839--鉆井自動化智能化大趨勢培訓講義PPT

1、1鉆井自動化、智能化 鉆井大趨勢中國石油集團經(jīng)濟技術研究院2014年10月楊金華2前 言汽車制造業(yè)先進的生產(chǎn)線早已實現(xiàn)了自動化、無人化。3汽車駕駛在澳大利亞一些大型礦山，自動裝卸重卡早就實現(xiàn)了無人駕駛。國內(nèi)外公路小驕車無人駕駛已經(jīng)試驗成功。前 言4航空業(yè)大型民航客機可以全程自動飛行，只是出于安全考慮，起飛和降落仍由飛行員操作。前 言5航天業(yè)飛船（神舟）與空間站（天宮飛行器）能夠自動交匯對接。前 言6航天業(yè)前 言美國國家航空航天局（NASA）“好奇”號火星漫步者2012年在火星著陸。最近距離約為5500萬公里最遠距離超過4億公里2013年距火星6000萬公里左右平均氣溫-607軍事領域美國軍方的

2、“愛國者”導彈和無人機已投入實戰(zhàn)。無人機在航母上的起飛、降落試驗成功。前 言8前 言日常生活自動化、智能化可以說無處不在。全自動洗衣機掃地機器人智能手機智能電視9在眾多行業(yè)的自動化、智能化和無人化大潮的推動下，石油鉆井也在朝著自動化、智能化方向邁進，只是要滯后很多，主要原因是石油鉆井過程太過復雜，井下情況復雜多變、不確定因素太多，作業(yè)風險較大。前 言10石油鉆井已經(jīng)從早期的機械化階段進入了自動化階段。鉆井自動化同樣經(jīng)歷初級、中級、高級三個發(fā)展階段。鉆井自動化的高級階段也就是智能化鉆井階段。機械化自動化智能化無人化高級全自動有很強大的自主功能中級自動化水平越來越高有一定的自主功能初級 有一定的自

3、動化沒有自主功能前 言11匯報內(nèi)容一、鉆井自動化現(xiàn)狀二、鉆井智能化趨勢三、無人化鉆井前景四、認識與建議12一、鉆井自動化現(xiàn)狀鉆井自動化主要由地面自動化、井下自動化、鉆井信息化構成。鉆井信息化地面自動化井下自動化13鉆機自動化設備自動化鉆機井口自動化設備，比如鐵鉆工配備自動送鉆設備的一體化司鉆控制室頂部驅動裝置 自動排管設備 自動貓道或管具自動傳送裝置等海洋自動化鉆機（雙作業(yè)鉆機）陸地自動化鉆機多參數(shù)測量儀及綜合錄井儀地面自動化1、地面自動化自動控壓鉆井系統(tǒng)1、地面自動化14陸地自動化鉆機的數(shù)量和應用不斷增加NOV的RAPID鉆機為提高鉆井效率和安全性，國外設備制造商推出了一些陸地自動化鉆機。中

4、深井鉆機鉆深能力3657米（12000ft）井架高度24米，可以處理單根鉆桿（二類鉆桿8.29.1米或三類鉆桿11.613.7米）交流變頻電驅動鉆機頂驅鐵鉆工全自動井口設備全自動鉆桿處理裝置一體化司鉆控制室1、地面自動化15陸地自動化鉆機1、地面自動化適合工廠化鉆井的液壓自動化鉆機 美國Schramm公司T500XD鉆機鉆深能力4500米伸縮式井架16陸地自動化鉆機1、地面自動化適合工廠化鉆井的液壓自動化鉆機 液壓頂驅最大扭矩47454N.m最大轉速140轉/分鐘大鉤額定載荷50萬磅(22.68噸) 頂驅可提供80000磅（356 kN)）的向下推力，有利于準確控制鉆壓?？刂沏@壓不單單依靠鉆鋌

5、和鉆柱的重量。動力上卸扣設備動力卡瓦動力轉盤17陸地自動化鉆機1、地面自動化適合工廠化鉆井的液壓自動化鉆機 自動化程度很高一體化司鉆控制室（3米4.6米）沒有鉆臺工和井架工每個班通常只需三個操作人員：一個司鉆、一個副司鉆、一個助手實時數(shù)據(jù)可通過衛(wèi)星或互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)蕉鄠€地方。18陸地自動化鉆機1、地面自動化適合工廠化鉆井的液壓自動化鉆機 管具自動化處管具自動化處理設備理設備可操作可操作2424英寸三類管材英寸三類管材鉆桿不是直立在鉆臺上，鉆桿不是直立在鉆臺上，而是水平放置在管架上。而是水平放置在管架上。19陸地自動化鉆機1、地面自動化適合工廠化鉆井的液壓自動化鉆機 液壓步進系統(tǒng)液壓步進系統(tǒng)井間快速

6、移動井間快速移動可朝任意方向移動可朝任意方向移動最大移動速度最大移動速度9.1米米/小時小時20陸地自動化鉆機1、地面自動化適合工廠化鉆井的液壓自動化鉆機 動力機組一個拖車兩臺760馬力的柴油發(fā)動機可選雙燃料發(fā)動機（燃油、燃氣）21陸地自動化鉆機1、地面自動化適合工廠化鉆井的液壓自動化鉆機 運輸、安裝方便井架一個拖車總共8個拖車自升式底座安裝井架不需要吊車22國外一些大的陸地鉆井承包商根據(jù)自身需要定制陸地自動化鉆機。陸地自動化鉆機H&P公司是美國數(shù)一數(shù)二的陸地鉆井承包商，其FlexRig鉆機已經(jīng)發(fā)展到第五代，第一代和第二代為電驅動，第三代到第五代為交流變頻電驅動。第五代鉆機更適合叢式水

7、平井批量鉆井（工廠化鉆井），額定鉆深能力6705米。概況美國H&P公司（2012年底）在美國的陸地鉆機數(shù)273臺（大約一半用于開發(fā)頁巖氣、頁巖油）電驅動鉆機占比100%交流變頻電驅動鉆機占比87%頂驅配置率100%自動化鉆機占比93%(253臺FlexRig)1、地面自動化23陸地自動化鉆機美國Patterson-UTI鉆井公司APEX鉆機APEX鉆機113臺，占36%，全部是交流變頻電驅動，全部用于開發(fā)美國非常規(guī)油氣。APEX步進式鉆機是最新一代APEX鉆機，是為工廠化鉆井定制的自動化鉆機。1、地面自動化鉆機類型2012年底鉆機數(shù)美國加拿大小計APEX 1500鉆機（其中4臺裝有步進

8、系統(tǒng)）5151APEX 1000鉆機（其中9臺裝有步進系統(tǒng)）1515APEX步進式鉆機4747 APEX鉆機小計113113其他電驅動鉆機46854 電驅動鉆機總數(shù)159(占53%)8167機械鉆機13710147陸地鉆機合計陸地鉆機合計296296181831431424陸地自動化鉆機1、地面自動化工廠化鉆井要求鉆機能夠在井間實現(xiàn)快速移動，而且是滿立根移動。實現(xiàn)井間快速移動的方式主要有兩種：滑軌式和步進式?；壥诫p向移動25陸地自動化鉆機1、地面自動化步進式步進式鉆機靠安裝在鉆機底座上的4個液壓舉升裝置（步進系統(tǒng)）實現(xiàn)一步一步的移位：模仿四個大力士移動巨型重物的過程：邁一步，抬起來移位，放下

9、來；再邁一步，再抬起來移位，再放下，如此反復?？梢郧斑M，左右移動，還可以原地轉圈。一般完成一次鉆機移位的全部工作大約需花兩三個小時。26陸地自動化鉆機1、地面自動化Nabors公司的B系列鉆機(可編程交流變頻電驅動鉆機)27海洋自動化鉆機1、地面自動化 海洋鉆井尤其是深水和超深水鉆井的日費很高，最高的已超過70萬美元/日。因此，對海洋鉆井來說，提高鉆井效率和縮短鉆井周期對降低鉆井成本尤為重要。而傳統(tǒng)的海洋鉆機在同一時間只能完成一項作業(yè)。如果一臺鉆機能同時完成兩項或多項作業(yè)，則可顯著提高作業(yè)效率。為此，國外發(fā)展了雙作業(yè)海洋鉆機。28雙作業(yè)鉆機的主要特點是正常鉆進、起下鉆、下套管、固井等常規(guī)作業(yè)由

10、主鉆機完成，組裝拆卸鉆柱、下放隔水管柱、下放與回收水下器具等輔助作業(yè)由輔鉆機完成，主輔作業(yè)可以同步進行。比如主鉆機鉆表層期間，輔鉆機組裝隔水管柱。表層固井后可將已組裝好的隔水管柱移到井口，從而顯著提高鉆井效率，縮短鉆井周期。雙作業(yè)鉆機市場幾乎被NOV和挪威Aker Solutions公司所壟斷。按驅動方式，雙井架雙作業(yè)鉆機分為液壓驅動和電驅動兩種。海洋自動化鉆機1、地面自動化29荷蘭Huisman設備公司設計了一種結構獨特的雙作業(yè)鉆機多功能箱式鉆塔。鉆塔內(nèi)裝有兩臺升沉補償式絞車，鉆塔兩側各有一個旋轉式鉆桿排放架。海洋自動化鉆機1、地面自動化30海洋自動化鉆機HuisDrill 12000型鉆井

11、船Noble鉆井公司已建造了4艘配備多功能箱式鉆塔的深水鉆井船，其中2艘的額定作業(yè)水深高達3657米，另2艘的額定作業(yè)水深為3048米。1、地面自動化31海洋自動化鉆機JBF14000型半潛式鉆井平臺（額定作業(yè)水深14000英尺，合4267.2米）1、地面自動化32應用現(xiàn)狀雙作業(yè)鉆機已在深水浮式鉆井裝置（深水半潛式鉆井平臺和深水鉆井船）上得到廣泛應用。據(jù)統(tǒng)計，近幾年新建成的深水浮式鉆井裝置配備的鉆機幾乎都是雙作業(yè)鉆機；當前在建的深水浮式鉆井裝置（鉆井船73艘，半潛式鉆井平臺24座）將全部采用雙作業(yè)鉆機。雙作業(yè)鉆機已經(jīng)成為深水鉆井利器。海洋自動化鉆機1、地面自動化建造數(shù)量變化圖33未來展望展望未

12、來，雙作業(yè)鉆機將成為深水鉆井船和半潛式鉆井平臺的標配鉆機。在技術上，雙作業(yè)鉆機將得到進一步發(fā)展，結構將更加多樣化，鉆深能力、自動化水平、作業(yè)效率和安全性將進一步提升，有力地推動未來深水油氣勘探開發(fā)。海洋自動化鉆機1、地面自動化34鉆機自動化設備日臻配套完善鉆機自動化設備井口自動化設備，比如鐵鉆工配備自動送鉆設備的一體化司鉆控制室頂部驅動裝置 自動排管設備 自動貓道或管具自動傳送裝置等多參數(shù)測量儀及綜合錄井儀1、地面自動化35鉆機自動化設備1、地面自動化36鉆機自動化設備1、地面自動化37鉆機自動化設備1、地面自動化38鉆機自動化設備1、地面自動化Maersk公司MAERSK DEVELOPER

13、號半潛式鉆井平臺建成于2009年，屬第六代半潛式鉆井平臺，額定作業(yè)水深3048米，鉆深能力9144米，是該公司最先進的浮式鉆井裝置之一，配備的是NOV公司的雙作業(yè)鉆機及自動化設備，自動化程度很高，無需鉆臺工和井架工，操作人員只需在一體化司鉆控制室即可完成相關作業(yè)。39自動控壓鉆井系統(tǒng)自動控壓鉆井系統(tǒng)是控壓鉆井技術的重大突破，也是鉆井技術一次新的革命，應用不斷增加，應用效果日益顯著，已成為窄密度窗口問題的殺手锏，可減少井下復雜情況及由此引起的非生產(chǎn)時間，縮短鉆井周期，提高鉆井安全性。未來有望成為大中型自動化鉆機的標配設備。1、地面自動化威德福：微流量控制系統(tǒng)斯倫貝謝：動態(tài)環(huán)空壓力控制系統(tǒng)哈里伯頓

14、：自動節(jié)流控壓鉆井系統(tǒng)威德福的微流量控制系統(tǒng)401、地面自動化威德福公司的微流量控制系統(tǒng)在Haynesville頁巖氣產(chǎn)區(qū)的應用效果指 標用常規(guī)方法鉆的6口井用控壓鉆井系統(tǒng)鉆的4口井泥漿密度，克/厘米31.981.80下部井段平均鉆井用時，天33.016.5平均鉆井周期，天6240平均單井泥漿費用，萬美元/井40.530.4平均單井鉆井成本，萬美元/井527391案例案例1 1 提高鉆井效率，縮短鉆井周期，降低鉆井成本提高鉆井效率，縮短鉆井周期，降低鉆井成本Forest石油公司從2010年4年月開始在Haynesville頁巖氣產(chǎn)區(qū)的4口水平井中應用威德福公司的微流量控制系統(tǒng)。產(chǎn)層屬高溫高壓地

15、層，溫度達176.7C。4口水平井的造斜點深約3680米，總井深約5200米，水平段長度1190米。在完成7英寸技術套管的固井之后，開始用油基泥漿鉆下部井段（造斜井段+水平井段），同時啟用威德福公司的微流量控制系統(tǒng)，取得了很好的應用效果。411、地面自動化案例案例2 2 斯倫貝謝公司用控壓注水泥技術成功完成深水深井固井作業(yè)斯倫貝謝公司用控壓注水泥技術成功完成深水深井固井作業(yè)斯倫貝謝公司用控壓注水泥技術控制注水泥和候凝期間的井筒壓力，在水深超過1000米的深水區(qū)，成功地完成了多次固井作業(yè)，套管下深從2000米至6500米不等，減少泥漿和水泥漿的漏失，降低儲層受傷害的可能性，防止地層流體流入環(huán)空，

16、降低鉆完井成本，提高固井作業(yè)安全性。42井下自動化水平提升很快。井下自動化MWD、LWD、近鉆頭地質導向儀、WPD自動垂直鉆井系統(tǒng)旋轉導向鉆井系統(tǒng)隨鉆地震（井下“眼睛”）（井下“望遠鏡”，有助于實現(xiàn)隨鉆前探）（井下“方向盤”）2、井下自動化43泥漿脈沖、電磁波隨鉆測量/測井已得到廣泛應用2、井下自動化最小外徑外徑1-3/4英寸傳感器離鉆頭的最短距離0.91米最大耐溫能力230泥漿脈沖的數(shù)據(jù)傳輸速率最快的達到36位/秒442、井下自動化除了泥漿脈沖和電磁波兩種應用最廣泛的井下信道之外，國外還發(fā)展了井下聲波傳輸技術。加拿大XACT井下遙測公司在殼牌和BP兩大國際石油公司的支持下，開發(fā)成功了井下聲波

17、傳輸技術。聲波沿鉆柱傳輸。在傳輸過程中，信號強度有衰減，需要每隔一段距離設一個信號放大器（水平段每隔大約600米，直井段每隔大約1800米） ，它相當于中繼站，將信號增強后傳向下一個信號放大器，直至傳輸?shù)降孛?。每個信號放大器的長度及操作與鉆桿大致相同。聲波傳輸方法已投入商業(yè)應用452、井下自動化聲波傳輸方法已投入商業(yè)應用每個信號放大器還裝多個傳感器，用于實時測量鉆本柱內(nèi)及環(huán)空壓力和溫度，以及鉆柱的振動及沖擊、拉伸、壓縮、扭矩、彎曲等情況。所有這些信號放大器構成一個全井筒測量網(wǎng)絡，不僅隨鉆測量井底情況，還能實時測量全井筒的情況。462、井下自動化聲波傳輸方法已投入商業(yè)應用在頂驅裝有聲波信號接收器

18、，它通過無線的方式將所接收到的聲波信號發(fā)送到地面計算機系統(tǒng)，再傳輸?shù)浇獯a中心進行解碼，然后發(fā)往包括井場、遠程實時作業(yè)中心在內(nèi)的多個地方。472、井下自動化聲波傳輸方法已投入商業(yè)應用優(yōu)點數(shù)據(jù)傳輸速率較快：最大可達33位/秒；數(shù)據(jù)傳輸不受鉆井液類型、井深的限制，同樣適用于氣體鉆井和欠平衡鉆井；可對全井筒進行實時監(jiān)測。缺點中繼站需要用高能鋰電池供電，而電池的壽命是有限的；任何一個中繼站出了故障，都可能影響聲波信號的傳輸。應用現(xiàn)狀已投入商業(yè)應用。48自動垂直鉆井系統(tǒng)成為鉆高陡構造的殺手锏自動垂直鉆井系統(tǒng)能夠自動鉆成垂直井眼，已成為鉆高陡構造的殺手锏，鉆高難度直井的重大利器。2、井下自動化 PowerV

19、系統(tǒng) VertiTrak系統(tǒng) V-Pilot系統(tǒng) ZBE系統(tǒng)自動垂直鉆井系統(tǒng)49旋轉導向鉆井系統(tǒng)成為復雜工藝井的鉆井利器國際定向鉆井市場構成 在自動垂直鉆井系統(tǒng)基礎上發(fā)展起來的旋轉導向鉆井系統(tǒng)，是定向鉆井技術的一次革命，也是當今石油鉆井行業(yè)一項最尖端的井下技術裝備，已成為水平井和大位移井等復雜工藝井鉆井的重要利器。經(jīng)過近20年的發(fā)展，其應用規(guī)模不斷擴大，越來越多地取代常規(guī)定向鉆井，國際市場份額已占國際定向鉆井市場的1/3。2、井下自動化50旋轉導向鉆井系統(tǒng)發(fā)展很快，已實現(xiàn)了系列化。為適應高效開發(fā)頁巖氣等非常規(guī)油氣的需要，斯倫貝謝和貝克休斯公司相繼推出了高造斜率旋轉導向鉆井系統(tǒng)（簡稱高旋導），其

20、最大造斜能力范圍1518/30米，可縮短造斜井段的長度，從而縮短靶前距，增加水平段長度，有利于提高油氣產(chǎn)量。斯倫貝謝的PowerDrive Archer系統(tǒng) 貝克休斯的AutoTrak Curve系統(tǒng) 高造斜率旋轉導向鉆井系統(tǒng)2、井下自動化51造斜段+水平段鉆井進尺 造斜段+水平段鉆井用時對比 案例1 16口頁巖氣水平井造斜段+水平段一趟鉆完鉆，平均鉆井周期銳減40%以上2012年Marcellus頁巖氣產(chǎn)區(qū)貝克休斯公司的AutoTrak Curve系統(tǒng)造斜段+水平段的平均鉆井進尺從1813.8米增加到了2508.5米。平均鉆井用時從15.8天減至7.6天，銳減51.9%，均實現(xiàn)了“造斜段+水

21、平段”一趟鉆。平均日進尺從114.5米/日增至328.7米/日，提高178%。加上直井段鉆井用時，平均鉆井周期銳減40%以上。2、井下自動化52案例2 一口大約4019米深的頁巖氣水平井，二開“直井段+造斜段+水平段”一趟鉆完鉆2012年初Eagle Ford頁巖氣水平井中（一口三維水平井，造斜井段的設計造斜率為8/30米）貝克休斯公司6-3/4英寸AutoTrak Curve系統(tǒng)，長度11.58米，最大造斜率15/30米8-3/4英寸PDC鉆頭一次下井鉆開表層套管的套管鞋，從801.9米鉆至總井深4019.7米，共鉆進3217.8米，實現(xiàn)了二開“直井段+造斜段+水平段”一趟鉆，減少了兩次起下

22、鉆。共用時5.95天，平均機械鉆速27.43米/小時，比鄰井縮短2.5天。2、井下自動化532013年初Eagle Ford 頁巖氣水平井斯倫貝謝公司6-3/4英寸PowerDrive Archer，長度5.06米，最大造斜率15/30米為頁巖層定制的8英寸 Spear SDi513 鋼體PDC鉆頭一趟鉆完成進尺3277.8米，實現(xiàn)了二開“直井段+造斜段+水平段” 一趟鉆平均機械鉆速16.76米/小時鉆井用時8天，比鄰井節(jié)省4天時間案例3 一口大約4527米深的頁巖氣水平井，二開“直井段+造斜段+水平段” 一趟鉆完鉆大約1250米2、井下自動化542、井下自動化未來展望 迄今為止，在美國頁巖氣

23、、致密油水平井鉆井中，旋轉導向鉆井系統(tǒng)的應用，使造斜段或水平段“一趟鉆”漸成為常態(tài)。利用旋轉導向鉆井系統(tǒng)，特別是高造斜率旋轉導向鉆井系統(tǒng)，越來越多的水平井實現(xiàn)了造斜段+水平段“一趟鉆”，少部分水平井甚至成功地實現(xiàn)了二開直井段+造斜段+水平段“一趟鉆”，從而大大簡化井身結構、縮短鉆井周期和降低鉆井成本。因此，我們認為，隨著鉆頭、鉆井液、旋轉導向鉆井等技術的不斷發(fā)展，水平井兩個井段或三個井段“一趟鉆”成為水平井鉆井的一個重要的新趨勢。55鉆井信息化鉆井工程軟件包遠程實時作業(yè)中心井下實時信息地面實時信息多學科專家團隊 鉆前方案設計 鉆中決策支持通過遠程實時分析，實時優(yōu)化調整作業(yè)方案，比如實時優(yōu)化地質

24、導向；預判即將發(fā)生的井下復雜情況或鉆井事故，及時采取措施防患于未然，降低作業(yè)風險，減少非生產(chǎn)時間，縮短鉆井周期；對已發(fā)生的井下復雜情況或鉆井事故進行及時、正確的處理；減少專家長途奔波，提高決策效率和質量，減少現(xiàn)場作業(yè)人員，提高作業(yè)安全性。 鉆后評估 降低綜合成本鉆井自動化離不開鉆井信息化。遠程實時作業(yè)中心是鉆井信息化的重要組成部分。3、鉆井信息化56貝克休斯殼牌在全球有6個遠程實時作業(yè)中心斯倫貝謝在全球共建了10多個遠程實時作業(yè)中心。這是一個工廠化鉆井專家團隊哈里伯頓國際油公司和技術服務公司在全球建立了多個遠程實時作業(yè)中心。3、鉆井信息化57貝克休斯公司在其遠程作業(yè)中心開展實時數(shù)據(jù)分析，指導地

25、質導向，不但可以提高決策效率和質量，還可減少現(xiàn)場人員，提高作業(yè)安全性。案例13、鉆井信息化58哈里伯頓公司在遠程實時作業(yè)中心通過隨鉆實時地質建模技術優(yōu)化地質導向，引導鉆頭在薄儲層中精確鉆進。儲層厚度1.522.44米案例23、鉆井信息化59斯倫貝謝公司在遠程實時作業(yè)中心開展地震導向鉆井（Seismic Guided Drilling）。將地震資料同隨鉆測井資料相結合，及時修正三維地質模型，預判鉆頭前方的地質不確定性和鉆井風險，從而及時調整井身結構、鉆井參數(shù)和鉆井液密度、鉆井目標和井眼軌跡，引導鉆頭準確地鉆達目標。案例33、鉆井信息化60遠程實時作業(yè)中心是鉆井信息化的一個重要組成部分，正發(fā)揮越來

26、越重要的作用。殼牌、斯倫貝謝、威德福、NOV等公司正在開發(fā)更加智能的下一代自動化鉆井軟件包，將更好地支持自動化鉆井，進一步推動鉆井智能化。3、鉆井信息化61匯報內(nèi)容一、鉆井自動化現(xiàn)狀二、鉆井智能化趨勢三、無人化鉆井前景四、認識與建議62智能化鉆井是自動化鉆井的高級階段，擁有強大的自主判斷、自主決策、自主操作和自主學習等自主功能。主要由地面智能化、井下智能化和智能鉆井專家系統(tǒng)構成。智能鉆井專家系統(tǒng)地面智能化井下智能化二、鉆井智能化趨勢63管柱連續(xù)運動鉆機當井深超過4500米時，平均每次起下鉆前前后后要花一兩天時間。如能提高起下鉆速度，則可縮短鉆井周期。為此，挪威WeST鉆井產(chǎn)品公司設計了一種管柱

27、連續(xù)運動鉆機（Continuous Motion Rig，簡稱CMR鉆機）。1、地面智能化64三單根立柱額定起下鉆速度3600米/小時雙單根立柱額定起下鉆速度2700米/小時單根定額起下鉆速度1800米/小時1、地面智能化最大提升能力2 x 750噸最大鉆深能力12000米井架高度55米最大提升能力2 x 125噸井架高度33米最大提升能力2 x 200噸井架高度40米65主要特點（1 1）提高作業(yè)效率）提高作業(yè)效率 連續(xù)起下鉆在起下鉆過程中鉆桿做連續(xù)、快速和勻速的軸向運動，在運動中完成上卸扣，而不像常規(guī)鉆機那樣需要停下來進行上卸扣。額定起下鉆速度3600、 2700、1800米/小時，而常規(guī)

28、鉆機的起下鉆速度只有600900米/小時； 連續(xù)下套管套管在連續(xù)下入過程中完成連接。額定下套管速度900米/小時。1、地面智能化66主要特點 連續(xù)循環(huán)在起下鉆和鉆進過程中，鉆井液的循環(huán)不間斷，有利于實施控壓鉆井，提高作業(yè)安全性。 連續(xù)鉆進在鉆進過程中，不用為接單根而停鉆和停泵，可以邊鉆進邊接單根，從而提高作業(yè)效率。1、地面智能化連續(xù)循環(huán)與連續(xù)鉆進過程示意圖671、地面智能化主要特點（2 2）提高作業(yè)安全性）提高作業(yè)安全性實現(xiàn)鉆井作業(yè)過程的全自動，無需鉆臺工和井架工，避免人員受傷；連續(xù)起下鉆可減少或避免壓差卡鉆，以及激動和抽吸作用引起的井筒壓力波動，有利于維持井壁穩(wěn)定；連續(xù)循環(huán)有利于降低起下鉆、

29、接單根和下套管期間可能發(fā)生的井下復雜情況。連續(xù)鉆進同樣可避免接單根期間可能發(fā)生的井下復雜情況（3 3）降低鉆井成本）降低鉆井成本因作業(yè)效率的提高，鉆井周期有望縮短15%以上。鉆井周期的縮短和作業(yè)安全性的提高所帶來的效益，完全可以抵消鉆機日費的增加，并有望降低鉆井成本。 681、地面智能化主要缺點主要缺點井架的高度和重量有所增加；鉆機相對復雜，預期成本高，鉆機日費高，維修保養(yǎng)費用高。691、地面智能化研發(fā)現(xiàn)狀及前景展望研發(fā)現(xiàn)狀及前景展望現(xiàn)已完成了四款鉆機設計，未來兩三年將制造樣機并進行現(xiàn)場驗證。一旦驗證成功并投入商業(yè)應用（公司計劃2015年以后投入商業(yè)應用），CMR鉆機無疑將成為新一代鉆機，代表

30、鉆機技術的一次重大突破，將鉆機自動化和智能化水平提升到一個新高度，有望大幅度縮短鉆井周期，并在陸上和海上鉆井中得到推廣應用。701、地面智能化智能井控制系統(tǒng)集成強大的井控系統(tǒng)和未來的智能控壓鉆井系統(tǒng)，具有智能井控和智能控壓鉆井能力，大幅度減少非生產(chǎn)時間，提高作業(yè)效率和安全性，將成為大中型鉆機的標配設備。強大的井控系統(tǒng)智能控壓鉆井系統(tǒng)智能井控制系統(tǒng)+71超級鉆頭或智能鉆頭井下實時、高速、大容量信道井下智能導向鉆井系統(tǒng)智能鉆井液井下智能化2、井下智能化72超級鉆頭或智能鉆頭未來的超級鉆頭在高效輔助破巖方法的支持下，破巖效率更高。未來的智能鉆頭，不僅破巖效率高，還攜帶傳感器，能夠實時監(jiān)測鉆井工程參數(shù)

31、、鉆頭工況，實時測量鉆進中的地層。哈里伯頓正在開發(fā)一種帶地質導向儀的鉆頭，可以隨時防止鉆頭在薄儲層或特殊復雜地層里面通天或穿底。智能鉆井液未來的智能鉆井液將基于納米添加劑，擁有更廣的地層適應性，具備自主穩(wěn)定井壁、自主堵漏等多種自主功能，更好地保護儲層和維持井筒完整性。2、井下智能化73井下實時、高速、大容量信道目前應用最廣的井下信息傳輸方式是泥漿脈沖和電磁波，音波傳輸方式已投入商業(yè)應用，但它們的數(shù)據(jù)傳輸速率還比較低，依然不能很好地滿足隨鉆地層評價、隨鉆地質導向和井下自動化的需要，因此迫切需要發(fā)展井下實時、高速、大容量信道。2、井下智能化74井下實時、高速、大容量信道NOV“軟連接”智能鉆桿(商

32、業(yè)化應用) 在鉆桿中預埋電纜； 鉆桿緊扣以后，兩感應環(huán)并不直接接觸，而是通過電磁感應實現(xiàn)電纜“軟連接”； 信號在傳輸過程中同樣有衰減，需要每隔350450米安裝一個信號放大器（中繼站）； 數(shù)據(jù)傳輸速率高達5.76萬bps，而且不受流體類型的限制； 地面、井下構成一個寬帶網(wǎng)絡，實現(xiàn)全井筒實時監(jiān)測。2、井下智能化75井下實時、高速、大容量信道NOV“軟連接”智能鉆桿2、井下智能化不足 與其他任何一項新技術一樣，智能鉆桿遙測系統(tǒng)也有其不足之處，主要是：（1）需要使用預裝數(shù)據(jù)電纜的鉆桿、加重鉆桿、鉆鋌、隨鉆震擊器等鉆具，它們的成本很高；（2）每隔350450米要安裝一個信號放大器，一旦其中任何一個信號

33、放大器失靈，就可能影響信號的雙向傳輸；信號放大器IntelliLink76井下實時、高速、大容量信道NOV“軟連接”智能鉆桿2、井下智能化不足（3）完成上扣后，鉆桿接頭兩端的感應環(huán)之間有一定間隙，因此不能通過這種有纜鉆桿能鉆桿為井下信號放大器、MWD、LWD、地質導向儀、旋轉導向鉆井系統(tǒng)等井下儀器、工具供電。77井下實時、高速、大容量信道NOV“軟連接”智能鉆桿2、井下智能化前景展望NOV公司的智能鉆桿已得到了哈里伯頓、貝克休斯、斯倫貝謝和威德福等國際一流的油田技術服務公司的支持，他們都開發(fā)了與之相匹配的井下接口短節(jié)。這種智能鉆桿已投入商業(yè)應用，提高了鉆井效率，縮短了鉆井周期，降低鉆井成本。展

34、望未來，隨著復雜工藝井的不斷增加，智能鉆桿的應用前景樂觀。78井下實時、高速、大容量信道美國Fiberspar公司有纜復合材料連續(xù)管（智能連續(xù)管）內(nèi)置電力線，向井下供電；內(nèi)置信號線，數(shù)據(jù)高速、雙向傳輸；耐腐蝕；重量輕，運輸方便；成本低。2、井下智能化79井下實時、高速、大容量信道2、井下智能化有纜復合材料連續(xù)管（智能連續(xù)管）混合型連續(xù)管鉆機井下電動鉆具及自動導向系統(tǒng)通過內(nèi)置電纜向井下供電數(shù)據(jù)高速、雙向傳輸自動導向電動連續(xù)管鉆井展望未來，全自動的混合型連續(xù)管鉆機+智能連續(xù)管+井下電動鉆具及自動導向系統(tǒng)將大大提升連續(xù)管鉆井的自動化水平，有望實現(xiàn)智能連續(xù)管鉆井，這是實現(xiàn)智能化鉆井的另一個途徑。80井

35、下實時、高速、大容量信道Reelwell管中管（試驗中）管中管充當同軸電纜，向井下供電，高速傳輸數(shù)據(jù)（6.4萬bps）雙向通訊2、井下智能化81井下實時、高速、大容量信道未來展望井下信道將向多樣化、高速、大容量、高可靠方向發(fā)展，根本解決井下數(shù)據(jù)的傳輸問題，很好地滿足隨鉆地層評價、隨鉆地質導向、隨鉆前探和井下自動化、智能化的需要。2、井下智能化82井下智能導向鉆井系統(tǒng)未來的井下智能導向鉆井系統(tǒng)是當今旋轉導向鉆井系統(tǒng)的升級換代產(chǎn)品，其主要特點包括：隨鉆測井功能更強，并有隨鉆前探能力；隨鉆取樣及實時分析；通過智能鉆桿實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速、雙向傳輸；旋轉閉環(huán)導向；智能三維導向：具備所有定向鉆進功能，自動引導

36、鉆頭向“甜點”鉆進。2、井下智能化83未來的智能鉆井專家系統(tǒng)將地面智能化和井下智能化組成一個有機整體，實現(xiàn)大閉環(huán)控制，統(tǒng)一指揮，協(xié)調行動。未來以智能鉆井專家系統(tǒng)為核心的遠程實時控制中心，將具有更強大的功能、更高的智能化水平、更強的自主學習和記憶、自主決策能力，并具有一定的遠程控制能力，大幅度減少現(xiàn)場人員，顯著提高鉆井效率和安全性，降低綜合成本，并成為未來數(shù)字油田實時三維可視化數(shù)據(jù)中心的一個重要組成部分。云計算人工智能遠程控制智能鉆井專家系統(tǒng)遠程實時控制中心更強大的功能更高的智能化水平更強的自主學習和記憶、自主決策能力3、智能鉆井專家系統(tǒng)84匯報內(nèi)容一、鉆井自動化現(xiàn)狀二、鉆井智能化趨勢三、鉆井無

37、人化前景四、認識與建議85在近海油氣生產(chǎn)中，現(xiàn)已大量應用無人值守的生產(chǎn)平臺。隨著鉆井自動化、智能化水平的不斷提升，以及機器人技術、信息技術、遠程控制等技術的發(fā)展，鉆井無疑也將向無人化方向發(fā)展。目前國外在研或設想的無人化鉆井系統(tǒng)主要包括：獾式鉆探器；機器人鉆井系統(tǒng)；海底鉆機。三、鉆井無人化前景861、獾式鉆探器常規(guī)勘探鉆井鉆機泥漿套管、水泥大量燃料二三十人惡劣的地面條件費用大風險大87不用鉆機和鉆桿主要靠自身重量施加鉆壓自帶電纜，邊鉆進邊施放電纜通過電纜向井下供電，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)高速、雙向傳輸井下電動鉆具自埋式（不用泥漿，也不用水泥套管固井）1、獾式鉆探器獾式鉆探器（挪威獾式鉆探器公司）881、獾式

38、鉆探器操作操作獾式鉆探器的操作非常簡單。在海上，可通過一艘補給船將其吊在海里，借助水下機器人放到海底的開鉆位置。接通電源后，靠其自身重量開始自動鉆進。獾式鉆探器是一次性的，一旦開鉆，就不起鉆，因為上方井筒被壓實后的巖屑所充填。891、獾式鉆探器獾式鉆探器實質上是一種無鉆機的井下自動鉆探器，有望大幅度降低勘探成本。但其潛在的不足有：（1）不用鉆井液也許是獾式鉆探器的致命缺陷，導致鉆屑難以及時清除，重復破碎在所難免，破巖效率低，鉆速很慢，鉆頭和井下電動鉆具得不到冷卻，難以保證長壽命。（2）無法起鉆更換鉆頭和電動鉆具，井下系統(tǒng)一旦中途失效，則無法鉆達目標。當前在有泥漿冷卻的情況下，鉆頭和井下電動鉆具

39、一次下井完成兩三千米是小概率事件。在無泥漿冷卻的情況下，概率更小。（3）巖石破碎后，體積增大，要將其全部壓入上方井筒并確保不下墜，難度很大。在大力擠壓巖屑的過程中如何確保電纜完好無損也是個難題。（4）由于所鉆的井筒被巖屑充填，只能用于油氣勘探或永久監(jiān)測，不能轉為開發(fā)井。901、獾式鉆探器前景展望前景展望獾式鉆探器的研發(fā)工作尚在進行中，且進展不大，目前尚處樣機開發(fā)和試驗階段。樣機的功率約10千瓦，長度約25米，設計鉆深能力3000米。未來一旦研發(fā)成功，無疑將是勘探鉆井的一次革命，但因存在諸多不足，研發(fā)成功的難度超乎想象。研發(fā)中的獾式鉆探器 91研發(fā)中的機器人鉆井系統(tǒng) 挪威機器人鉆井系統(tǒng)公司與美國

40、國家航空航天局（NASA）合作人工智能機器人+遠程控制無人化鉆井所配備的人工智能機器人具有自主學習、記憶和判斷、自主決策、自主操作等功能，不僅能自主完成簡單重復性操作，還能完成復雜操作。 研發(fā)中的人工智能機器人2、機器人鉆井系統(tǒng) 922、機器人鉆井系統(tǒng) 優(yōu)勢全自動：地面操作實現(xiàn)全自動；智能化：整個系統(tǒng)具有很高的智能化水平，以及自主操作和自主決策等自主能力。無人化：現(xiàn)場無作業(yè)人員，多學科專家團隊在遠程實時控制中心進行遠程控制。安全環(huán)保：現(xiàn)場無作業(yè)人員，顯著提高了作業(yè)的安全性。整個鉆井系統(tǒng)設計緊湊，占地面積小。不足：機器人鉆井系統(tǒng)非常復雜，可靠性是個潛在的問題；維護保養(yǎng)也是個問題；制造費用和使用費

41、用一定很高。932、機器人鉆井系統(tǒng) 機器人鉆井系統(tǒng)尚處實驗室研究階段。因研發(fā)難度很大，我們認為未來10年內(nèi)研發(fā)成功的概率很小。未來一旦研發(fā)成功，將首先應用于深水超深水、北極、沙漠等惡劣環(huán)境，并給鉆井帶來一次深刻的革命。即使研發(fā)不成功，也將在一定程度上推動鉆井向自動化和智能化方向的發(fā)展。94 由于深水鉆井環(huán)境十分惡劣（風、浪、流、冰等），深水鉆井需要大型浮式鉆井裝置半潛式鉆井平臺和鉆井船。它們的造價極高，目前平均造價在5億美元以上，鉆機日費最高的已超過70萬美元。暴漲的鉆機日費大幅度推高了深水鉆井成本。倘若不用大型浮式鉆井裝置就能鉆井，必將節(jié)省大量的鉆井成本，還能避開惡劣的海洋環(huán)境對鉆井作業(yè)的干擾。為此，國外有人提出了海底鉆機的設想，并有多家公司參與研究，提出了多種方案 。3、海底鉆機 953、海底鉆機 研發(fā)中的機器人鉆井系統(tǒng) 海底鉆機示意圖963、海底鉆機 主要特點主要特點這些海底鉆機方案的共同特點主要是： 無需鉆工。 壓力補償式密閉裝置：零排放。 全自動化：鉆井、完井和修井。 遙控：司鉆只需在小型浮式輔助船上進行遙控。浮式輔助船還用于運送海底鉆機模塊