科技日报 记者 王延斌 通讯员 李亚男
在短短29天内，中国石化胜利石油工程公司（以下简称“胜利石油工程公司”）70169SL队成功钻探至井深6080米，刷新了页岩油钻井的全新纪录。
11月29日，科技日报记者从该公司了解到，这一又深又快的新纪录，得益于采用了钻井液智能坐岗系统。
打造AI泥浆工程师
页岩油生产过程一般包括前期勘探和准备、从开始钻井到生产、钻成新井后可转化为完井等几个步骤。
胜利石油工程公司钻井专家路峰介绍，页岩油开发时，钻井过程中压力达到地层破裂阈值时会引起井漏，而低了地层流体就会往外溢流。“之前都是凭借老师傅的经验去调配密度。这种方式极易因为习惯、疏忽等因素出现问题，使得钻井液的密度控制变得非常难。这也增加了井控安全管理的压力。而依靠钻井液智能坐岗系统，工作人员便能及时、准确地获知溢流和井漏漏失的情况。这不仅可以给现场的工作人员提供重要数据，确保施工的安全，而且由于系统可以记录不同的地质地层情况，再次遇到类似情况就能够提供参考，在节省人力的同时提高了效率。”路峰说。
钻井液对于钻井就像血液对于人体一样重要，故而也被称为“钻井的血液”。其能起到携出井下钻屑并控制井内压力，以及冷却和润滑钻头、钻具等作用。
“钻井液智能坐岗系统就好像在钻井现场打造的一个AI泥浆工程师。它不知疲倦，能够24小时精确无误地工作。”胜利石油工程公司70169SL钻井队泥浆组长刘岩岩说，它就像人眼一样能够实时捕捉到地面的泥浆工程师无法直接观察到的施工情况，从而帮助工程师更好地掌控全局，确保安全。
如果说智能坐岗系统的特点是精准，那么智能钻头的特点则是智慧。工作中，智能钻头不仅能像“眼睛”一样感知到地层的信息，还能够通过内置的智能算法分析和处理相关信息，从而实现对地层的精准识别和判断、创造一个个纪录。
迈过智能钻头难题
何为智能钻头？胜利石油工程公司智能钻头项目负责人黄哲提到了国外探管式与偏置式两种钻头。
“探管式测量就像是给钻头戴上了一个‘项链’。虽然这种方法能直接测到一些运动参数，但因为太松感受不到受力，所以无法准确知道钻头的钻压和扭矩有多大。”黄哲说，偏置式测量就像是给钻头侧壁打了个“耳洞”，打完洞后，工作人员需要把一个小型的“测力计”——测量模块硬塞进去，让它和钻头连在一起，进而实现测量。在这种方法下，工作人员虽能感受到钻头的应力，但很多时候因为“耳洞”打得不对称，这个“测力计”在复杂的振动和应力环境中，就像是被各种声音和力量包围，很难将钻压、扭矩、弯矩、热应变等区分开来。
看得出，上述两种设计思路并不完美。这让黄哲坚定了另辟蹊径研发国产智能钻头。
而启发黄哲展开研究的契机出现得非常偶然。一天，他在与好友打游戏时，游戏里火炮弹道从立体到平面的视角切换让他灵光一闪。随后，他便迅速跑回办公室开始设计推导验证，最终明确了棱柱式的阵列结构。
“棱柱是空间几何体，但它的投影在地面上就是一个规则的多边形。这个影子就像平面图形一样，中间是空的，通道是畅通的。只要我们在轴向上，将相对的传感器在垂直方向上翻个面，就能在数学上实现传感器的测量结果互不干扰，也就可以统筹空间与平面两种设计思路的优缺点了。”黄哲说，这种从无到有的全新思路，帮助该团队迈过了第一个难关。
而数据的推算方法，则是拦在黄哲面前的第二道难题。
引入随机噪声测试后黄哲发现，算法在转速求解方面受噪声干扰大。而究其根本，是因为算法中没有考虑各物理参量间的内部联系。于是，他们引入物理约束校正数据。在新方法的助力下，推算误差实现了显著降低。
“我们还仿照鸟群捕食信息共享策略，建立了多目标的钻井参数方案评价模型，实现快速高效收集共享信息。这样一来，测量时，工作人员就可以通过钻前分析和钻时校正，为全自动钻机提供送钻最优参数路线，规避井下风险、提高钻井效率。”黄哲说。
据了解，黄哲团队的上述装备已经在胜利工区开展现场应用，其在钻井提速优化、提速工具设计、T型井轨迹测量、钻井风险分析与科学钻井决策等场景上，取得了较好的应用效果。
