人工智能（Artificial Intelligence），英文縮寫為AI。它是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。人工智能又稱為“智械”、“機(jī)器智能”，它是指由人們制造出來的機(jī)器(機(jī)械)所表現(xiàn)出來的智能。通常人工智能是指通過人工制作的普通的
計(jì)算機(jī)程序軟件，使機(jī)器實(shí)現(xiàn)出人類智慧所要求的目標(biāo)的技術(shù)。
何為智能鉆井
對(duì)于人工智能鉆井的定義，業(yè)界有廣義與狹義之分。廣義的人工智能鉆井不僅指鉆井、測(cè)井、完井作業(yè)本身的人工智能化，而是作業(yè)范圍更廣，包括了直至找到油藏，并且使產(chǎn)能更高的所有作業(yè)的人工智能化。狹義的人工智能鉆井，則是僅指鉆井、測(cè)井、完井作業(yè)本身的人工智能化，即通常俗稱作的自動(dòng)化鉆井。
從上述廣義的人工智能鉆井定義可知，人工智能鉆井幾乎囊括了石油地質(zhì)、物探、測(cè)井、鉆井、采油、油藏工程以及機(jī)械、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)等專業(yè)。這些專業(yè)過去是離線的各個(gè)領(lǐng)域相對(duì)獨(dú)立的非連續(xù)的過程，人工智能化之后，則要求它們?cè)诰€地聯(lián)合起來，組成一個(gè)有機(jī)的整體并協(xié)同進(jìn)行工作。因此，人工智能鉆井就是要能夠根據(jù)井下地質(zhì)情況和油藏位置，自動(dòng)地調(diào)整井眼的設(shè)計(jì)軌跡，并能夠自動(dòng)尋找和鉆進(jìn)到最佳的儲(chǔ)層位置，從而獲得最大產(chǎn)能。
智能鉆井過程
第一步提供地質(zhì)油藏特征，由地質(zhì)和物探部門提供出地質(zhì)條件和油藏的物理特性描述，組成特定的人工智能鉆井專家系統(tǒng)。第二步實(shí)時(shí)隨測(cè)隨控鉆進(jìn)，在先進(jìn)的鉆井測(cè)控技術(shù)支持下，利用當(dāng)前較為成熟并正在發(fā)展的5W(MWD、LWD、SWD、PWD和FEWD)作為手段，結(jié)合導(dǎo)向鉆井及井下閉環(huán)控制技術(shù)，在鉆進(jìn)過程中實(shí)時(shí)地隨鉆隨測(cè)控(如隨鉆測(cè)井、隨鉆地震)，及時(shí)地把井眼周圍及鉆頭前方的各種地質(zhì)、地層、環(huán)境信息以及鉆進(jìn)狀態(tài)采集到井下計(jì)算機(jī)。第三步精準(zhǔn)確定目標(biāo)油藏，由井下強(qiáng)大的人工智能鉆井計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，根據(jù)當(dāng)時(shí)所能得到的井下最新數(shù)據(jù)進(jìn)行智能判斷，結(jié)合事先已知的地質(zhì)勘探資料，從而發(fā)現(xiàn)目標(biāo)油氣藏，精確地確定其位置、大小、形態(tài)、厚度及走向。笫四步優(yōu)化最佳工藝鉆進(jìn)，以獲得最大產(chǎn)能為目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)化各種工藝參數(shù)，自動(dòng)鉆進(jìn)尋找最佳軌跡穿過油氣層。第五步給出直接實(shí)際資料，給出直接取得的最接近實(shí)際情況的第一手資料，如油藏描述結(jié)果以及實(shí)際的井眼軌跡和各段井眼狀態(tài)等資料，并在此基礎(chǔ)上，提出初步的最佳采油方式建議。
然而，上述過程的每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要人工智能的參與和控制，所以稱為廣義的人工智能鉆井。實(shí)踐證明，石油鉆井工程中的鉆進(jìn)過程是一個(gè)非常復(fù)雜的不確定過程。不僅鉆進(jìn)本身所產(chǎn)生的以及地層環(huán)境所提供的可采集信息往往是非精確的、非確定的、近似定性的非數(shù)值型的隨機(jī)模糊信息，而且還要根據(jù)這些隨機(jī)模糊信息，實(shí)時(shí)快速地進(jìn)行鉆進(jìn)控制。顯然，解決這些難題，實(shí)現(xiàn)廣義的人工智能鉆井，還有待于未來一段時(shí)間的努力奮斗。從目前發(fā)展人工智能鉆井來看，當(dāng)務(wù)之急是首先研發(fā)自動(dòng)化鉆井，從而實(shí)現(xiàn)狹義的人工智能鉆井。
鉆機(jī)作業(yè)系統(tǒng)
位于地面上的未來人工智能鉆機(jī)作業(yè)系統(tǒng)，要能夠?qū)崿F(xiàn)下列先進(jìn)功能：連續(xù)送鉆，通過鉆機(jī)的起升系統(tǒng)與頂部驅(qū)動(dòng)裝置的密切配合，在鉆進(jìn)過程中接單根時(shí)，不用停鉆和停泵，可以邊鉆進(jìn)邊接單根，從而提高了鉆井作業(yè)效率。連續(xù)起下鉆，在起下鉆柱過程中，不是如常規(guī)鉆機(jī)那樣，需要停下來進(jìn)行鉆柱的上卸扣，而是由人工智能的機(jī)器人，代替目前傳統(tǒng)的鉆臺(tái)工和井架工，在起下鉆過程中自動(dòng)完式鉆柱的上卸扣。這樣一來，智能化的起下鉆速度大大提高，據(jù)挪威West鉆井產(chǎn)品公司的研究成果表明，不同鉆柱直徑的起下鉆速度可分別達(dá)到3600m/h、2700m/h和1800m/h，遠(yuǎn)較常規(guī)鉆機(jī)的起下鉆速度600~900m/h為高。
連續(xù)下套管、油管完井，在進(jìn)行完井作業(yè)時(shí)，無論是下套管或者下油管，都與下鉆柱一樣，不需要停下來進(jìn)行上扣, 而是由人工智能的機(jī)器人完成絲扣連接，從而提高了作業(yè)速度，挪威West鉆井產(chǎn)品公司的研究成果，下套管時(shí)可達(dá)到900m/h。連續(xù)循環(huán)鉆井液，在起下鉆和鉆進(jìn)過程中，不停泵，鉆井液循環(huán)保持不間斷。這是因?yàn)槿缟纤?，送鉆和起下鉆都是連續(xù)的，所以能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)循環(huán)鉆井液。顯然，連續(xù)循環(huán)鉆井液有利于實(shí)施控壓鉆井，提高了作業(yè)的安全性。
雙壁鉆柱鉆井，鉆井時(shí)采用由內(nèi)壁和外壁組成的雙壁鉆柱，從而使整個(gè)鉆柱形成內(nèi)管及內(nèi)
壁與外壁之間的環(huán)隙。雙壁鉆柱，在人工智能鉆機(jī)控制下，可實(shí)現(xiàn)下列功能：反循環(huán)鉆進(jìn)，鉆井液通過頂部驅(qū)動(dòng)裝置及其旋轉(zhuǎn)接頭后，向下泵入雙壁鉆柱的內(nèi)壁與外壁之間的環(huán)形空間，然后，從鉆頭的噴咀噴出，向上流入底部鉆具組合與井壁之間的環(huán)形空間。此后，當(dāng)液流返回至防噴器組時(shí)，因防噴器上方裝有旋轉(zhuǎn)控制頭，可將雙壁鉆柱的內(nèi)壁與井壁之間的環(huán)形空間封死，故而上返的鉆井液連同巖屑.只能通過靠近井底的雙浮閥進(jìn)入雙壁鉆柱的內(nèi)管，上返至地面。顯見，這樣的反循環(huán)鉆進(jìn)的實(shí)施，可以消除巖屑床的堵塞問題，有利于保護(hù)油氣儲(chǔ)藏。輸電及傳輸信息，雙壁鈷柱的內(nèi)管外壁經(jīng)過絕緣處理后，可以用作同軸電纜，向井下供電；還能雙向傳輸電信息，其數(shù)據(jù)傳輸速率可高達(dá)6.4萬位秒，因而即可使大容量的數(shù)據(jù)，高速地、實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)雙向傳輸，非常有利于推行人工智能化。
雙梯度鉆井，由于雙壁鉆柱內(nèi)為密度較高的鉆井液，而井筒環(huán)形空間內(nèi)(海底防噴器組以上)充滿的卻是密度較小的清潔流體(如海水等)，這樣，兩者密度不同形成了兩個(gè)壓力梯度，因而即可實(shí)現(xiàn)雙梯度鉆井，這對(duì)于保護(hù)油氣藏和防止井壁坍塌，提高鉆井作業(yè)的安全性，具有重要作用，尤其是在深水中鉆井時(shí)，格外重要。
無隔水管鉆井，海洋鉆井工藝中的隔水管，與鉆柱同軸包圍在鉆柱外面，它主要起著隔絕海水的作用。目前通用的海洋鉆井工藝中，隔水管下端與海底井口裝置相連接，從而即可使自井底返回的鉆井液在海底以上不會(huì)與海水相混。但當(dāng)采用新型的雙壁鉆柱時(shí)，由于海底井口裝置以上，上返的鉆井液連同巖屑. 已經(jīng)通過靠近井底的雙浮閥，進(jìn)入雙壁鉆柱的內(nèi)管中與海水隔絕，因而即沒有必要再使用隔水管，故即可實(shí)現(xiàn)無隔水管鉆井，這對(duì)于降低鉆井成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，具有重要意義。
寬鉆井液密度窗口鉆井，防止井璧坍塌要求鉆井液密度形成的壓力梯度的上限不能超過巖層的破裂強(qiáng)度；防止井噴要求鉆井液密度形成的壓力梯度的下限不得低于油氣藏的孔隙壓力，這個(gè)上限與下限壓力的差，構(gòu)成了一個(gè)所謂的窗口，即保持鉆井液的壓力梯度在此上、下限區(qū)間內(nèi)，才能安全鉆進(jìn)。
反循環(huán)鉆井技術(shù)
目前，挪威的Reelwell公司，已經(jīng)推出了嶄新的雙壁鉆柱及其反循環(huán)鉆井技術(shù)，適用于北海的深水鉆井，有望不久即可推行。
所謂“一趟鉆”，即在不換鉆頭的工況下，一次完成全部鉆進(jìn)任務(wù)，達(dá)到鉆井的目標(biāo)。因此，實(shí)施“一趟鉆”的前提是必須要有超級(jí)長壽命鉆頭的配合。有了未來研發(fā)出的新型超級(jí)長壽命鉆頭，即可通過兩個(gè)“一趟鉆”，完成鉆一口井的任務(wù)。第一個(gè)“一趟鉆”是表層井段“一趟鉆”，即通過 “一趟鉆”完成下表層套管、裝設(shè)井口裝置的任務(wù)。第二個(gè)“一趟鉆”是將余下的井段一趟鉆進(jìn)完成，直達(dá)目的油氣層。顯然，“一趟鉆”的實(shí)現(xiàn)，可以大幅度降低鉆井成本，尤其是用于水平井鉆井更穾顯出其優(yōu)赿性。
所謂“一趟測(cè)”，即在一次下井過程中，能夠完成所有測(cè)井要求的各項(xiàng)任務(wù)。這項(xiàng)技術(shù)不僅能在鉆井過程中測(cè)量出所需要的所有測(cè)井信息，而且還能完成井下流體、巖心的取樣，同時(shí)還擔(dān)負(fù)著隨鉆隨測(cè)提供出地質(zhì)導(dǎo)向、隨鉆油氣藏描述等項(xiàng)任務(wù)。顯見，“一趟測(cè)”這些任務(wù)的實(shí)現(xiàn)，必然會(huì)大幅度降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提高油氣儲(chǔ)層的鉆遇率和單井產(chǎn)量。若前述的“一趟鉆”能夠?qū)崿F(xiàn)，則“一趟測(cè)”與之配套，同步進(jìn)行，不再占用額外的測(cè)井作業(yè)時(shí)間，更會(huì)進(jìn)一步簡化作業(yè)流程，有效降低測(cè)井作業(yè)成本。但是，“一趟測(cè)”的實(shí)現(xiàn)，也不是輕而易舉的，它還需要解決隨鉆測(cè)井技術(shù)的很多難題，如數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)等問題。
超高溫高壓鉆井，應(yīng)對(duì)井下的高溫、高壓情況，需要實(shí)施人工智能的超高溫高壓鉆井。這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，主要是要研發(fā)出耐超高溫高壓的井下儀器、工具和材料，如隨鉆測(cè)量(MWD) 、隨鉆測(cè)井(LWD) 、近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向儀等儀器；導(dǎo)向工具、井下電池、鉆頭、完井工具等工具以及鉆井液、固井水泥、井下管柱的材料等等。隨著科技的不斷進(jìn)步，這些器材工具的耐超高溫高壓問題，還是有望于不太長時(shí)間內(nèi)可以解決的。例如，目前國外的MWD與LWD、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)、螺桿鉆具的最高耐溫溫度，已分別達(dá)到了200
0C、200
0 C和230
0 C，而鉆井液的最高耐溫溫度，也達(dá)到了260
0C，這就表明，超高溫高壓鉆井的實(shí)現(xiàn)，指日可待。目前，挪威West鉆井產(chǎn)品公司，已經(jīng)研發(fā)出一種人工智能鉆機(jī)作業(yè)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)上述部分功能。但是，上述功能的全面實(shí)現(xiàn)，還有待于進(jìn)一步研發(fā)。（下篇已于2019年12月刊登）
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