钻井自动化、智能化（教学课件）

发布时间：2024-12-20 09:47

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1、钻井自动化、智能化钻井大趋势,前言,汽车制造业先进的生产线早已实现了自动化、无人化。,汽车驾驶在澳大利亚一些大型矿山，自动装卸重卡早就实现了无人驾驶。国内外公路小骄车无人驾驶已经试验成功。,前言,航空业大型民航客机可以全程自动飞行，只是出于安全考虑，起飞和降落仍由飞行员操作。,前言,航天业飞船（神舟）与空间站（天宫飞行器）能够自动交汇对接。,前言,航天业,前言,美国国家航空航天局（NASA）“好奇”号火星漫步者2012年在火星着陆。,最近距离约为5500万公里最远距离超过4亿公里 2013年距火星6000万公里左右平均气温-60,军事领域美国军方的“爱国者”导弹和无

2、人机已投入实战。无人机在航母上的起飞、降落试验成功。,前言,前言,日常生活自动化、智能化可以说无处不在。,全自动洗衣机,扫地机器人,智能手机,智能电视,在众多行业的自动化、智能化和无人化大潮的推动下，石油钻井也在朝着自动化、智能化方向迈进，只是要滞后很多，主要原因是石油钻井过程太过复杂，井下情况复杂多变、不确定因素太多，作业风险较大。,前言,石油钻井已经从早期的机械化阶段进入了自动化阶段。钻井自动化同样经历初级、中级、高级三个发展阶段。钻井自动化的高级阶段也就是智能化钻井阶段。,机械化,自动化,智能化,无人化,高级全自动有很强大的自主功能,中级自动化水平越来越高有一定的自主功

3、能,初级有一定的自动化没有自主功能,前言,汇报内容,一、钻井自动化现状二、钻井智能化趋势三、无人化钻井前景四、认识与建议,一、钻井自动化现状,钻井自动化主要由地面自动化、井下自动化、钻井信息化构成。,钻井信息化,地面自动化,井下自动化,钻机自动化设备,自动化钻机,井口自动化设备，比如铁钻工,配备自动送钻设备的一体化司钻控制室,顶部驱动装置,自动排管设备,自动猫道或管具自动传送装置等,海洋自动化钻机（双作业钻机）,陆地自动化钻机,多参数测量仪及综合录井仪,地面自动化,1、地面自动化,自动控压钻井系统,1、地面自动化,陆地自动化钻机的数量和应用不断增加,NOV的RAPID钻机,

4、为提高钻井效率和安全性，国外设备制造商推出了一些陆地自动化钻机。,中深井钻机钻深能力3657米（12000ft）井架高度24米，可以处理单根钻杆（二类钻杆8.29.1米或三类钻杆11.613.7米）交流变频电驱动钻机顶驱铁钻工全自动井口设备全自动钻杆处理装置一体化司钻控制室,1、地面自动化,陆地自动化钻机,1、地面自动化,适合工厂化钻井的液压自动化钻机,美国Schramm公司 T500XD钻机钻深能力4500米伸缩式井架,陆地自动化钻机,1、地面自动化,适合工厂化钻井的液压自动化钻机, 液压顶驱最大扭矩47454N.m 最大转速140转/分钟大钩额定载荷50万磅(22.

5、68吨) 顶驱可提供80000磅（356 kN)）的向下推力，有利于准确控制钻压。控制钻压不单单依靠钻铤和钻柱的重量。,动力上卸扣设备动力卡瓦动力转盘,陆地自动化钻机,1、地面自动化,适合工厂化钻井的液压自动化钻机,自动化程度很高一体化司钻控制室（3米4.6米）没有钻台工和井架工每个班通常只需三个操作人员：一个司钻、一个副司钻、一个助手实时数据可通过卫星或互联网传输到多个地方。,陆地自动化钻机,1、地面自动化,适合工厂化钻井的液压自动化钻机,管具自动化处理设备可操作24英寸三类管材钻杆不是直立在钻台上，而是水平放置在管架上。,陆地自动化钻机,1、地面自动化,适合工厂化钻井的液

6、压自动化钻机,液压步进系统井间快速移动可朝任意方向移动最大移动速度9.1米/小时,陆地自动化钻机,1、地面自动化,适合工厂化钻井的液压自动化钻机,动力机组一个拖车两台760马力的柴油发动机可选双燃料发动机（燃油、燃气）,陆地自动化钻机,1、地面自动化,适合工厂化钻井的液压自动化钻机,运输、安装方便井架一个拖车总共8个拖车,自升式底座安装井架不需要吊车,国外一些大的陆地钻井承包商根据自身需要定制陆地自动化钻机。,陆地自动化钻机,H&P公司是美国数一数二的陆地钻井承包商，其FlexRig钻机已经发展到第五代，第一代和第二代为电驱动，第三代到第五代为交流变频电驱动。第五代钻机更适合

7、丛式水平井批量钻井（工厂化钻井），额定钻深能力6705米。,1、地面自动化,陆地自动化钻机,美国Patterson-UTI钻井公司APEX钻机,APEX钻机113台，占36%，全部是交流变频电驱动，全部用于开发美国非常规油气。 APEX步进式钻机是最新一代APEX钻机，是为工厂化钻井定制的自动化钻机。,1、地面自动化,陆地自动化钻机,1、地面自动化,工厂化钻井要求钻机能够在井间实现快速移动，而且是满立根移动。实现井间快速移动的方式主要有两种：滑轨式和步进式。,滑轨式,双向移动,陆地自动化钻机,1、地面自动化,步进式,步进式钻机靠安装在钻机底座上的4个液压举升装置（步进系统）实现一步一步的移位

8、：模仿四个大力士移动巨型重物的过程：迈一步，抬起来移位，放下来；再迈一步，再抬起来移位，再放下，如此反复。可以前进，左右移动，还可以原地转圈。一般完成一次钻机移位的全部工作大约需花两三个小时。,陆地自动化钻机,1、地面自动化,Nabors公司的B系列钻机(可编程交流变频电驱动钻机),海洋自动化钻机,1、地面自动化,海洋钻井尤其是深水和超深水钻井的日费很高，最高的已超过70万美元/日。因此，对海洋钻井来说，提高钻井效率和缩短钻井周期对降低钻井成本尤为重要。而传统的海洋钻机在同一时间只能完成一项作业。如果一台钻机能同时完成两项或多项作业，则可显著提高作业效率。为此，国外发展了双作业海洋钻机。,双作

9、业钻机的主要特点是正常钻进、起下钻、下套管、固井等常规作业由主钻机完成，组装拆卸钻柱、下放隔水管柱、下放与回收水下器具等辅助作业由辅钻机完成，主辅作业可以同步进行。比如主钻机钻表层期间，辅钻机组装隔水管柱。表层固井后可将已组装好的隔水管柱移到井口，从而显著提高钻井效率，缩短钻井周期。双作业钻机市场几乎被NOV和挪威Aker Solutions公司所垄断。按驱动方式，双井架双作业钻机分为液压驱动和电驱动两种。,海洋自动化钻机,1、地面自动化,荷兰Huisman设备公司设计了一种结构独特的双作业钻机多功能箱式钻塔。钻塔内装有两台升沉补偿式绞车，钻塔两侧各有一个旋转式钻杆排放架。,海洋自动化钻机

10、,1、地面自动化,海洋自动化钻机,HuisDrill 12000型钻井船 Noble钻井公司已建造了4艘配备多功能箱式钻塔的深水钻井船，其中2艘的额定作业水深高达3657米，另2艘的额定作业水深为3048米。,1、地面自动化,海洋自动化钻机,JBF14000型半潜式钻井平台（额定作业水深14000英尺，合4267.2米）,1、地面自动化,应用现状双作业钻机已在深水浮式钻井装置（深水半潜式钻井平台和深水钻井船）上得到广泛应用。据统计，近几年新建成的深水浮式钻井装置配备的钻机几乎都是双作业钻机；当前在建的深水浮式钻井装置（钻井船73艘，半潜式钻井平台24座）将全部采用双作业钻机。双作业钻机已经

11、成为深水钻井利器。,海洋自动化钻机,1、地面自动化,建造数量变化图,未来展望展望未来，双作业钻机将成为深水钻井船和半潜式钻井平台的标配钻机。在技术上，双作业钻机将得到进一步发展，结构将更加多样化，钻深能力、自动化水平、作业效率和安全性将进一步提升，有力地推动未来深水油气勘探开发。,海洋自动化钻机,1、地面自动化,钻机自动化设备日臻配套完善,钻机自动化设备,井口自动化设备，比如铁钻工,配备自动送钻设备的一体化司钻控制室,顶部驱动装置,自动排管设备,自动猫道或管具自动传送装置等,多参数测量仪及综合录井仪,1、地面自动化,钻机自动化设备,1、地面自动化,钻机自动化设备,1、地面自动化,钻机自动化

12、设备,1、地面自动化,钻机自动化设备,1、地面自动化,Maersk公司MAERSK DEVELOPER号半潜式钻井平台建成于2009年，属第六代半潜式钻井平台，额定作业水深3048米，钻深能力9144米，是该公司最先进的浮式钻井装置之一，配备的是NOV公司的双作业钻机及自动化设备，自动化程度很高，无需钻台工和井架工，操作人员只需在一体化司钻控制室即可完成相关作业。,自动控压钻井系统自动控压钻井系统是控压钻井技术的重大突破，也是钻井技术一次新的革命，应用不断增加，应用效果日益显著，已成为窄密度窗口问题的杀手锏，可减少井下复杂情况及由此引起的非生产时间，缩短钻井周期，提高钻井安全性。未来有望成为

13、大中型自动化钻机的标配设备。,1、地面自动化,威德福：微流量控制系统斯伦贝谢：动态环空压力控制系统哈里伯顿：自动节流控压钻井系统,威德福的微流量控制系统,1、地面自动化,威德福公司的微流量控制系统在Haynesville页岩气产区的应用效果,案例1 提高钻井效率，缩短钻井周期，降低钻井成本 Forest石油公司从2010年4年月开始在Haynesville页岩气产区的4口水平井中应用威德福公司的微流量控制系统。产层属高温高压地层，温度达176.7C。4口水平井的造斜点深约3680米，总井深约5200米，水平段长度1190米。在完成7英寸技术套管的固井之后，开始用油基泥浆钻下部井段（造斜井段

14、+水平井段），同时启用威德福公司的微流量控制系统，取得了很好的应用效果。,1、地面自动化,案例2 斯伦贝谢公司用控压注水泥技术成功完成深水深井固井作业斯伦贝谢公司用控压注水泥技术控制注水泥和候凝期间的井筒压力，在水深超过1000米的深水区，成功地完成了多次固井作业，套管下深从2000米至6500米不等，减少泥浆和水泥浆的漏失，降低储层受伤害的可能性，防止地层流体流入环空，降低钻完井成本，提高固井作业安全性。,井下自动化水平提升很快。,井下自动化,MWD、LWD、近钻头地质导向仪、WPD,自动垂直钻井系统,旋转导向钻井系统,随钻地震,（井下“眼睛”）,（井下“望远镜”，有助于实现随钻前探）,（

15、井下“方向盘”）,2、井下自动化,泥浆脉冲、电磁波随钻测量/测井已得到广泛应用,2、井下自动化,最小外径外径1-3/4英寸传感器离钻头的最短距离0.91米最大耐温能力230 泥浆脉冲的数据传输速率最快的达到36位/秒,2、井下自动化,除了泥浆脉冲和电磁波两种应用最广泛的井下信道之外，国外还发展了井下声波传输技术。,加拿大XACT井下遥测公司在壳牌和BP两大国际石油公司的支持下，开发成功了井下声波传输技术。, 声波沿钻柱传输。在传输过程中，信号强度有衰减，需要每隔一段距离设一个信号放大器（水平段每隔大约600米，直井段每隔大约1800米），它相当于中继站，将信号增强后传向下一个信号放大器

16、，直至传输到地面。每个信号放大器的长度及操作与钻杆大致相同。,声波传输方法已投入商业应用,2、井下自动化,声波传输方法已投入商业应用,每个信号放大器还装多个传感器，用于实时测量钻本柱内及环空压力和温度，以及钻柱的振动及冲击、拉伸、压缩、扭矩、弯曲等情况。所有这些信号放大器构成一个全井筒测量网络，不仅随钻测量井底情况，还能实时测量全井筒的情况。,2、井下自动化,声波传输方法已投入商业应用,在顶驱装有声波信号接收器，它通过无线的方式将所接收到的声波信号发送到地面计算机系统，再传输到解码中心进行解码，然后发往包括井场、远程实时作业中心在内的多个地方。,2、井下自动化,声波传输方法已投入商业应用,优

17、点数据传输速率较快：最大可达33位/秒；数据传输不受钻井液类型、井深的限制，同样适用于气体钻井和欠平衡钻井；可对全井筒进行实时监测。,缺点中继站需要用高能锂电池供电，而电池的寿命是有限的；任何一个中继站出了故障，都可能影响声波信号的传输。,应用现状已投入商业应用。,自动垂直钻井系统成为钻高陡构造的杀手锏,自动垂直钻井系统能够自动钻成垂直井眼，已成为钻高陡构造的杀手锏，钻高难度直井的重大利器。,2、井下自动化,PowerV系统 VertiTrak系统 V-Pilot系统 ZBE系统自动垂直钻井系统,旋转导向钻井系统成为复杂工艺井的钻井利器,国际定向钻井市场构成,在自动垂直钻井系统基

18、础上发展起来的旋转导向钻井系统，是定向钻井技术的一次革命，也是当今石油钻井行业一项最尖端的井下技术装备，已成为水平井和大位移井等复杂工艺井钻井的重要利器。经过近20年的发展，其应用规模不断扩大，越来越多地取代常规定向钻井，国际市场份额已占国际定向钻井市场的1/3。,2、井下自动化,旋转导向钻井系统发展很快，已实现了系列化。为适应高效开发页岩气等非常规油气的需要，斯伦贝谢和贝克休斯公司相继推出了高造斜率旋转导向钻井系统（简称高旋导），其最大造斜能力范围1518/30米，可缩短造斜井段的长度，从而缩短靶前距，增加水平段长度，有利于提高油气产量。,斯伦贝谢的 PowerDrive Archer系统,

19、贝克休斯的 AutoTrak Curve系统,高造斜率旋转导向钻井系统,2、井下自动化,造斜段+水平段钻井进尺,造斜段+水平段钻井用时对比,案例1 16口页岩气水平井造斜段+水平段一趟钻完钻，平均钻井周期锐减40%以上,2012年 Marcellus页岩气产区贝克休斯公司的AutoTrak Curve系统造斜段+水平段的平均钻井进尺从1813.8米增加到了2508.5米。平均钻井用时从15.8天减至7.6天，锐减51.9%，均实现了“造斜段+水平段”一趟钻。平均日进尺从114.5米/日增至328.7米/日，提高178%。加上直井段钻井用时，平均钻井周期锐减40%以上。,2、井下自动化

20、,案例2 一口大约4019米深的页岩气水平井，二开“直井段+造斜段+水平段”一趟钻完钻,2012年初 Eagle Ford页岩气水平井中（一口三维水平井，造斜井段的设计造斜率为8/30米）贝克休斯公司6-3/4英寸AutoTrak Curve系统，长度11.58米，最大造斜率15/30米 8-3/4英寸PDC钻头一次下井钻开表层套管的套管鞋，从801.9米钻至总井深4019.7米，共钻进3217.8米，实现了二开“直井段+造斜段+水平段”一趟钻，减少了两次起下钻。共用时5.95天，平均机械钻速27.43米/小时，比邻井缩短2.5天。,2、井下自动化,2013年初 Eagle Ford 页岩

21、气水平井斯伦贝谢公司6-3/4英寸PowerDrive Archer，长度5.06米，最大造斜率15/30米为页岩层定制的8英寸 Spear SDi513 钢体PDC钻头一趟钻完成进尺3277.8米，实现了二开“直井段+造斜段+水平段” 一趟钻平均机械钻速16.76米/小时钻井用时8天，比邻井节省4天时间,案例3 一口大约4527米深的页岩气水平井，二开“直井段+造斜段+水平段” 一趟钻完钻,大约1250米,2、井下自动化,2、井下自动化,未来展望迄今为止，在美国页岩气、致密油水平井钻井中，旋转导向钻井系统的应用，使造斜段或水平段“一趟钻”渐成为常态。利用旋转导向钻井系统，特别是高

22、造斜率旋转导向钻井系统，越来越多的水平井实现了造斜段+水平段“一趟钻”，少部分水平井甚至成功地实现了二开直井段+造斜段+水平段“一趟钻”，从而大大简化井身结构、缩短钻井周期和降低钻井成本。因此，我们认为，随着钻头、钻井液、旋转导向钻井等技术的不断发展，水平井两个井段或三个井段“一趟钻”成为水平井钻井的一个重要的新趋势。,钻井信息化,钻井工程软件包,远程实时作业中心,井下实时信息,地面实时信息,多学科专家团队, 钻前方案设计钻中决策支持通过远程实时分析，实时优化调整作业方案，比如实时优化地质导向；预判即将发生的井下复杂情况或钻井事故，及时采取措施防患于未然，降低作业风险，减少非生产时间，缩

23、短钻井周期；对已发生的井下复杂情况或钻井事故进行及时、正确的处理；减少专家长途奔波，提高决策效率和质量，减少现场作业人员，提高作业安全性。钻后评估降低综合成本,钻井自动化离不开钻井信息化。远程实时作业中心是钻井信息化的重要组成部分。,3、钻井信息化,贝克休斯,壳牌在全球有6个远程实时作业中心,斯伦贝谢在全球共建了10多个远程实时作业中心。这是一个工厂化钻井专家团队,哈里伯顿,国际油公司和技术服务公司在全球建立了多个远程实时作业中心。,3、钻井信息化,贝克休斯公司在其远程作业中心开展实时数据分析，指导地质导向，不但可以提高决策效率和质量，还可减少现场人员，提高作业安全性。,案例1,3、钻

24、井信息化,哈里伯顿公司在远程实时作业中心通过随钻实时地质建模技术优化地质导向，引导钻头在薄储层中精确钻进。,储层厚度1.522.44米,案例2,3、钻井信息化,斯伦贝谢公司在远程实时作业中心开展地震导向钻井（Seismic Guided Drilling）。将地震资料同随钻测井资料相结合，及时修正三维地质模型，预判钻头前方的地质不确定性和钻井风险，从而及时调整井身结构、钻井参数和钻井液密度、钻井目标和井眼轨迹，引导钻头准确地钻达目标。,案例3,3、钻井信息化,远程实时作业中心是钻井信息化的一个重要组成部分，正发挥越来越重要的作用。壳牌、斯伦贝谢、威德福、NOV等公司正在开发更加智能的下一代自

25、动化钻井软件包，将更好地支持自动化钻井，进一步推动钻井智能化。,3、钻井信息化,汇报内容,一、钻井自动化现状二、钻井智能化趋势三、无人化钻井前景四、认识与建议,智能化钻井是自动化钻井的高级阶段，拥有强大的自主判断、自主决策、自主操作和自主学习等自主功能。主要由地面智能化、井下智能化和智能钻井专家系统构成。,智能钻井专家系统,地面智能化,井下智能化,二、钻井智能化趋势,管柱连续运动钻机当井深超过4500米时，平均每次起下钻前前后后要花一两天时间。如能提高起下钻速度，则可缩短钻井周期。为此，挪威WeST钻井产品公司设计了一种管柱连续运动钻机（Continuous Motion Rig，

26、简称CMR钻机）。,1、地面智能化,三单根立柱额定起下钻速度3600米/小时,双单根立柱额定起下钻速度2700米/小时,单根定额起下钻速度1800米/小时,1、地面智能化,最大提升能力2 x 750吨最大钻深能力12000米井架高度55米,最大提升能力2 x 125吨井架高度33米,最大提升能力2 x 200吨井架高度40米,主要特点（1）提高作业效率连续起下钻在起下钻过程中钻杆做连续、快速和匀速的轴向运动，在运动中完成上卸扣，而不像常规钻机那样需要停下来进行上卸扣。额定起下钻速度3600、 2700、1800米/小时，而常规钻机的起下钻速度只有600900米/小时；连续

27、下套管套管在连续下入过程中完成连接。额定下套管速度900米/小时。,1、地面智能化,主要特点连续循环在起下钻和钻进过程中，钻井液的循环不间断，有利于实施控压钻井，提高作业安全性。连续钻进在钻进过程中，不用为接单根而停钻和停泵，可以边钻进边接单根，从而提高作业效率。,1、地面智能化,连续循环与连续钻进过程示意图,1、地面智能化,主要特点（2）提高作业安全性实现钻井作业过程的全自动，无需钻台工和井架工，避免人员受伤；连续起下钻可减少或避免压差卡钻，以及激动和抽吸作用引起的井筒压力波动，有利于维持井壁稳定；连续循环有利于降低起下钻、接单根和下套管期间可能发生的井下复杂情况。连续钻

28、进同样可避免接单根期间可能发生的井下复杂情况（3）降低钻井成本因作业效率的提高，钻井周期有望缩短15%以上。钻井周期的缩短和作业安全性的提高所带来的效益，完全可以抵消钻机日费的增加，并有望降低钻井成本。,1、地面智能化,主要缺点井架的高度和重量有所增加；钻机相对复杂，预期成本高，钻机日费高，维修保养费用高。,1、地面智能化,研发现状及前景展望现已完成了四款钻机设计，未来两三年将制造样机并进行现场验证。一旦验证成功并投入商业应用（公司计划2015年以后投入商业应用），CMR钻机无疑将成为新一代钻机，代表钻机技术的一次重大突破，将钻机自动化和智能化水平提升到一个新高度，有望大幅度缩短钻井

29、周期，并在陆上和海上钻井中得到推广应用。,1、地面智能化,智能井控制系统集成强大的井控系统和未来的智能控压钻井系统，具有智能井控和智能控压钻井能力，大幅度减少非生产时间，提高作业效率和安全性，将成为大中型钻机的标配设备。,强大的井控系统,智能控压钻井系统,智能井控制系统,+,超级钻头或智能钻头,井下实时、高速、大容量信道,井下智能导向钻井系统,智能钻井液,井下智能化,2、井下智能化,超级钻头或智能钻头,未来的超级钻头在高效辅助破岩方法的支持下，破岩效率更高。未来的智能钻头，不仅破岩效率高，还携带传感器，能够实时监测钻井工程参数、钻头工况，实时测量钻进中的地层。哈里伯顿正在开发一种带地质导向

30、仪的钻头，可以随时防止钻头在薄储层或特殊复杂地层里面通天或穿底。,智能钻井液,未来的智能钻井液将基于纳米添加剂，拥有更广的地层适应性，具备自主稳定井壁、自主堵漏等多种自主功能，更好地保护储层和维持井筒完整性。,2、井下智能化,井下实时、高速、大容量信道,目前应用最广的井下信息传输方式是泥浆脉冲和电磁波，音波传输方式已投入商业应用，但它们的数据传输速率还比较低，依然不能很好地满足随钻地层评价、随钻地质导向和井下自动化的需要，因此迫切需要发展井下实时、高速、大容量信道。,2、井下智能化,井下实时、高速、大容量信道,NOV“软连接”智能钻杆(商业化应用) 在钻杆中预埋电缆；钻杆紧扣以后，两感应环并

31、不直接接触，而是通过电磁感应实现电缆“软连接”；信号在传输过程中同样有衰减，需要每隔350450米安装一个信号放大器（中继站）；数据传输速率高达5.76万bps，而且不受流体类型的限制；地面、井下构成一个宽带网络，实现全井筒实时监测。,2、井下智能化,井下实时、高速、大容量信道,NOV“软连接”智能钻杆,2、井下智能化,不足与其他任何一项新技术一样，智能钻杆遥测系统也有其不足之处，主要是：（1）需要使用预装数据电缆的钻杆、加重钻杆、钻铤、随钻震击器等钻具，它们的成本很高；（2）每隔350450米要安装一个信号放大器，一旦其中任何一个信号放大器失灵，就可能影响信号的双向传输；,信号放

32、大器IntelliLink,井下实时、高速、大容量信道,NOV“软连接”智能钻杆,2、井下智能化,不足（3）完成上扣后，钻杆接头两端的感应环之间有一定间隙，因此不能通过这种有缆钻杆能钻杆为井下信号放大器、MWD、LWD、地质导向仪、旋转导向钻井系统等井下仪器、工具供电。,井下实时、高速、大容量信道,NOV“软连接”智能钻杆,2、井下智能化,前景展望 NOV公司的智能钻杆已得到了哈里伯顿、贝克休斯、斯伦贝谢和威德福等国际一流的油田技术服务公司的支持，他们都开发了与之相匹配的井下接口短节。这种智能钻杆已投入商业应用，提高了钻井效率，缩短了钻井周期，降低钻井成本。展望未来，随着复杂工艺井的不断增加

33、，智能钻杆的应用前景乐观。,井下实时、高速、大容量信道,美国Fiberspar公司有缆复合材料连续管（智能连续管）,内置电力线，向井下供电；内置信号线，数据高速、双向传输；耐腐蚀；重量轻，运输方便；成本低。,2、井下智能化,井下实时、高速、大容量信道,2、井下智能化,有缆复合材料连续管（智能连续管）,混合型连续管钻机,井下电动钻具及自动导向系统,通过内置电缆向井下供电数据高速、双向传输自动导向,电动连续管钻井,展望未来，全自动的混合型连续管钻机+智能连续管+井下电动钻具及自动导向系统将大大提升连续管钻井的自动化水平，有望实现智能连续管钻井，这是实现智能化钻井的另一个途径。,井下

34、实时、高速、大容量信道,Reelwell管中管（试验中）管中管充当同轴电缆，向井下供电，高速传输数据（6.4万bps）双向通讯,2、井下智能化,井下实时、高速、大容量信道,未来展望井下信道将向多样化、高速、大容量、高可靠方向发展，根本解决井下数据的传输问题，很好地满足随钻地层评价、随钻地质导向、随钻前探和井下自动化、智能化的需要。,2、井下智能化,井下智能导向钻井系统,未来的井下智能导向钻井系统是当今旋转导向钻井系统的升级换代产品，其主要特点包括：随钻测井功能更强，并有随钻前探能力；随钻取样及实时分析；通过智能钻杆实现数据的高速、双向传输；旋转闭环导向；智能三维导向：具备所有定

35、向钻进功能，自动引导钻头向“甜点”钻进。,2、井下智能化,未来的智能钻井专家系统将地面智能化和井下智能化组成一个有机整体，实现大闭环控制，统一指挥，协调行动。未来以智能钻井专家系统为核心的远程实时控制中心，将具有更强大的功能、更高的智能化水平、更强的自主学习和记忆、自主决策能力，并具有一定的远程控制能力，大幅度减少现场人员，显著提高钻井效率和安全性，降低综合成本，并成为未来数字油田实时三维可视化数据中心的一个重要组成部分。,云计算人工智能远程控制 ,智能钻井专家系统,远程实时控制中心,更强大的功能更高的智能化水平更强的自主学习和记忆、自主决策能力,3、智能钻井专家系统,汇报内容,一、

36、钻井自动化现状二、钻井智能化趋势三、钻井无人化前景四、认识与建议,在近海油气生产中，现已大量应用无人值守的生产平台。随着钻井自动化、智能化水平的不断提升，以及机器人技术、信息技术、远程控制等技术的发展，钻井无疑也将向无人化方向发展。目前国外在研或设想的无人化钻井系统主要包括：獾式钻探器；机器人钻井系统；海底钻机。,三、钻井无人化前景,1、獾式钻探器,常规勘探钻井,钻机泥浆套管、水泥大量燃料二三十人恶劣的地面条件,费用大风险大,不用钻机和钻杆主要靠自身重量施加钻压自带电缆，边钻进边施放电缆通过电缆向井下供电，并实现数据高速、双向传输井下电动钻具自埋式（不用泥浆

37、，也不用水泥套管固井）,1、獾式钻探器,獾式钻探器（挪威獾式钻探器公司）,1、獾式钻探器,操作獾式钻探器的操作非常简单。在海上，可通过一艘补给船将其吊在海里，借助水下机器人放到海底的开钻位置。接通电源后，靠其自身重量开始自动钻进。獾式钻探器是一次性的，一旦开钻，就不起钻，因为上方井筒被压实后的岩屑所充填。,1、獾式钻探器,獾式钻探器实质上是一种无钻机的井下自动钻探器，有望大幅度降低勘探成本。但其潜在的不足有：（1）不用钻井液也许是獾式钻探器的致命缺陷，导致钻屑难以及时清除，重复破碎在所难免，破岩效率低，钻速很慢，钻头和井下电动钻具得不到冷却，难以保证长寿命。（2）无法起钻更换钻头和电动钻

38、具，井下系统一旦中途失效，则无法钻达目标。当前在有泥浆冷却的情况下，钻头和井下电动钻具一次下井完成两三千米是小概率事件。在无泥浆冷却的情况下，概率更小。（3）岩石破碎后，体积增大，要将其全部压入上方井筒并确保不下坠，难度很大。在大力挤压岩屑的过程中如何确保电缆完好无损也是个难题。（4）由于所钻的井筒被岩屑充填，只能用于油气勘探或永久监测，不能转为开发井。,1、獾式钻探器,前景展望獾式钻探器的研发工作尚在进行中，且进展不大，目前尚处样机开发和试验阶段。样机的功率约10千瓦，长度约25米，设计钻深能力3000米。未来一旦研发成功，无疑将是勘探钻井的一次革命，但因存在诸多不足，研发成功的难度超

39、乎想象。,研发中的獾式钻探器,研发中的机器人钻井系统,挪威机器人钻井系统公司与美国国家航空航天局（NASA）合作人工智能机器人+远程控制无人化钻井,所配备的人工智能机器人具有自主学习、记忆和判断、自主决策、自主操作等功能，不仅能自主完成简单重复性操作，还能完成复杂操作。,研发中的人工智能机器人,2、机器人钻井系统,2、机器人钻井系统,优势全自动：地面操作实现全自动；智能化：整个系统具有很高的智能化水平，以及自主操作和自主决策等自主能力。无人化：现场无作业人员，多学科专家团队在远程实时控制中心进行远程控制。安全环保：现场无作业人员，显著提高了作业的安全性。整个钻井系统设计紧凑，占地面

40、积小。不足：机器人钻井系统非常复杂，可靠性是个潜在的问题；维护保养也是个问题；制造费用和使用费用一定很高。,2、机器人钻井系统,机器人钻井系统尚处实验室研究阶段。因研发难度很大，我们认为未来10年内研发成功的概率很小。未来一旦研发成功，将首先应用于深水超深水、北极、沙漠等恶劣环境，并给钻井带来一次深刻的革命。即使研发不成功，也将在一定程度上推动钻井向自动化和智能化方向的发展。,由于深水钻井环境十分恶劣（风、浪、流、冰等），深水钻井需要大型浮式钻井装置半潜式钻井平台和钻井船。它们的造价极高，目前平均造价在5亿美元以上，钻机日费最高的已超过70万美元。暴涨的钻机日费大幅度推高了深水钻井成本。倘若不用大型浮式钻井装置就能钻井，必将节省大量的钻井成本，还能避开恶劣的海洋环境对钻井作业的干扰。为此，国外有人提出了海底钻机的设想，并有多家公司参与研究，提出了多种方案。,3、海底钻机,3、海底钻机,研发中的机器人钻井系统,海底钻机示意图,3、海底钻机,主要特点这些海底钻机方案的共同特点主要是：无需钻工。压力补偿式密闭装置：零排放。全自动化：钻井、完井和修井。遥控：司钻只需在小型浮式辅助船上进行遥控。浮式辅助船还用于运送海底钻机模块、钻杆和套管等，提供电

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