作者 |  郭永峰

近三年來，國(guó)際油氣行業(yè)在“智能”地球物理勘探系列技術(shù)、“智能”油藏地質(zhì)系列技術(shù)、“智能”石油鉆井測(cè)井系列技術(shù)、以及“智能”油氣開發(fā)系列技術(shù)這四大方面，不同程度上取得現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用初步成果。

在上一篇文章（15大“智能”勘探開發(fā)技術(shù)，提速油氣勘探開發(fā)力度），我們從“智能”地球物理勘探技術(shù)分享探討了這15項(xiàng)智能技術(shù)中的2項(xiàng)。本篇文章，我們將從“智能”石油鉆井測(cè)井方面，分享介紹目前的5項(xiàng)新技術(shù)。這些方面對(duì)于推動(dòng)我國(guó)勘探開發(fā)有著重大參考價(jià)值。

石油圈原創(chuàng)，石油圈公眾號(hào)：oilsns

2017年美國(guó)斯倫貝謝公司在美國(guó)Houston的陸地鉆機(jī)，實(shí)現(xiàn)了每班3名員工操作，即每臺(tái)鉆機(jī)當(dāng)班為一名司鉆，一名泥漿工程師，以及一名負(fù)責(zé)全面巡視的鉆井工程師。而2018年，挪威國(guó)家石油公司完成“海底鉆機(jī)工廠（Sea Rigs Factory）”的工業(yè)試驗(yàn)，即由6名員工負(fù)責(zé)3臺(tái)海上鉆機(jī)的常規(guī)鉆井作業(yè)，試驗(yàn)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。
  

不久的將來，石油鉆機(jī)市場(chǎng)主要是由智能鉆機(jī)、井下智能導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)智能控制平臺(tái)，以及遠(yuǎn)程智能控制中心組成，由鉆機(jī)的智能化構(gòu)成有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)鉆井過程的閉環(huán)控制。

屆時(shí)，具有機(jī)器學(xué)習(xí)能力的智能鉆臺(tái)機(jī)器人，以及智能排管機(jī)器人，將取代鉆臺(tái)工和井架工，實(shí)現(xiàn)鉆井作業(yè)的“少人化(Robotic Drilling Systems, RDS )”，甚至“無人化(Unmanned Drilling Rig)”。

現(xiàn)場(chǎng)智能鉆井控制平臺(tái)，將代替鉆井“司鉆”完成所有操控，將“司鉆”從常規(guī)繁的操作中解放出來。鉆井“司鉆”不必固定在工作崗位上，只需在一些特殊鉆井作業(yè)條件下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作。地質(zhì)導(dǎo)向、井下事故處理等關(guān)鍵作業(yè)，則可由遠(yuǎn)程智能控制中心的智能控制平臺(tái)完成，從而實(shí)現(xiàn)操作的遠(yuǎn)程化。

在未來超級(jí)鉆頭的配合下，未來的智能鉆井，將推行水平井“超級(jí)一趟鉆(Super One-trip Drilling)”，即表層井段一趟鉆，余下井段一趟鉆，有望大幅度降低鉆井成本。目前，國(guó)際上油服公司陸續(xù)推出鉆井相關(guān)智能產(chǎn)品。預(yù)計(jì)2025 年鉆井有望進(jìn)入智能鉆井階段，開啟智能鉆井新時(shí)代。

而未來的智能鉆井不是現(xiàn)有技術(shù)的簡(jiǎn)單升級(jí)，而是鉆井技術(shù)的一次全方位深刻革命。將對(duì)鉆井業(yè)和從業(yè)人員產(chǎn)生深刻影響，大幅度提升鉆井效率、質(zhì)量和安全性。

石油圈原創(chuàng)，石油圈公眾號(hào)：oilsns

大幅度提高鉆井“命中率”的“隨鉆前探”與“隨鉆遠(yuǎn)探”技術(shù)。隨鉆前探技術(shù)，主要包括隨鉆地震前探(Guiding drilling by Estimation Ahead Using Seismic)技術(shù)，以及隨鉆方位電磁波前探(Guiding drilling by Estimation Azimuth Using Electric Imagistic)技術(shù)兩類。

2015 年斯倫貝謝公司推出GeoSphere 服務(wù)，鉆井過程中的“前探”深度達(dá)30m。這套技術(shù)與包括SpectraSphere （井下流體分析服務(wù)）在內(nèi)的整套隨鉆測(cè)井技術(shù)，以及地表測(cè)井技術(shù)結(jié)合使用，可繪制出真實(shí)反映油藏結(jié)構(gòu)與流體形態(tài)的測(cè)繪圖。這套技術(shù)有利于優(yōu)化井位，最大化油藏接觸，改善油田開發(fā)方案。

2016 年斯倫貝謝公司推出的EMLA 樣機(jī)前探距離達(dá)到30m。隨鉆遠(yuǎn)探技術(shù)可以探測(cè)井筒周圍數(shù)十米距離內(nèi)的流體與油藏邊界，并且具有隨鉆油藏描繪與地質(zhì)導(dǎo)向功能。

2018 年哈里伯頓公司推出的EarthStar 服務(wù)，將探測(cè)距離提高到61m。隨鉆前探與隨鉆遠(yuǎn)探技術(shù)有利于隨鉆油藏描述和隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向，及時(shí)識(shí)別前方“甜點(diǎn)”及儲(chǔ)層邊界，及時(shí)調(diào)整井眼軌跡和鉆井工程參數(shù)。并且還能更好地引導(dǎo)鉆頭鉆達(dá)“甜點(diǎn)”，提高儲(chǔ)層鉆遇率和單井產(chǎn)量，降低噸油成本。

展望未來，開發(fā)隨鉆前探與隨鉆遠(yuǎn)探技術(shù)，將會(huì)在隨鉆油藏描述和隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向方面發(fā)揮更大的作用，并成為智能鉆井與智能油田的重要組成部分。

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在鉆井作業(yè)中，為了減少占用鉆機(jī)時(shí)間，以及簡(jiǎn)化鉆井作業(yè)流程，目前國(guó)際上測(cè)井作業(yè)已基本實(shí)現(xiàn)“一趟測(cè)（One-Trip Logging）”，但仍無法滿足現(xiàn)實(shí)需求。當(dāng)前國(guó)際鉆井行業(yè)趨勢(shì)，是以隨鉆測(cè)井代替裸眼井測(cè)井。實(shí)現(xiàn)“隨鉆一趟測(cè)”的工藝研發(fā)，目前已取得一定進(jìn)展，但是仍有很多瓶頸技術(shù)亟待解決。

從鉆井工藝?yán)碚撋峡?，如要?shí)現(xiàn)一次下井，即可測(cè)得所有測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，將要面臨很多困難，需要解決眾多問題。例如數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)問題等。未來隨鉆測(cè)井技術(shù)將實(shí)現(xiàn)“一趟測(cè)”，并與“一趟鉆(One-Trip Drilling)”同步進(jìn)行。作業(yè)中不占用額外的鉆機(jī)作業(yè)時(shí)間，極大簡(jiǎn)化作業(yè)流程，有效降低測(cè)井與鉆井成本。

從工藝體系看，“一趟測(cè)”技術(shù)能夠在鉆井過程中，測(cè)量所需的所有測(cè)井信息，完成井下流體，巖心采樣，同時(shí)提供地質(zhì)導(dǎo)向與隨鉆油藏描繪等功能，從而大幅降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提高儲(chǔ)層鉆遇率和單井產(chǎn)量。

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為應(yīng)對(duì)井下高溫高壓情況，需要使用 “耐超高溫（高壓）井下儀器及工具(Ultra High Temperature Resistant Downhole Instruments and Tools)”。例如MWD（隨鉆測(cè)量）、LWD（隨鉆測(cè)井）、近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向儀、井下電池、鉆頭、鉆井液、導(dǎo)向工具、固井水泥、井下管材、完井工具等。隨著技術(shù)的進(jìn)步，井下工具、儀器與材料的耐溫耐壓能力持續(xù)提升。

例如，國(guó)際大型石油公司采用的MWD 與LWD、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)、螺桿鉆具的最高耐溫能力已分別達(dá)到200℃，200℃，230℃，鉆井液的最高耐溫能力已達(dá)260℃。

未來 10 年，隨著石墨烯等新材料的引入，以及封裝、冷卻、絕緣等技術(shù)的發(fā)展，井下儀器、工具的耐溫能力將整體超過230℃，甚至有望達(dá)到300℃，這將有力地推動(dòng)深層與超深層油氣田的勘探開發(fā)，以及高溫地?zé)豳Y源的開發(fā)利用。

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光纖材料具有抗電磁干擾，抗環(huán)境噪聲，電氣絕緣性，以及自身安全性強(qiáng)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于井下惡劣環(huán)境中的儲(chǔ)層參數(shù)測(cè)量。用于油氣井監(jiān)測(cè)的“光纖傳感（Optical Sensing）”技術(shù)，主要有分布式溫度傳感器，分布式應(yīng)力傳感器，以及分布式聲波傳感器。

不同傳感器件的“光纖傳感”研究發(fā)展階段存在差異。其中，分布式溫度傳感器最成熟，當(dāng)前國(guó)際石油界已經(jīng)有近20 年的井下應(yīng)用歷史。除分布式溫度傳感器之外，單點(diǎn)光纖溫度和壓力測(cè)量業(yè)已經(jīng)商業(yè)化應(yīng)用。而分布式壓力傳感器還處于開發(fā)階段。

未來的油氣井檢測(cè)，將會(huì)因“光纖傳感”技術(shù)進(jìn)步，而發(fā)生重大改變。例如，在井的全生產(chǎn)周期內(nèi)沿井筒進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)油氣井的永久性監(jiān)測(cè)。此外，即使在惡劣環(huán)境下，也可以向作業(yè)者提供詳細(xì)而全面的井下生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

采用“光纖傳感”技術(shù)，作業(yè)者還可以在不影響油氣生產(chǎn)的前提下，探測(cè)氣與水的“突進(jìn)”，識(shí)別井眼內(nèi)套管外部的“竄流”，探測(cè)油管與套管的泄漏，還能檢測(cè)各種管柱及完井設(shè)備的完整性。

“光纖傳感”技術(shù)的應(yīng)用，將會(huì)加快智能完井、數(shù)字油田的發(fā)展。國(guó)際上處于“光纖傳感”技術(shù)領(lǐng)先地位的公司，為位于澳大利亞Victoria（維多利亞洲）的FFT(Future Fiber Technologies, 未來光纖技術(shù))公司。該公司不僅在“光纖傳感”技術(shù)方面擁有大量國(guó)際專利，而且開發(fā)石油行業(yè)專用的眾多“光纖傳感”技術(shù)產(chǎn)品，應(yīng)用在世界各地油氣田。

中國(guó)國(guó)內(nèi)也同樣進(jìn)行了相關(guān)研究，成立于2005年的西安石油大學(xué)“光纖傳感實(shí)驗(yàn)室”，主持國(guó)內(nèi)石油行業(yè)“光纖傳感”技術(shù)研究與應(yīng)用研究。

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