短短29天內，中國石化勝利石油工程公司（以下簡稱“勝利石油工程公司”）70169SL鉆井隊成功鉆探至井深6080米，刷新了頁巖油鉆井紀錄。勝利石油工程公司頁巖油鉆井鉆得深、打得快，“鉆井液智能坐崗系統(tǒng)+智能鉆頭”功不可沒。

“AI泥漿工程師”顯身手

在開采頁巖油的過程中，如果鉆井時施加的壓力太大，達到地層的承受極限，就會導致地層裂開，出現(xiàn)井漏；而如果壓力不夠，地下的油、水或氣體就會流出來，形成溢流。在控制井內壓力方面，鉆井液發(fā)揮著至關重要的作用。鉆井液對于鉆井，就像血液對于人體一樣重要，被稱為“鉆井的血液”。通過調節(jié)鉆井液的密度和性能，可以平衡地層壓力、應對復雜地質條件，提高鉆井效率。

然而，鉆井液的密度控制是個難題。勝利石油工程公司鉆井專家路峰介紹，過去，工作人員往往根據(jù)老師傅的經(jīng)驗進行鉆井液密度的調配，極易因為習慣、疏忽等因素出現(xiàn)問題，井控安全管理的壓力特別大。“現(xiàn)在，鉆井液智能坐崗系統(tǒng)能及時、準確告訴我們溢流和井漏情況，給現(xiàn)場的工作人員提供重要數(shù)據(jù)，確保施工安全。不同地質地層的情況，也會被系統(tǒng)記錄下來，當再次遇到類似情況就可以作為參考，既節(jié)省人力又提高效率。”路峰說。

“鉆井液智能坐崗系統(tǒng)好像在鉆井現(xiàn)場打造的一個‘AI泥漿工程師’。它不知疲倦，能24小時精確無誤地工作。”勝利石油工程公司70169SL鉆井隊泥漿組長劉巖巖說，它能實時捕捉到地面的泥漿工程師無法直接觀察到的施工情況，幫助工程師更好掌控全局，確保安全。

智能鉆頭成為“千里眼”

鉆井作業(yè)過程中，不僅需要能實時捕捉施工情況的“工程師”，還需要能對深層地層狀況做出精確判斷的“千里眼”。智能鉆頭就是這只“千里眼”，它不但能感知地層信息，還能通過智能算法對其進行分析處理。

勝利石油工程公司智能鉆頭項目負責人黃哲介紹，國際上的智能鉆頭產品主要有探管式和偏置式兩種設計思路，但這兩種思路都不完美。探管式測量的缺陷在于它雖然能測運動參數(shù)，但無法準確感知鉆頭的受力和鉆壓、扭矩；偏置式測量在復雜環(huán)境中難以準確區(qū)分和解密各種應力和力矩。

黃哲下定決心：要研發(fā)國產智能鉆頭。經(jīng)過艱苦攻關，黃哲團隊解決了兩大難題。一是設計難題，二是數(shù)據(jù)推算難題。

在設計方面，團隊提出了棱柱式陣列結構。黃哲介紹，在棱柱的軸向上，將相對位置的傳感器進行垂直方向的翻轉布局，就能在數(shù)學層面實現(xiàn)傳感器測量結果的相互獨立，有效避免干擾。這種全新設計思路，成功融合了空間與平面設計的優(yōu)勢。

在數(shù)據(jù)推算方面，團隊運用多種方法提升測算準確性。引入隨機噪聲測試時，黃哲發(fā)現(xiàn)算法在轉速求解上受噪聲干擾大，這是因為算法中沒有考慮各物理參量間的內部聯(lián)系。于是，團隊引入物理約束校正數(shù)據(jù)，顯著降低推算誤差。

“我們還仿照鳥群捕食信息共享策略，建立了多目標的鉆井參數(shù)方案評價模型，可以快速高效收集共享信息。鉆井時，工作人員可以通過鉆前分析和鉆時校正，為全自動鉆機提供送鉆最優(yōu)參數(shù)路線，規(guī)避井下風險、提高鉆井效率。”黃哲說。

黃哲團隊研發(fā)的智能鉆頭已在勝利工區(qū)開展現(xiàn)場應用。智能鉆頭在鉆井提速優(yōu)化、T型井軌跡測量、鉆井風險分析與科學鉆井決策等場景中，取得了較好應用效果。（記者 王延斌  通訊員 李亞男）