作者 |  郭永峰

近三年來，國際油氣行業(yè)在“智能”地球物理勘探系列技術、“智能”油藏地質系列技術、“智能”石油鉆井測井系列技術、以及“智能”油氣開發(fā)系列技術這四大方面，不同程度上取得現場應用初步成果。

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

石油圈原創(chuàng)，石油圈公眾號：oilsns

2017年美國斯倫貝謝公司在美國Houston的陸地鉆機，實現了每班3名員工操作，即每臺鉆機當班為一名司鉆，一名泥漿工程師，以及一名負責全面巡視的鉆井工程師。而2018年，挪威國家石油公司完成“海底鉆機工廠（Sea Rigs Factory）”的工業(yè)試驗，即由6名員工負責3臺海上鉆機的常規(guī)鉆井作業(yè)，試驗達到預期目標。
  

不久的將來，石油鉆機市場主要是由智能鉆機、井下智能導向鉆井系統(tǒng)、現場智能控制平臺，以及遠程智能控制中心組成，由鉆機的智能化構成有機整體，實現鉆井過程的閉環(huán)控制。

屆時，具有機器學習能力的智能鉆臺機器人，以及智能排管機器人，將取代鉆臺工和井架工，實現鉆井作業(yè)的“少人化(Robotic Drilling Systems, RDS )”，甚至“無人化(Unmanned Drilling Rig)”。

現場智能鉆井控制平臺，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)條件下進行現場操作。地質導向、井下事故處理等關鍵作業(yè)，則可由遠程智能控制中心的智能控制平臺完成，從而實現操作的遠程化。

在未來超級鉆頭的配合下，未來的智能鉆井，將推行水平井“超級一趟鉆(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，國際上油服公司陸續(xù)推出鉆井相關智能產品。預計2025 年鉆井有望進入智能鉆井階段，開啟智能鉆井新時代。

而未來的智能鉆井不是現有技術的簡單升級，而是鉆井技術的一次全方位深刻革命。將對鉆井業(yè)和從業(yè)人員產生深刻影響，大幅度提升鉆井效率、質量和安全性。

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大幅度提高鉆井“命中率”的“隨鉆前探”與“隨鉆遠探”技術。隨鉆前探技術，主要包括隨鉆地震前探(Guiding drilling by Estimation Ahead Using Seismic)技術，以及隨鉆方位電磁波前探(Guiding drilling by Estimation Azimuth Using Electric Imagistic)技術兩類。

2015 年斯倫貝謝公司推出GeoSphere 服務，鉆井過程中的“前探”深度達30m。這套技術與包括SpectraSphere （井下流體分析服務）在內的整套隨鉆測井技術，以及地表測井技術結合使用，可繪制出真實反映油藏結構與流體形態(tài)的測繪圖。這套技術有利于優(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 樣機前探距離達到30m。隨鉆遠探技術可以探測井筒周圍數十米距離內的流體與油藏邊界，并且具有隨鉆油藏描繪與地質導向功能。

2018 年哈里伯頓公司推出的EarthStar 服務，將探測距離提高到61m。隨鉆前探與隨鉆遠探技術有利于隨鉆油藏描述和隨鉆地質導向，及時識別前方“甜點”及儲層邊界，及時調整井眼軌跡和鉆井工程參數。并且還能更好地引導鉆頭鉆達“甜點”，提高儲層鉆遇率和單井產量，降低噸油成本。

展望未來，開發(fā)隨鉆前探與隨鉆遠探技術，將會在隨鉆油藏描述和隨鉆地質導向方面發(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，為了減少占用鉆機時間，以及簡化鉆井作業(yè)流程，目前國際上測井作業(yè)已基本實現“一趟測（One-Trip Logging）”，但仍無法滿足現實需求。當前國際鉆井行業(yè)趨勢，是以隨鉆測井代替裸眼井測井。實現“隨鉆一趟測”的工藝研發(fā)，目前已取得一定進展，但是仍有很多瓶頸技術亟待解決。

從鉆井工藝理論上看，如要實現一次下井，即可測得所有測井數據，將要面臨很多困難，需要解決眾多問題。例如數據傳輸，數據存儲問題等。未來隨鉆測井技術將實現“一趟測”，并與“一趟鉆(One-Trip Drilling)”同步進行。作業(yè)中不占用額外的鉆機作業(yè)時間，極大簡化作業(yè)流程，有效降低測井與鉆井成本。

從工藝體系看，“一趟測”技術能夠在鉆井過程中，測量所需的所有測井信息，完成井下流體，巖心采樣，同時提供地質導向與隨鉆油藏描繪等功能，從而大幅降低作業(yè)風險，提高儲層鉆遇率和單井產量。

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為應對井下高溫高壓情況，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（隨鉆測量）、LWD（隨鉆測井）、近鉆頭地質導向儀、井下電池、鉆頭、鉆井液、導向工具、固井水泥、井下管材、完井工具等。隨著技術的進步，井下工具、儀器與材料的耐溫耐壓能力持續(xù)提升。

例如，國際大型石油公司采用的MWD 與LWD、旋轉導向鉆井系統(tǒng)、螺桿鉆具的最高耐溫能力已分別達到200℃，200℃，230℃，鉆井液的最高耐溫能力已達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℃，甚至有望達到300℃，這將有力地推動深層與超深層油氣田的勘探開發(fā)，以及高溫地熱資源的開發(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，以及自身安全性強等特點，廣泛應用于井下惡劣環(huán)境中的儲層參數測量。用于油氣井監(jiān)測的“光纖傳感（Optical Sensing）”技術，主要有分布式溫度傳感器，分布式應力傳感器，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，當前國際石油界已經有近20 年的井下應用歷史。除分布式溫度傳感器之外，單點光纖溫度和壓力測量業(yè)已經商業(yè)化應用。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，將會因“光纖傳感”技術進步，而發(fā)生重大改變。例如，在井的全生產周期內沿井筒進行連續(xù)測量，實現油氣井的永久性監(jiān)測。此外，即使在惡劣環(huán)境下，也可以向作業(yè)者提供詳細而全面的井下生產數據。

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

“光纖傳感”技術的應用，將會加快智能完井、數字油田的發(fā)展。國際上處于“光纖傳感”技術領先地位的公司，為位于澳大利亞Victoria（維多利亞洲）的FFT(Future Fiber Technologies, 未來光纖技術)公司。該公司不僅在“光纖傳感”技術方面擁有大量國際專利，而且開發(fā)石油行業(yè)專用的眾多“光纖傳感”技術產品，應用在世界各地油氣田。

中國國內也同樣進行了相關研究，成立于2005年的西安石油大學“光纖傳感實驗室”，主持國內石油行業(yè)“光纖傳感”技術研究與應用研究。

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