“上天不易,入地亦难”。对于油气勘探开发来说,深埋在地下的油气层,浅则数百米,深则超万米,地层情况复杂多变,但是,长期以来都是由技术人员靠地表地质考察以及地震、测井、录井、测试等技术手段来综合判断地下地质情况,不但费时费力,而且经常会出现误判的情况。随着信息化时代的到来,现代信息技术与软件在钻井的应用让钻井更智慧。
钻井信息技术的实现,首先需要建立一套钻井数据采集、传输、分析、处理、控制、智能化决策系统。要配有先进的数据库、知识库、模型库,并配有可实时监测和采集地面、井下各种技术参数的先进方法和仪器仪表。其次,完善的网络系统为建立钻井信息管理系统提供条件,后方基地部门和专家可以实时地通过远程技术支持中心,了解、指导、指挥钻井队的作业,钻井队可以随时得到后方基地的支持,得到经验丰富的专家施工建议与指导。
钻井现代信息技术主要包括网络技术、信息传导技术、信息管理技术、卫星通信技术、可视化技术、信息分析和优化技术以及专家系统等。油气钻井为什么需要钻井现代信息技术?一是因为石油钻井作业复杂,环境隐蔽,大都是在数千米深的地下进行有关信息的采集,应用钻井现代信息技术才能更好地对井下环境进行判断,给钻井提供信息数据上的决策支持。二是在钻井过程中,因为井下环境变化速度较快,加上信息较多,所以为了确保信息的正确性和及时地传递,就必须加强信息技术的应用,才能确保井下变化的有关信息及时地传递,从而更好地、及时地利用信息来判断和识别。三是在钻井过程中形成的地层信息数据量巨大,借助钻井现代信息技术,加强对其的分析和处理,能更好地获取真实的信息,给钻井施工效率的提升提供信息支持。实际上,从20世纪50—60年代开始就利用计算机研究钻井优化问题,20世纪70—80年代发展了钻井数据库、钻井专家系统、自动控制技术等,20世纪90年代发展了随钻测量技术、智能化钻井技术等,21世纪进入了钻井信息化时代。
国际上比较先进的钻井工程领域数字化监控、诊断与决策系统,实现了井筒环境及地面装备的广域监测,并将井筒动态建模、诊断技术及虚拟现实可视化相结合,基本实现了从钻井规划和设计、实时监测优化、自动决策与控制到完钻分析的钻井全生命周期的优化管理。这个系统引入了工程地质一体化云平台、大数据分析平台,构建数字孪生井筒,同时引入了设备信息采集、智能传感,增强了数据采集处理能力,通过电脑、远程支持和移动设备,将用户和基于物联网的应用紧密结合在一起,实现了建井作业实时采集、实时传输、实时处理、实时决策。
中国研发的钻井工程设计和工艺软件具有钻井数据管理、钻井工程设计、钻井专用分析及工程计算、钻井风险实时监控和预测等特色功能,可以进行全面的钻井方案设计、工程计算和工艺分析。主要包括:(1)钻井工程数据库。创新设计组合插件式平台架构体系,将钻井工程设计和钻井作业施工数据集成到统一平台,解决了钻井工程数据表征不统一、已有数据库相互独立不兼容和数据重复录入等难题。(2)超深井钻井设计和工艺软件系统。建立高温高压深井摩阻压降计算等模型,研发了超深井钻井设计和工艺软件系统,满足复杂地质与工况下深井钻井设计与分析需求,实现设计、施工一体化,钻井风险预警与决策实时化,提升了超深井钻井设计与施工科学性,降低了超深井钻井作业风险。(3)钻井工程一体化软件平台。突破了自动化持续集成、多数据库支持等技术难题,开发了地质工程一体化三维可视化模块,研发AnydrillTMV3.0钻井工程设计集成软件,在统一的数据库平台下运行,能够完成直井、定向井、水平井等井型钻井工程设计。钻井工程设计集成系统能进行井眼轨道设计、井身结构设计、水力参数计算等常规钻井设计。研发了井下复杂工况早期识别预警、钻井远程实时监测与技术决策系统,包括重点井钻井作业风险远程实时预警、水平井地质导向作业监测、钻井参数监控与动态优化等模块。形成了钻井工程一体化软件,实现了钻井工程设计与分析、“溢流、井漏、卡钻”等钻井风险早期预警等功能。