吳泓璇 朱亮 萬(wàn)思懿
摘要:對(duì)于鉆井行業(yè)而言,開(kāi)展數(shù)字化轉(zhuǎn)型是大勢(shì)所趨。本文著重淺析了數(shù)字化發(fā)展的重要意義,分析了國(guó)內(nèi)外鉆井工程數(shù)字化發(fā)展情況。針對(duì)國(guó)內(nèi)鉆井工程數(shù)字化轉(zhuǎn)型,提出了數(shù)字化轉(zhuǎn)型的頂層設(shè)計(jì)和搭建統(tǒng)一的數(shù)字化平臺(tái)兩個(gè)方面的建議。
關(guān)鍵詞:鉆井工程;數(shù)字化;企業(yè)發(fā)展
一、數(shù)字化發(fā)展的意義
1.1 數(shù)字化技術(shù)定義
數(shù)字化是將許多復(fù)雜多變的信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远攘康臄?shù)字、數(shù)據(jù),再以這些數(shù)字、數(shù)據(jù)建立起適當(dāng)?shù)臄?shù)字化模型,把它們轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗卸M(jìn)制代碼,引入計(jì)算機(jī)內(nèi)部,進(jìn)行統(tǒng)一處理。簡(jiǎn)而言之,我們將現(xiàn)實(shí)的繽紛世界通過(guò)人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算這些技術(shù)在計(jì)算機(jī)里進(jìn)行重建,并儲(chǔ)存于計(jì)算機(jī)里的過(guò)程稱(chēng)之為數(shù)字化。
1.2數(shù)字化轉(zhuǎn)型的意義
黨的十九大以來(lái),我國(guó)政府高度重視和發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì),數(shù)字經(jīng)濟(jì)正面臨一次重大的時(shí)代轉(zhuǎn)型。從政策層面看,國(guó)家對(duì)于數(shù)字化轉(zhuǎn)型給予了高度重視。近年來(lái),先后出臺(tái)了《國(guó)務(wù)院關(guān)于深化制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》、《關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見(jiàn)》、以及《關(guān)于推進(jìn)“上云用數(shù)賦智”行動(dòng)培育新經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)施方案》、《關(guān)于工業(yè)大數(shù)據(jù)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》等等。從技術(shù)層面看,移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)深入應(yīng)用與5G商用,計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力的迅速提升,云計(jì)算、邊緣計(jì)算、MEC、工業(yè)云、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)不斷發(fā)展,人工智能和工業(yè)大數(shù)據(jù)掀起應(yīng)用熱潮,工業(yè)機(jī)器人、傳感器被廣泛應(yīng)用,以及VR/AR/MR被越來(lái)越多應(yīng)用于各類(lèi)工業(yè)場(chǎng)景,數(shù)字化轉(zhuǎn)型的支撐技術(shù)已日趨成熟。
二、國(guó)內(nèi)外鉆井工程數(shù)字化技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r
2.1國(guó)外鉆井工程數(shù)字化技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r
20世紀(jì)90年代以前,由于大數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算、高性能計(jì)算等先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)的匱乏,很多自動(dòng)化技術(shù)在鉆井工程中的應(yīng)用還停留在理論模式的建立基礎(chǔ)上。比如Murray A.S在1955年研究了鉆井液柱壓力、地層壓力對(duì)鉆速的影響;Edwards 和Young F.S等人在1965年研究了鉆壓、鉆速與鉆頭壽命之間的關(guān)系;Bourgoyne A.T和Young F.S在1974年通過(guò)多元回歸鉆速方程優(yōu)化鉆壓、鉆速等[1]。
近年來(lái),隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字化概念的提出,國(guó)外石油鉆井公司相繼開(kāi)始建立數(shù)字化鉆井。通過(guò)將鉆井作業(yè)數(shù)字化、可視化,公司總部能更加科學(xué)、高效地完成決策部署,實(shí)現(xiàn)鉆井工作鉆進(jìn)、生產(chǎn)、管理的集中統(tǒng)一。
2.2國(guó)內(nèi)鉆井工程數(shù)字化技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r
目前隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展,國(guó)內(nèi)鉆井工程數(shù)字化技術(shù)進(jìn)展取得了顯著成效。20世紀(jì)中期,我國(guó)開(kāi)始研究噴射鉆井技術(shù),并于1975年在勝利油田試驗(yàn)成功,之后開(kāi)始在全國(guó)范圍內(nèi)推廣。20世紀(jì)末期,在國(guó)家“十一五”規(guī)劃的思想指導(dǎo)下,國(guó)內(nèi)的石油企業(yè)開(kāi)始了鉆井?dāng)?shù)字化建設(shè),標(biāo)志著鉆井?dāng)?shù)字化建設(shè)在國(guó)內(nèi)的萌芽。21世紀(jì)初,“數(shù)字油田”的概念相繼被各大油田提出,隨后,塔里木油田的數(shù)字化項(xiàng)目直接步入國(guó)家“十五”科技重點(diǎn)項(xiàng)目行列。經(jīng)過(guò)多年的建設(shè),大多數(shù)鉆井公司已經(jīng)建立了相應(yīng)的數(shù)字化鉆井?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)。但是同國(guó)外的鉆井?dāng)?shù)字化技術(shù)相比,在鉆井一體化系統(tǒng)和生產(chǎn)一體化體系方面,還有很多需要完善的空間。
三、國(guó)外鉆井工程數(shù)字化的典型案例
3.1哈里伯頓公司Digital Twin—建井4.0數(shù)字化轉(zhuǎn)型
哈里伯頓公司鉆井科學(xué)家Robello教授提出了當(dāng)前國(guó)際油氣服務(wù)公司在數(shù)字化轉(zhuǎn)型、實(shí)時(shí)鉆井、智能鉆井方向的最前沿技術(shù)和最新發(fā)展趨勢(shì)。Robello教授介紹了哈里伯頓科研團(tuán)隊(duì)如何利用Digital Twin(數(shù)字孿生)來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆井過(guò)程的實(shí)時(shí)分析和優(yōu)化。通過(guò)將算法轉(zhuǎn)化為微服務(wù),構(gòu)建于云端的工程模型能夠快速地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并給出優(yōu)化的作業(yè)參數(shù)。在哈里伯頓的測(cè)試中,同樣井段的機(jī)械鉆速?gòu)?0英尺/小時(shí)提升到了198英尺/小時(shí),非生產(chǎn)時(shí)間由13%降低到0,整個(gè)鉆井周期減少了4.25天。
3.2斯倫貝謝公司的DrillPlan數(shù)字建井方案
斯倫貝謝公司利用一種先進(jìn)機(jī)械化與鉆井自動(dòng)化相結(jié)合的鉆機(jī),通過(guò)將物理世界與數(shù)字世界的連接,推出了DrillPlan數(shù)字建井方案,為鉆井隊(duì)提供了一種新的工作方式,作業(yè)者與服務(wù)公司可以訪(fǎng)問(wèn)普通系統(tǒng)中所需的所有數(shù)據(jù)與理論知識(shí),然后創(chuàng)建一個(gè)循環(huán)工作流程,這種方式有效地將地下認(rèn)知與地面作業(yè)相結(jié)合。該方案由井場(chǎng)來(lái)執(zhí)行,從而確保鉆機(jī)在最佳性能下運(yùn)行。該方案系統(tǒng)將鉆井作業(yè)所涉及的所有井場(chǎng)隊(duì)伍與辦公室隊(duì)伍從井場(chǎng)到辦公室連接起來(lái),涉及到從開(kāi)發(fā)地質(zhì)家到鉆井工程師跨領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。
3.3 NOV公司的NOVOS自動(dòng)化鉆井平臺(tái)系統(tǒng)
NOV公司的自動(dòng)化鉆井平臺(tái),通過(guò)管理鉆機(jī)設(shè)備來(lái)執(zhí)行鉆井作業(yè),降低鉆工的勞動(dòng)程度,降低作業(yè)的人工成本。NOVOS自動(dòng)化鉆井平臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)導(dǎo)入鉆井設(shè)計(jì)后,按照所需的鉆井參數(shù)來(lái)執(zhí)行鉆井作業(yè),直至鉆井作業(yè)完成。NOVOS涵蓋了多種應(yīng)用程序,這些應(yīng)用程序可以包含第三方個(gè)性化程序以滿(mǎn)足鉆井需求,同時(shí)也可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況自己研發(fā)所需的軟件模塊,大大增加了鉆井作業(yè)的高效性與安全性。
四、鉆井工程數(shù)字化轉(zhuǎn)型的思考
4.1 開(kāi)展數(shù)字化轉(zhuǎn)型的頂層設(shè)計(jì)
相較于國(guó)外優(yōu)秀鉆井公司相對(duì)成熟的數(shù)字化建設(shè),我國(guó)鉆井公司開(kāi)展數(shù)字化建設(shè)時(shí)期較晚,因此在開(kāi)展頂層設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)加強(qiáng)對(duì)標(biāo)學(xué)習(xí),借鑒國(guó)外鉆井公司數(shù)字化建設(shè)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),結(jié)合鉆井行業(yè)自身的業(yè)務(wù)特點(diǎn),選擇“快速跟隨者”的定位[2],系統(tǒng)謀劃轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略,循序漸進(jìn)推進(jìn)轉(zhuǎn)型實(shí)施。
4.2 搭建統(tǒng)一的數(shù)字化平臺(tái),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一體化融合
數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過(guò)程中,大數(shù)據(jù)資料是必不可少的。因此,在鉆井公司內(nèi)部需要建立統(tǒng)一的生產(chǎn)工程設(shè)備一體化系統(tǒng)平臺(tái),強(qiáng)化數(shù)據(jù)采集審查,確保數(shù)據(jù)采集質(zhì)量,綜合考慮到鉆井行業(yè)甲乙雙方管理的特殊性,加強(qiáng)鉆井各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)共享,打破數(shù)據(jù)孤立分散、相互隔絕的局面。
參考文獻(xiàn)
[1]李維校.基于石油鉆井大數(shù)據(jù)技術(shù)的鉆進(jìn)優(yōu)化控制的研究[D].西安石油大學(xué),2018.
[2]王同良.油氣行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)踐與思考[J].石油科技論壇,2020,39(01):29-33.