沒有最全只有更全 國內外智能鉆完井技術“大”盤點

自20世紀80年代以來，智能鉆完井技術開始進入人們的視野，信息技術、微電子技術、機器人技術和通信網絡技術與鉆完井工程不斷緊密結合和集成化發展，大大促進了石油鉆采技術的革新，決定了石油科技的未來，本文便對這些技術進行了梳理和盤點。

一些復雜地質條件下的復雜結構井、超深井、超大位移井、深水鉆井和特殊工藝井，難免遇到一些非均質性、不確定性、非結構性的難題，因此，迫切需要借助信息技術、智能技術和當代高端科學技術，從而為智能鉆完井技術的理論與技術帶來發展契機。

下面，石油圈就對智能鉆井及智能完井技術發展歷程以及技術展望進行介紹，并對最近幾年推出的智能鉆井以及智能完井技術與裝備進行盤點。

一、智能鉆井技術

1.智能鉆井技術發展歷程

第一代智能鉆井技術主要依托有限的數據傳輸技術和井下電池、渦輪發電機供電的條件，來進行鉆進作業，具有代表性的是MWD工具的使用。

基于電子鉆柱的第二代智能鉆井技術可以和LWD、PWD、SWD、NRWD、GST、RST、DDS等井下隨鉆測控工具以及與之配套電控儀表工具，進行有效地集成使用，以對接式電子鉆柱、感應式電子鉆柱、連續軟管（CT）電子鉆柱結構為代表的第二代智能鉆井技術將更全面地更高水平地實現智能化、信息化和自動化鉆井。

2.智能鉆井技術介紹

（1）地面設備

地面自動化鉆井主要包含絞車及自動送鉆裝置、頂部驅動鉆井裝置、鉆井管柱自動化操作裝置和一體化司鉆控制系統，目前世界最先進的自動化鉆機基本實現了由1名操作人員通過計算機控制鉆井作業的全過程。

目前，輕型自動化鉆機的代表有：英國Strachan and Henshaw 公司RAD鉆機、BP與美國Phonex Alaska Technology公司聯合研制的輕型自動化鉆井系統 （LADS）等。

另外，德國Wirth公司和NOV公司推出新型單軸傳動絞車，突破了多軸結構和鏈條傳動的傳統模式，簡化了絞車結構，提高了傳動效率，降低了鉆井成本。

ProTorque 公司最新推出的CRT快速下套管工具，可以從頂驅監測組裝過程，并記錄扭矩、圈數和鉤載數據，能夠簡化作業流程并且使停工時間最小化。其提升載荷為120~660 噸；輸出扭矩可達13，000~85，000 ft. lbs。

Volant CRT公司weCATT扭矩接頭及扭矩分析監測工具

在鉆井管柱自動化操作裝置方面，挪威EDM、加拿大CANRIG、NOV、威德福、Robotic Drilling Systems AS （RDS）公司等幾家大的石油鉆井設備公司都相繼開發出了類似的鉆井管柱輸送及測量裝置，實現了鉆井管柱安全、可靠地從地面臺架自動輸送到鉆臺，并同時完成其長度的測量和后續處理。

（2）井下送電

井下送電技術的研究可追溯到上世紀40~50年代初，前蘇聯和美國General Electric研制的一種電鉆桿，后至20世紀80-90年代，法國IFP公司研究唇密封的電鉆桿，發展至今，有 3 種較為可行的供電方法，即高性能電池、井下渦輪發電機以及導線傳輸。

2007 年 4 月，美國佐治亞理工學院開發出由超聲波驅動的直流納米發電機，能收集周圍環境中微小振動機械能并轉變為電能，為傳感器、探測器、等納米器件提供能量。2007 年 8 月，法國研究人員發明的基于 SiC 納米線的納米級交流發電機，可為納米級電子機械系統提供動力，并有助于加速電子產品的超微型化。關于井下渦輪發電機技術，我國也已有數十項專利。

（3）智能鉆柱

智能鉆柱包括智能鉆桿及其接頭、智能油管等。市場上比較常見的有美國GRANT PRIDECO公司智能鉆桿、NOV公司Intelliserv智能鉆桿技術以及海隆智能鉆桿等。

海隆智能鉆桿

其中，海隆石油管材研究所的智能鉆桿采用了高溫高壓密封接頭結構，此結構能適應溫度-250~600℃，壓力為300MPa的惡劣環境，有效解決了智能鉆桿在密封、絕緣等問題上存在的不足，同時具有耐腐蝕、壽命長等特點。

（4）井下工具

目前智能鉆井的井下工具主要包括鉆井導向工具、智能接頭、智能擴眼工具、智能連續油管以及其他智能鉆井工具等。比較有代表性的有威德福公司的 Jet Stream循環接頭、RipTide隨鉆擴眼工具、Revolution旋轉導向系統（RSS）、貝克休斯AziTrak地質導向工具和TeleCoil智能連續油管技術、Smart Drilling 公司Scout 三維旋轉導向系統、Intelligent drilling tools（IDT）公司 iDisc智能循環和丟手工具、Tolteq公司 iDM智能定向工具和SureMate一體化智能扶正器、Geolink公司隨鉆測井系統以及榮獲2016年OTCASIA大會評選出的五項成果獎之一的iCWD 智能循環短節（MIT Technologies公司），而我國也在863項目中自主創新研制出了首套導向鉆井系統MRSS。

威德福Jet Stream循環接頭采用先進的無線射頻識別技術（RFID）

3.智能鉆井技術發展趨勢分析

綜合近幾年全球石油開采技術革新情況來看，智能鉆井方面的研究動向主要有兩點：第一，傳感檢測技術，尤其要滿足高溫高壓的井下參數的檢測技術、電力及信號在鉆井過程的傳輸問題和決策系統的建立等；第二，決策系統的研究、現場試驗及完善將是智能鉆井配套技術持續研究的內容。

未來智能鉆井系統將主要由高壽命智能鉆頭、高智能微型機器人、軸承組、機械密封、變速箱、電機、潤滑油補充系統、斷開接頭、CT接頭及復合材料連續油管（CCT）構成。

二、智能完井技術

1.智能完井技術發展歷程

20世紀80年代末，智能完井技術通常只限于對采油樹和油嘴附近的地面傳感器進行遠程監控、對地下安全閥進行遠程液壓控制、對采油樹閥門進行液壓或電動液壓控制。隨著該技術的發展和智能控制系統的成功運用以及各種永久性置入傳感器可靠性的提高，作業者開始考慮對井筒流體進行直接控制。

90年代后期，貝克休斯、斯倫貝謝、ABB和Roxar等幾家公司都開發了對井下進行監控的智能完井技術。而目前主要有三種智能完井系統：全電子智能元件系統、光纖傳感器的水力系統和具有電子永久性井下參數測量儀的水力系統。

2.智能完井技術介紹

（1）井下動態監測系統

井下動態監測系統包括井下信息采集傳感系統、井下數據傳輸及連通系統兩方面內容。其中信息采集傳感系統主要涉及溫度/壓力傳感器、流量及流體組分傳感器、儲層成像技術。光纖傳感器的發展成為熱點，尤其是威德福公司已經開發出適用于井下的光纖式壓力、溫度、流量傳感器，以及美國石油生產和油田服務公司與得克薩斯州奧斯丁大學合作開發的納米傳感器。

威德福2013年推出的OmniWell系統可避免修井作業，改善油藏管理，其含有電子硅絕緣片（SOI）計量表、光學傳感器及石英壓力計等，可監測壓力、熱量、流量和地震活動。這些工具能夠進行數據采集、信息管理以及井型分析工作，幫助作業者更準確地認識油藏。

OmniWell系統示意圖

此外，斯倫貝謝 WellWatcher油藏及井下狀況實時監測系統、貝克休斯 MultiNode全電動智能井地面控制系統、哈里伯頓地面監測、控制系統均具一定代表性，此外，我國的光纖監測技術最近幾年也以飛快的速度向前發展，該領域最具代表性的公司是北京蔚藍仕，其光纖永久式井下溫度壓力監測系統以及稠油熱采生產過程在線測井系統都達到了國際前沿水平。

（2）井下流體控制系統及技術

井下流體控制環節是智能完井系統關鍵技術，主要包括層段控制閥和封隔器。近幾年該領域不斷推陳出新，比如Welldynamics公司層間控制閥（IV-ICV、HV系列控制閥、CC-ICV等）、井下流量控制閥（HS-ICV、MC-ICV、eRED-HS、sSteam 蒸汽注入閥門等）、產層隔離裝置（HF-1可回收套管完井封隔器、MC套管井封隔器等）、CheckStream化學藥劑注入控制閥、EquiFlow AICD以及其他智能完井輔助配件等。

哈里伯頓控制線纜槽式短節以及FMJ連接器

此外，比較有代表性的還有斯倫貝謝井下多產層流量控制閥（TRFC-HN、WRFC-H等）、隔離封隔器（XHP、XMP等）和 HLWM液控管線濕式連接工具、貝克休斯HCM-Plus、HCM-A滑套和AFCD井下流量控制裝置、威德福遠程操控層段控制閥和 RFID壓裂滑套工具以及中國石油勘探開發研究院的井下液控多級可遙控控制閥和穿越式封隔器等。

（3）井下優化開采系統

目前性能較好的幾種井下優化開采系統有哈里伯頓 SCRAMS遠程油藏分析和管理服務系統、Expro公司 CaTS無線遙測控制系統以及斯倫貝謝Manara生產和油藏管理系統和 IntelliZone Compact 多產層管理控制系統。

斯倫貝謝IntelliZone結構圖

斯倫貝謝2015年推出的 IntelliZone Compact 多產層管理控制系統由多通道封隔器、流量控制閥（地面控制）、溫度壓力傳感器（線控長度15000ft）、多點模塊、管線快速接頭、地面控制系統以及WellBuilder系統和地面操作軟件構成，只用5條管線就可控制井下15個緊湊型模塊，提供每個產層的溫度、壓力數據，無論是通過本地的SCADA系統或者遠程連接都能實現優化儲層開采、實時監測井底條件變化的目的。

（4）完井管柱與工藝

在完井管柱與工藝方面，斯倫貝謝、哈里伯頓和貝克休斯的技術一直處于領先，最常見的有Manara 智能完井系統、SmartWell智能完井系統、InForce智能完井系統以及InCharge智能完井系統等。

常規Manara智能完井管柱（水平井）

斯倫貝謝2015年推出的Manara采油與油藏管理系統能夠對井下情況進行永久監控，并對每一井眼分支的不同目的層進行實時的流量控制，每一層位都有集成性的監測與控制組件，可對含水率，流速，壓力和溫度進行測量，識別一口井內不同層位的開采特征。該系統的電感耦合器嵌入到套管/油管接頭中，將數據在井下和地面之間進行無線傳輸。單一的電力控制線將每個監測控制組件連在一起，將整個系統連接到井口，大大簡化了井口設備。

3.智能完井技術發展趨勢分析

隨著智能完井技術的成熟，它的應用領域將繼續得到擴展，前景一片光明。就目前來看，射頻識別技術和光纖技術的發展短期內將會推動智能完井技術的發展。此外，由于永置式光纖監測技術避免了電纜監測技術中電磁干擾，提高了監測精度和傳輸距離，且體積較小，相對于傳統的井下系統，逐漸成為了智能完井系統的可靠選擇。

以上僅簡單綜述了智能鉆完井技術的進展并闡述了一些極具代表性的智能鉆完井技術和裝備，文中所提及的相關技術裝備均在石油圈《國內外智能鉆完井技術調研報告》中進行了詳細敘述。

三、《國內外智能鉆完井技術調研報告》

石油圈一直致力于廣泛搜羅追蹤行業內最新前沿裝備技術信息，逐漸對智能鉆完井領域有了自己的一些認知和思考，經過4個月的信息檢索、組稿和專家審核，終于醞釀出一份6萬余字的《國內外智能鉆完井技術調研報告》，除了《石油圈》刊物中涉及的重要智能鉆完井技術最新裝備信息，還囊括了國內外在智能鉆完井領域的重要研究成果，并經過了中海油多位技術專家的審核，更讓我們欣慰的是，這份報告還得到了部分高校老師和企業的一致認可。

信息的分享和認可才能最大化體現其價值，以下便是該報告的主體內容，如果您所涉及的行業與該領域相關，想要了解更多詳細內容和更多技術，或者您對這份報告感興趣，歡迎您向小編洽商垂詢！

作者/魏亞蒙

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