井下人工智能實時導(dǎo)向安全鉆進系統(tǒng)的功能能夠?qū)崟r隨鉆隨測隨控井下鉆頭，既要對鉆頭導(dǎo)向，又要以獲得最大產(chǎn)能為目標函數(shù)進行優(yōu)化，使鉆頭采用最佳工藝參數(shù)鉆進，自動尋找最佳軌跡，精準鉆穿油氣層。與此同時，還要在鉆進過程中，能夠進行實時狀態(tài)監(jiān)控與事故診斷，及時穩(wěn)妥地自動處理事故排除故降，保障安全鉆進。為了實現(xiàn)上述功能，該部分由以下兩個專家系統(tǒng)組成。
人工智能鉆井實時控制鉆進專家系統(tǒng)
這個專家系統(tǒng)的任務(wù)是實現(xiàn)鉆頭的自動導(dǎo)向及自動選擇最佳工藝參數(shù)和自動尋找最佳井眼軌跡。因此，這個系統(tǒng)的核心組成是新型智能化鉆頭。該鉆頭由 四部分組成，即；傳感器測量部分 、計算機數(shù)據(jù)處理和存儲部分 、電源供給部分、通訊控制部分。傳感器測量部分負責(zé)采集鉆進過程中實時監(jiān)測取得的隨鉆隨測鉆井?dāng)?shù)據(jù), 如方向、鉆壓、轉(zhuǎn)速等參數(shù)。計算機數(shù)據(jù)處理和存儲部分，它存儲有地質(zhì)和物探部門提供的地質(zhì)條件和油藏特征信息；能夠應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法建立以獲得最大油氣產(chǎn)能為目標函數(shù)的鉆井工藝參數(shù)(如鉆壓、轉(zhuǎn)速等)優(yōu)化模型，并將計算取得的最佳工藝參數(shù)與隨鉆隨測實時獲取的數(shù)據(jù)比較，實時發(fā)出調(diào)整工藝參數(shù)的指令，實現(xiàn)自動優(yōu)化鉆進。電源供給部分通過新式智能鉆桿(如上述雙壁鉆柱)內(nèi)裝的高速傳輸纜供電，傳輸纜也可使鉆頭向地面上工作人員傳送信息；通訊控制部分則是通過鉆柱內(nèi)裝的傳輸纜與地面直接溝通，從而實現(xiàn)遠程遙控。
目前，國外阿帕奇石油科技公司，己研發(fā)出一種智能化鉆頭，它可以自行考慮并與地面裝備直接溝通，操控鉆速和方向。而國外油服公司研發(fā)出的新式智能鉆桿，內(nèi)裝有高速數(shù)據(jù)傳輸纜，可使鉆頭向地面?zhèn)魉托畔?，正符合智能化鉆頭的需要。
人工智能鉆井實時監(jiān)控判斷處理故障專家系統(tǒng)
該系統(tǒng)的目的是保障鉆進作業(yè)的安全?，F(xiàn)有的鉆井事故與復(fù)雜情況的診斷與處理技術(shù)，不能滿足現(xiàn)場實際的需要,往往難于避免無法預(yù)料的鉆井異常情況。這個新創(chuàng)建的專家系統(tǒng)是采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法建立模型，它建立起的貝葉斯(Bayesian)網(wǎng)絡(luò)，涵蓋了多種事件類型及其相關(guān)概率。該概率模型可利用過去和現(xiàn)在的數(shù)據(jù)趨勢以及人工智能（AI）方法，產(chǎn)生關(guān)于鉆井工藝事故和設(shè)備或傳感器故障的預(yù)測，其網(wǎng)絡(luò)布置可用于實時檢測與井控、液壓相關(guān)的各種事故，例如鉆柱刺漏、泵故障、液體漏失、封隔器故障等等。此外，該模型還能夠?qū)︻A(yù)測的趨勢進行評估，它可以通過自我學(xué)習(xí)和自我校準來提高其預(yù)測準確性，它可以針對失真?zhèn)鞲衅鞯臄?shù)據(jù)信息和模型的不確定性進行調(diào)整，從而保證預(yù)測的精準，不用擔(dān)心誤報。
以預(yù)防井噴事故為例，目前國外已研發(fā)出了一種人工智能防噴器液控裝置，它采用了先進的PLC和觸摸屏以及高可靠性的ROFIBUS總線等設(shè)施，可以實時預(yù)測并及時發(fā)出警報。再如，為了檢測可能發(fā)生的鉆柱刺漏和泵故障并啟動報警，目前，國外已研發(fā)出了一種新方法，這種方法是將鉆井液流速趨勢的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、模擬的泵壓力與流速的關(guān)聯(lián)等參數(shù)，用來共同描述設(shè)備的狀態(tài)，從而進行評估，于極限狀態(tài)時，即可實時報警。報警第一階段能夠確定刺漏或泵故障風(fēng)險及可能的發(fā)生時間；隨后，將刺漏和泵故障作為一個整體，而不是單獨識別，從而在第二階段又可精確識別出警報代表的故障類型。
上述井下人工智能實時導(dǎo)向安全鉆進系統(tǒng)在北美的一個海上鉆井平臺上曾經(jīng)使用過。平臺上的一次鉆井作業(yè)中，該系統(tǒng)在鉆柱刺漏前發(fā)出了6次警報。基于此，作業(yè)人員及時進行補救，消除了災(zāi)難性作業(yè)故障，防止了更大規(guī)模的經(jīng)濟損失。并且，由于該系統(tǒng)的早期事件檢測，迅速解決問題恢復(fù)正常操作，還大大減少了非生產(chǎn)時間。
井場人工智能控制臺采用先進的綜合集成化人工智能技術(shù)
該技術(shù)對油氣井鉆井工程中的方方面面的模式識別、參數(shù)優(yōu)選、系統(tǒng)優(yōu)化及效果預(yù)測等等進行集成化的綜合控制。其遙控方式為電信號，通過多芯電纜連接，反應(yīng)速度快，能夠?qū)崟r反映轉(zhuǎn)閥手柄位置，速度及精度均優(yōu)于傳統(tǒng)的氣控方式。井場人工智能控制臺的主要功能就是“解放司鉆”，也就是說用它來代替司鉆，完成所有的操控任務(wù)，讓司鉆從復(fù)雜的、緊張的操作中解放出來，不必長時間值守在崗位上，只需要在個別特殊下接管現(xiàn)場操作。
一部井場人工智能控制臺，包括有：臺架、防爆插銷、防爆觸摸電腦、防爆蜂嗚警報器、防爆按鈕和防爆旋鈕開關(guān)等部件。臺架上部裝設(shè)防爆箱，箱內(nèi)設(shè)有防爆觸摸式工業(yè)計算機，計算機中載有：實時導(dǎo)向控制鉆進以及實時監(jiān)控判斷處理故障系統(tǒng)軟件，如關(guān)井系統(tǒng)軟件等等。觸摸屏上設(shè)有：井口防噴器組的各個單體防噴器的開關(guān)界面、節(jié)流管匯的閥件開關(guān)界面、參數(shù)控制界面、一鍵關(guān)井界面、BOP及節(jié)流管匯自定義組合界面和數(shù)據(jù)曲線及控制記錄界面等等。在觸摸屏下端左側(cè)設(shè)有一個計算機程序啟動的防爆主控按鈕，右側(cè)設(shè)有一個計算機防爆旋鈕開關(guān)；在防爆箱底部設(shè)有一個防爆插銷和一個防爆蜂嗚器，防爆插銷一端與防爆工業(yè)計算機的輸入和輸出端對應(yīng)相聯(lián)，另一端通過多芯電纜與已有的防噴器控制系統(tǒng)PLC相聯(lián)。井口防噴器組的各個單體防噴器的開關(guān)界面用來直觀用來顯示防噴器的排列及對防噴器排列進行自定義組合；節(jié)流管匯的閥件開關(guān)界面用來直觀地顯示節(jié)流管匯的組合及對節(jié)流管匯進行自定義組合；這兩個界面均可根據(jù)實際情況自定義布局，滿足不同井口不同工控的需要。一鍵關(guān)井界面可根據(jù)井口實際工況進行自定義，一鍵關(guān)井程序運行時可顯示關(guān)井步驟，并通過指示指導(dǎo)下一步。防爆工業(yè)計算機與井口防噴器控制系統(tǒng)PLC，通過多芯電纜連接，用于防噴器和節(jié)流管匯上的壓力傳感器壓力數(shù)據(jù)傳遞、報警信號傳遞及控制閥的開關(guān)控制，對壓力數(shù)據(jù)實時采集記錄及查閱。
今以控制關(guān)井為例，說明其實施過程。當(dāng)防爆工業(yè)計算機裝入關(guān)井系統(tǒng)軟件時，只要在觸摸屏上點擊防爆觸摸式工業(yè)計算機控制程序，防爆觸摸式工業(yè)計算機即可將觸摸屏信號轉(zhuǎn)換為通訊信號，并通過電纜傳給防噴器控制系統(tǒng)PLC，再通過PLC分析信號轉(zhuǎn)換為電信號，來控制節(jié)流管匯上的電磁閥及其它功能，與此同時觸摸屏上顯示出PLC回傳的電信號，可實時顯示出閥的開關(guān)位置及壓力數(shù)據(jù)。若井口出現(xiàn)壓力異常需要緊急關(guān)井時，只要通過觸摸屏，點擊一鍵關(guān)井界面上的開始按鈕，防爆觸摸式工業(yè)計算機即可自動地進行關(guān)井程序，并通過提示去指導(dǎo)手動的關(guān)井步驟。同時還能夠?qū)⒁磺嘘P(guān)井步驟、壓力數(shù)據(jù)等記錄下來，以備查詢。顯然，這樣的關(guān)井程序自動化，大大縮短了關(guān)井時間，減少了人為誤操作，提高了經(jīng)濟效益。
遠程人工智能控制中心。油氣田的油氣井分布區(qū)域，無論是陸地還是海上一般均很分散廣闊，為了保障眾多油氣井鉆井任務(wù)的正常運行，實現(xiàn)人工智能化，需要將各個開場的圖像信息、鉆井完井工藝及測井?dāng)?shù)據(jù)以及設(shè)備運轉(zhuǎn)和維護狀況等，實時傳送到油氣田管理部門，以便管理部門準確掌握可靠的第一手情報，及時做出正確的判斷和指揮調(diào)度，實時遠程反饋給各個油氣井，這就需要設(shè)立一個遠程人工智能控制中心。通常，人工智能鉆井的遠程控制中心的結(jié)構(gòu)組成如下：
核心裝置，它主要由數(shù)據(jù)服務(wù)器和移動專線組成。服務(wù)器上安裝有操作系統(tǒng)軟件、
數(shù)據(jù)庫軟件、監(jiān)測系統(tǒng)軟件等。這些軟件具備主動問詢、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢、報警顯示、生成電流、電壓及示功圖曲線等多項功能。
通信平臺，通常可采用無線局域網(wǎng)、數(shù)傳電臺、GPRS等通訊方式。采用數(shù)字網(wǎng)絡(luò)
化的無線傳輸技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊，具有安裝開通快捷、維護遷移方便、造價低、便于集中管理等優(yōu)點，尤其是采用GPRS方式時，不僅可進一步減少井場的工作人員, 而且，還可以實現(xiàn)遠程對各油氣井鉆機的聯(lián)合控制。地球衛(wèi)星通訊(GPRS)包括有：數(shù)據(jù)分析服務(wù)器集群和深度學(xué)習(xí)服務(wù)器集群。前者用于對被控系統(tǒng)發(fā)送的各個油氣井的鉆井控制過程中的實時數(shù)據(jù)進行分析，從而得到不同類型的實時分析數(shù)據(jù)，并發(fā)送給深度學(xué)習(xí)服務(wù)器集群；后者用于將實時分析數(shù)據(jù)和歷史分析數(shù)據(jù)結(jié)合進行機器學(xué)習(xí)，以得到優(yōu)化數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送至認定的數(shù)據(jù)分析服務(wù)器集群；認定的數(shù)據(jù)分析服務(wù)器集群即可基于認定的優(yōu)化數(shù)據(jù)，形成被控的油氣井的鉆井控制過程的優(yōu)化指令，發(fā)送至被控系統(tǒng)。
監(jiān)控設(shè)備，遠程人工智能控制中心的監(jiān)控設(shè)備主要包括有：油氣井遠程測控終端、
油井工作參量信號/數(shù)據(jù)采集設(shè)備、現(xiàn)場電源模塊、現(xiàn)場數(shù)據(jù)顯示、操作終端以及密封防爆電器箱等。其中，遠程測控終端由遠程控制終端、電源、前端傳感器加保護箱組成，遠程控制終端由數(shù)據(jù)采集I/O、電源模塊、通訊模塊/接口、天線等幾部分組成；保護箱是對測控系統(tǒng)進行保護的箱體，可以防雨、防曬、防塵?？刂浦行牡谋O(jiān)控設(shè)備中的現(xiàn)場數(shù)據(jù)顯示、操作終端，設(shè)有液晶屏幕顯示，面板上有操作按鍵，從而可實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的配置與數(shù)據(jù)顯示。 計量設(shè)備，它包括拉力變送器、角位移變送器、電流電壓互感器等等。
我國目前，鳳凰技術(shù)收益基金公司已研制成了利用衛(wèi)星傳輸信息的遠程鉆井系統(tǒng)；威控科技公司已研發(fā)出了以遠程測控終端（RTU）為核心的油井遠程監(jiān)控系統(tǒng)，它們都為人工智能鉆井遠程控制中心的建設(shè)，創(chuàng)造了有利條件。
從全球來看，現(xiàn)在國外已有油服公司和科技公司，陸續(xù)推出了有關(guān)人工智能鉆井的部分產(chǎn)品，預(yù)計到2025年有望進入人工智能鉆井的初級階段，開啟人工智能鉆井的新時代，而且“無人鉆井(井場不需要員工)” 的愿景也將會在不太長的未來實現(xiàn)。因此，人工智能鉆井是當(dāng)前鉆井技術(shù)的一次全方位深刻革命，它將對鉆井行業(yè)及其從業(yè)人員產(chǎn)生深遠的影響，它將大幅度提升鉆井效率、質(zhì)量、安全性、可靠性及經(jīng)濟、社會效益。由此可見，我國必須迎頭趕上，大力開展人工智能鉆井的研發(fā)，以只爭朝夕的精神，在短時間內(nèi)從“跟跑”到“領(lǐng)跑”，全面進入人工智能鉆井的新時代。
微信公眾號
微信視頻號
京公網(wǎng)安備11010502053156號