石油钻井、完井和采油正在进入信息化、智能化、自动化阶段,并呈现快速发展的趋势。我国随着海上油气资源的扩大开发,随着陆上复杂油气田和难采难动用储量开发的需求日增,复杂结构井(水平井、大位移井、多分支井)欠平衡钻井、气体钻井等正在不断发展。国内外日益发展现代旋转导向钻井技术,以随钻测井和随钻地震技术为依据的先进地质导向钻井技术以及钻井动态参数的井下诊断和控制等,越来越使得泥浆脉冲等无线随钻测量技术不能满足上述钻井新技术的要求。
近60年来国内外一直研究既能由地面向井下输送电能,又能在井下使用电控钻井硬件(含井下工具、仪表和传感器等)并能建立有线随钻实时双向闭环钻井测控信息高速公路。近年,智能油井管的设计研制与生产应用已经和正在取得突破性进展。这项研究工作表明智能油井管(智能钻杆、智能油管、智能柔性连续管等)是实现智能钻井、完井、采油的必要条件和技术关键。
1、智能钻井的基本理论
通过建立井下与地面之间的井下有供电保证的宽带闭环高速信息公路以双向双工闭环系统来解决钻井工程的“黑箱”难题,随钻监控钻井对象(地层、储层)和井下实时工况,实现准确、透明、可视、可控作业。
2、智能钻井的原理
在地面用传统和现代方法建立模糊地质模型(或地质设计)和工程模型(或工程设计)的基础上,充分依据并科学利用随钻测量采集到的井下地质与工程众多实时参数(而且是有目的地设置的参数)与信息,几乎是零时差快速有效地传输到井下CPU 和地面信息处理中心的计算机进行处理,形成更符合井下实况的实时智能随钻模型与实时决策技术参数。
再随钻快速下达各种控制井底测控执行工具的实时指令,使井下测控执行工具准确动作,再反馈信息进行第二轮测量采集,这样连续实现“测量采集——处理决策——控制执行——再测量采集——再处理决策——再控制执行……”如此连续进行,最终达到智能钻井的目标。
3、智能钻井的基本技术
(1)电信传输
信号线是有供电保证的宽带闭环信息通道,信号传输速率高,损耗与干扰小信号稳定。
(2)传感测控单元
在智能钻柱下部组装的随钻测井工具和各类电控智能工具中安装有各种高端电传感器,(如地层电阻率ρ、岩性特征测量探头伽玛γ、中子-密度探头N-D,声波探头S、核磁共振探头NR、地层孔隙压力传感器P、井斜角θ、方位角α和导向工具的工具面角ω,钻头井底钻压Pb、井底转数n、井底扭矩Tb、钻柱不同截面处的测力传感器等等,视钻井需求可多达30-40个传感器。
作者:SuZ