数字化走进钻井业

　　在国内数字油田建设的大背景下，数字化石油钻井系统建设已成为石油钻井行业信息化的代名词。与国外相比，数字化钻井在国内虽然刚刚起步，对于形成规模还有一段距离，但这必将给钻井专业带来一场革命。

　　文/本刊记者 路相宜

　　在新疆准噶尔盆地腹部莫索湾地区，中国石油最深的风险探井莫深1井施工现场，技术人员正在紧张地下放套管。而这一切正在通过卫星传输到远在万里之外的北京专家决策中心。中心坐满了地质和钻井专家，他们密切注视着远程视频系统，直到下完最后几根套管。这幕跨越时空的钻井生产互动场景就发生在中国石油集团公司钻井研究院钻井实时监控中心，这也是中国石油在打造数字化钻井方面取得的重大进展。

　　近几年来，在国内数字油田建设的大背景下，数字化石油钻井系统建设已成为石油钻井行业

信息化的代名词。有关专家指出，纵观近年来世界钻井业发展趋势，是以自动化、信息化、实时化、集成化、智能化为特点，向数字化钻井方向全面发展。和国外相比，数字化钻井在国内虽然刚刚起步，对于形成规模还有一段距离，但这必将给钻井专业带来一场革命，给广大的科研人员提供更广阔的发展空间。

　　化解瓶颈

　　钻井是石油勘探开发业务流程中最重要的环节之一。由于地质、地貌情况的多变性和复杂性，钻井工艺技术的发展不仅需要多种理论知识的指导，更重要的是通过钻井过程中产生的大量数据资料的分析处理，形成规律性的认识，不断完善和优化钻井工艺技术，达到提高钻速、降低成本、减少油气层污染的目的。然而，由于钻井是野外作业，经常在山区、草原、沙漠、沼泽、海洋等自然条件很差的地方进行，给施工带来极大的不便，对钻井数据的获取、钻井远程技术咨询与决策成为一大难题。随着剩余油气资源勘探开发难度越来越大，钻井费用近年来也呈现上涨趋势，一口井的投资往往耗费几百万元、几千万元甚至上亿元，钻井工程的费用约占到了勘探开发总投入的30%～60%，全球的钻井服务商均面临着前所未有的来自经济与技术两个方面的巨大压力和挑战。

　　为了解决这些瓶颈问题，在网络技术、信息技术、通信技术的飞速发展过程中，“数字化钻井”便孕育而生。那么何谓数字化钻井？中国石油钻井工程技术研究院规划所所长汪海阁解释说，数字化钻井就是钻井工程的信息基础设施和生产管理的基础信息平台。它以勘探开发中的钻井问题为研究对象，建立钻井、泥浆、固井、定向、完井等多专业的综合数据体系，并将物探、地质、测井、油藏等其他相关专业的数据和应用系统进行高度集成共享。在建立钻井生产和管理流程优化应用模型的基础上，利用可视化技术、模拟、仿真以及虚拟现实等技术对数据实现可视化和多维表达，并且通过建立智能化分析模型，为钻井施工和经营管理提供实时辅助决策信息，进一步优化设计与施工，提高钻井的生产时效，减少复杂与事故，降低钻井成本。

　　数字化钻井的核心就是一个综合的实时决策系统，在这个系统框架里可以分为三个层面。第一个层面是数据实时采集传输系统，把钻井过程中产生的工程数据、井眼轨迹数据，以及随钻测井、录井、

地震等地下数据通过泥浆脉冲或电磁波传输到地表，再经过卫星、互联网等通信手段传送到总部的数据库；第二个层面是数据分析系统，采集得到的大量数据需要在数据库下通过各种软件进行分析、处理、对比；分析得到的结果供第三层面的决策中心的专家参考，不同领域的专家结合各自的经验，以实时分析得到的结果为基础，提出最终的决策意见，并下达指令，通过远程在线诊断系统解决现场发生的问题。

　　汪海阁指出，一旦“数字化钻井”在油田建成后，可以使钻井和油藏地质人员通过可视化三维模拟图像“透视”到我们无法看到的地下，以便实时监督正钻和待钻的井身轨迹；通过综合运用网络技术、信息技术、数据库技术、综合性软件集成等技术，使钻井过程控制和优化钻井达到新水平，使石油钻井的信息共享和技术应用突破地域的界限，地质、工程、钻井等各学科专家组成的项目工作组远程协同工作能够真正成为现实；通过远程专家实时诊断，与指挥系统平台和现场的工程技术人员进行实时的交流与讨论，达到快速、高效、优质钻井的目的，真正实现综合成本的降低。

　　质的飞跃

　　有关钻井专家指出，如果国内“数字化钻井”形成规模，将极大地促进钻井生产管理方式的革命性转变，促使各油田和钻井公司加快建立钻井专家咨询中心和生产组织运营中心的步伐，改变目前生产指挥和技术咨询、决策的落后局面，使钻井生产管理产生质的飞跃。

　　据了解，国外钻井服务商早在20世纪80年代开始就将信息技术应用到生产指挥中，并取得了巨大的经济效益。到90年代，开始研究建立集钻井数据采集、数据信息传输、钻井数据库、钻井工程设计、钻井施工监测和钻井生产指挥为一体的钻井信息系统。钻井参数自动采集，生产信息及时进入施工现场的计算机，通过通讯网络实时传送到总部信息中心，经过专家会诊做出决策，反馈到钻井现场进行实时监督，指挥钻井生产。可以不夸张地说，国外一些先进的钻井队已到了离开计算机就无法打井的程度。

　　汪海阁告诉记者，在几年前参观道达尔法国总部的时候，他就新奇地看到，无论是远在非洲的沙漠腹地还是万波碧顷的海上钻井平台，道达尔在全球任何一个地方打钻的井都可以通过总部的远程网络系统随时看到。每时每刻无论钻井现场发生了什么事或施工参数有何变化，每米是如何钻进的，钻头到达什么位置了，甚至每元钱花到什么地方了，这些信息都能随时掌握。这种一体化的数据信息和管理系统，实现了现场钻井人员与总部地质专家、钻井专家异地远程协同工作，大大缩短了钻井时间，提高了生产效率，有效地降低了生产成本。

　　据悉，加拿大在2005年开始着手建立全国钻井基础数据系统，通过共享资料来提高钻井效率。参与合作的各公司既要为数据库提供关键的钻完井资料，同时也能访问数据库，了解行业中其他公司的基础数据，并使用数据来进行设计、计算成本、确定最佳钻井方案和评估效率。

　　不仅如此，BP、道达尔、斯伦贝谢、哈里伯顿等大的油公司和服务公司还创建了世界上最快、最大、最先进的钻井三维可视化计算系统。他们把这称其为虚拟现实，在打井之前或在打井的过程中，应用三维可视化仿真技术可以看到井下发生的真实情况：钻头到达什么位置了，是否在储层，离气、水界面的距离等。这样，现场工作人员就能同中心的专家及时沟通，快速做出决策，使钻头自如地追踪并钻达有效的油藏目标，以提高油田开发效率，降低勘探和开发成本。

　　稳步推进

　　现代化的计算机科学、信息科学和网络通信技术的飞速发展，让数字化钻井内涵日益丰富。近几年来，数字化钻井理念已经被我国石油钻井界普遍关注并不断重视，他们紧密跟踪国际最新技术进展，充分利用信息技术平台，努力实现钻井专业的整体提升，增强在国际市场中的竞争力。

　　中国石化提出了数字化钻井队和数字化钻井公司的概念。据胜利油田钻井工艺研究院钻井信息中心工程师杨传书介绍，胜利油田作为中国石化的主力油田，正在建立以钻井数据中心、生产运营组织中心和技术专家咨询决策中心三位一体的数字化钻井平台。这一整套系统可以把胜利油田分布在全球各地的施工现场，与大后方的生产指挥、专家咨询、后勤服务等放在同一间虚拟的办公室内，甚至实现与物探、固井、测井、录井、试油等相关专业的现场联动作业，一名专家可以同时跟踪多口井的施工，保证生产组织紧密协调和钻井参数最优配置。目前，胜利油田4万多口井的井史数据已经实现了网上在线传输和查询，完全告别了手写井史的历史，大大提高了井史资料的准确性、可用性和共享性，效果显著。

　　中国石化成功研发了一套完整的基于网路的钻井工程设计一体化系统(IDDS)，解决目前制约钻井工程设计中的难题。除中国石化自己推广使用外，还在中国海油以及中国石油的部分企业得到应用，累计完成了6000余口井的钻井设计。根据胜利油田应用情况统计，该系统与传统设计模式相比，平均单井设计周期缩短了58.3%，设计的准确率更高。中国石化表示，已把数字化钻井作为一个重大项目进行攻关研究，计划于2009年全面推广。

　　中国石油也在向数字化钻井迈进。其所属的辽河油田、大庆油田、冀东油田、长庆油田等都在着手建立自己的数字化钻井系统，各个油田发展程度不同，但都处于起步阶段。包括海外施工现场，中国石油每年要打1万多口新井，数量庞大，异地管理起来难度也很大。因此，除了在钻井工程研究院建立钻井实时数据监控分析中心外，中国石油正计划在总部再设立一个监控中心，建设一套适用于各个油田的大型数据库，以及数据处理分析软件，可以像道达尔那样重点监视每年在全球各地新打的特殊井和疑难井，以加快现场技术人员与后方专家和决策者的信息沟通，提高生产现场监控的及时性、全面性和准确性。

　　有专家指出，在打造数字化钻井方面，尽管大部分油田企业实现了钻井数据的实时采集，建立了钻井数据库，研发或配套了部分应用软件，但仍属于初始阶段，目前国内还没有形成全国联网的钻井技术数据库，各企业的钻井数据库建设良莠不齐，缺乏对数据的更深层次分析处理、综合利用以及对钻井全过程的协同管理与指挥功能，钻井数据的自动采集率低、实时性差，钻井的智能化程度还很低。此外，在设计方面，国内钻井设计软件主要从欧美各大公司进口，几乎没有自己的三维可视化软件。因此，与国外钻井信息系统相比还存在很大差距，与国内钻井行业的自身要求仍然不相适应。

　　汪海阁向记者透露，为了改变数字化程度还不高的现状，三大石油公司正在积极推进国家提出的“利用信息技术改造和提升传统产业”计划，在信息技术的推动下，全国钻井技术和管理水平在未来几年可望有一个质的飞跃。同时，随着数字化钻井的核心技术—随钻技术(随钻测量、随钻测井、随钻压力和温度预测、随钻地震等)在我国的突破，尤其是近钻头地质导向系统的研制成功和推广应用，数字化钻井已经为期不远，必将使我国的钻井行业再次发生翻天覆地的变化，迎来又一个春天。