行”这一循环往复的过程，最终实现智能化钻井操作。

3**、智能钻井的基本技术**

（1）电信传输

基于供电保证的宽带闭环信息通道，信号传输速率显著提升，传输过程中的损耗和干扰较小，信号传输过程稳定。

（2）传感测控单元

在智能钻柱下部组装的随钻测井工具和各类电控智能工具中，集成有多种高端电传感器。这些传感器包括地层电阻率（ρ）、岩性特征测量探头伽玛（γ）、中子-密度探头（N-D）、声波探头（S）、核磁共振探头（NR）、地层孔隙压力传感器（P）、井斜角（θ）、方位角（α）以及导向工具的工具面角（ω），钻头井底钻压（Pb）、井底转数（n）、井底扭矩（Tb），以及钻柱不同截面处的测力传感器等。具体数量则根据钻井需求可达到30至40个传感器。

作者：SuZ