劉森峰

（江西省地質(zhì)局第八地質(zhì)大隊，江西 上饒 334000）

三維可視化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域當(dāng)中，實現(xiàn)對各類事物的可視化展現(xiàn)，在鉆井工程當(dāng)中，該技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對鉆井三維仿真模型的建立，以此更加清晰地掌握在鉆井過程中各項參數(shù)的變化情況，可以實現(xiàn)對危險施工事故的有效避免，并進(jìn)一步提高鉆井施工的效率和安全性[1]。而伸縮鉆探技術(shù)也是鉆井施工中常見的一種技術(shù)，利用各類打撈工具和雙管結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對鉆井內(nèi)部結(jié)構(gòu)的勘探，從而為后續(xù)各項施工工作提供技術(shù)條件。

在利用繩索鉆探的過程中，可以進(jìn)一步簡化鉆探作業(yè)難度，不僅能夠提高鉆探效率，還能夠節(jié)約大量的人力物力，在大大提高鉆探質(zhì)量的同時，確保巖心的純度。但目前，由于鉆井作業(yè)的環(huán)境條件逐漸復(fù)雜，并且各類現(xiàn)代鉆井技術(shù)的應(yīng)用使得其設(shè)備的管理難度增加，對于鉆井效率和鉆井質(zhì)量而言都會造成極為嚴(yán)重的負(fù)面影響。因此，為了進(jìn)一步提高鉆井工作的效率和質(zhì)量，本文開展三維可視化及繩索鉆探技術(shù)的工程布置形式研究。

1 三維可視化技術(shù)的分析

伴隨經(jīng)濟(jì)社會高速發(fā)展，對礦產(chǎn)資源的需求量快速增長，為了滿足社會對礦產(chǎn)資源的需求量，相關(guān)技術(shù)人員對于礦產(chǎn)資源的勘探工作不斷加大，與此同時勘探過程當(dāng)中面臨的工作環(huán)境越發(fā)復(fù)雜化，礦產(chǎn)資源開采難度也不斷增加，這些不利因素對于鉆井施工工作也帶來巨大難度，為了進(jìn)一步提高鉆探施工技術(shù)水平，應(yīng)當(dāng)在鉆井工作開展過程當(dāng)中進(jìn)一步擴(kuò)大鉆井、地質(zhì)以及地球物理等各方面的研究工作，運(yùn)用相關(guān)專業(yè)知識以及結(jié)合具體工作實際對鉆探工程科學(xué)布置，才能有效提高鉆井施工效率及其質(zhì)量。而在鉆探施工過程當(dāng)中，三維可視化技術(shù)發(fā)揮著十分重要的作用，應(yīng)用該項技術(shù)就把鉆探過程當(dāng)中涉及到的各類事物進(jìn)行可視化展現(xiàn)，并基于三維可視化技術(shù)手段支撐下直觀呈現(xiàn)這些事物數(shù)據(jù)信息。另外，基于該項技術(shù)還可以再轉(zhuǎn)探施工工作開展之前，對設(shè)計方案是過程當(dāng)中存在的很多不合理的問題以及安全隱患有效排除，增強(qiáng)技術(shù)人員在鉆探施工過程當(dāng)中，各種復(fù)雜信息分析能力，以便鉆探施工更加高效，合理的開展，提高鉆探施工效率及其質(zhì)量。因此，三維可視化技術(shù)在鉆探工程施工過程當(dāng)中發(fā)揮著十分重要的作用。

1.1 有利于優(yōu)化鉆井井眼軌道設(shè)計

在鉆井工程施工過程當(dāng)中，鉆井井眼軌道設(shè)計具有非常大的難度。針對鉆井井眼軌道設(shè)計復(fù)雜程度高的特點，在鉆探施工過程當(dāng)中，便可將三維可視化技術(shù)具有的優(yōu)勢最大程度發(fā)揮出來，鉆井井眼軌道設(shè)計，有效應(yīng)對鉆井井眼軌道設(shè)計遇到的各種難題，保證設(shè)計質(zhì)量。而且在鉆探施工過程當(dāng)中側(cè)井鉆探方面，通過該項技術(shù)應(yīng)用，能夠進(jìn)一步優(yōu)化鉆井設(shè)計方案，確保鉆井施工高效開展，保證施工質(zhì)量。而方案設(shè)計之前，應(yīng)當(dāng)對鉆井周圍環(huán)境開展詳細(xì)的勘測工作，了解鉆井施工區(qū)域的質(zhì)結(jié)構(gòu)特點、地震剖面以及施工區(qū)域老井眼具體位置等各種數(shù)據(jù)，進(jìn)而把獲得的數(shù)據(jù)在計算機(jī)特定軟件當(dāng)中輸入，計算機(jī)軟件便可把獲得的數(shù)據(jù)自動生成頭像資料，便于工作人員結(jié)合這些圖像資料，通過三維可視化軟件有效的移動圖像，并結(jié)合經(jīng)驗合理調(diào)整有關(guān)數(shù)據(jù)。還可通過三維可視化軟件技術(shù)應(yīng)用，對可存在經(jīng)驗的數(shù)據(jù)展開詳細(xì)分析，將老井眼充分顯示出來，滿足約束條件軌跡點。工作人員通過分析這些軌跡點，然后將理想的新井眼軌跡最終確定下來，通過三維可視化技術(shù)應(yīng)用能夠進(jìn)一步提高井眼軌跡精準(zhǔn)性。

1.2 對鉆探的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析

鉆探施工工作具有很大的難度系數(shù)，稍有差錯，都可能會對整個狀態(tài)施工工程帶來不良影響，降低施工效率，影響施工進(jìn)程，同時也使得有關(guān)施工單位面臨巨大的風(fēng)險。所以在具體施工過程當(dāng)中，不但要對泵排放量充分了解和掌握，而且還應(yīng)當(dāng)對轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速及時了解和掌握。而且還應(yīng)當(dāng)對鉆頭具體施工過程當(dāng)中遇到的各種問題及時的進(jìn)行監(jiān)測，便于針對這種情況展開有效處理。此時，便可將三維可視化技術(shù)具有的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來構(gòu)建直觀的模型，對鉆探施工過程展開有效監(jiān)測，保證工作人員能夠精準(zhǔn)全面的獲取有關(guān)數(shù)據(jù)，制定更為科學(xué)合理的鉆探施工方案，提高鉆探施工效率及其質(zhì)量。而這些需要工作人員在鉆探施工過程當(dāng)中，結(jié)合具體實際，科學(xué)合理的對有關(guān)措施進(jìn)行調(diào)整，完成有關(guān)數(shù)據(jù)分析之后，在結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)對有關(guān)方案科學(xué)制定，完善鉆探軌跡，提高鉆井整體質(zhì)量。

2 鉆探施工過程當(dāng)中三維可視化技術(shù)應(yīng)用分析

三維可視化技術(shù)含義。就三維可視化技術(shù)而言，又被稱作3DV技術(shù)，涉及的知識領(lǐng)域較多，同時該項技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展背景下，已經(jīng)相當(dāng)成熟，并在諸多領(lǐng)域方面得到了普及應(yīng)用并發(fā)揮了巨大的作用。該項技術(shù)手段通過計算機(jī)來分析處理有關(guān)數(shù)據(jù)，并對圖像資料進(jìn)行控制，在嚴(yán)密分析處理有關(guān)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，將和鉆探工程有關(guān)的數(shù)據(jù)提取出來，為鉆探工程施工提供詳實的數(shù)據(jù)參考，確保狀態(tài)施工高效進(jìn)行。

由于三維可視化技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)非常精準(zhǔn)全面，對于工作人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析提供了非常大的幫助。三維可視化技術(shù)能夠把數(shù)據(jù)模型十分直觀的展現(xiàn)出來，為工作人員進(jìn)行分析調(diào)整奠定了良好的基礎(chǔ)。鉆探施工作為礦產(chǎn)資源開發(fā)的重要前提與基礎(chǔ)，因此在礦產(chǎn)資源開發(fā)和利用過程當(dāng)中，迫使工作人員運(yùn)用此項技術(shù)手段，來進(jìn)一步提高鉆井軌跡精準(zhǔn)性，以便更加精準(zhǔn)，全面的開展勘探工作。正因如此，在鉆井工程施工過程當(dāng)中應(yīng)用三維可視化技術(shù)，可以大幅提高鉆探施工效率及其質(zhì)量，因此此項技術(shù)在鉆探施工過程當(dāng)中，得到了普及應(yīng)用。并發(fā)揮了越來越重要的作用。另外，三維可視化技術(shù)應(yīng)用于鉆探施工。便于工作人員借助直觀的數(shù)據(jù)模型展開詳細(xì)的分析與研究，并對鉆探施工過程當(dāng)中遇到的各種問題及時有效的處理，保證鉆探施工效率及其質(zhì)量。

三維可視化技術(shù)應(yīng)用于鉆探施工大都是以構(gòu)建數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，大都是以構(gòu)建數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，借助現(xiàn)有圖片以及技術(shù)資料，并利用數(shù)學(xué)模型形式將獲取的數(shù)據(jù)通過模型充分體現(xiàn)，便于工作人員對各個數(shù)據(jù)含義全面了解。這樣一來大大提高了數(shù)據(jù)全面性與可靠性，為鉆探施工工作提供了更加全面的數(shù)據(jù)參考。另外，近年來此項技術(shù)伴隨當(dāng)前科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展，該項技術(shù)也得到了極大完善，通過此項技術(shù)應(yīng)用便于對各種勘探數(shù)據(jù)展開更加精準(zhǔn)全面的分析處理等一系列操作。最后此項技術(shù)關(guān)鍵就在于對空間對象分布規(guī)律的分析，通過提供的各項勘測數(shù)據(jù)確定空間對象的性質(zhì)。建立數(shù)據(jù)模型后，可以獲取一定的地理性質(zhì)信息，更好的對所出現(xiàn)的問題進(jìn)行把控，為整個石油鉆井工作提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3 三維可視化及繩索鉆探技術(shù)的工程布置形式設(shè)計

3.1 鉆探工程繩索鉆孔節(jié)點布設(shè)

當(dāng)前結(jié)構(gòu)簡單的鉆探施工地形結(jié)構(gòu)已經(jīng)基本被開發(fā)，針對相對復(fù)雜的地形結(jié)構(gòu)，在對其進(jìn)行鉆探時，其鉆孔節(jié)點的布設(shè)不能采用傳統(tǒng)布設(shè)方式。因此，本文引入繩索鉆探技術(shù)，根據(jù)繩索鉆探需要，對其鉆孔節(jié)點進(jìn)行布設(shè)。首先，針對鉆孔本身結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。將縮小套管層數(shù)與數(shù)量作為布設(shè)目標(biāo)，當(dāng)鉆進(jìn)的深度超過1500m時，則通常會遇到復(fù)雜的巖層結(jié)構(gòu)，需要通過套管的方式進(jìn)行布設(shè)[2]。同時，在實際布設(shè)過程中，應(yīng)當(dāng)首先對鉆井區(qū)域的巖層結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量和定性分析，確定主體結(jié)構(gòu)，并以線性構(gòu)造作為繩索鉆孔節(jié)點布設(shè)的主要結(jié)構(gòu)。工程地質(zhì)勘探鉆孔的孔徑，大多數(shù)是在推覆結(jié)構(gòu)孔距為220m～450m，原地結(jié)構(gòu)孔距在150m～280m的基礎(chǔ)上，形成450m線距，150m～220m孔距的布設(shè)結(jié)構(gòu)，這樣設(shè)置孔距能夠滿足一般的鉆井區(qū)的地質(zhì)勘探和試驗要求。但是在特殊情況下，譬如為了勘查斷層破碎帶和緩傾角裂隙的特征，就需按照工程地質(zhì)的要求，打一些大的鉆孔，孔距設(shè)置距離近一些，以方便工程技術(shù)人員進(jìn)行觀察和測量。

考慮到繩索鉆探過程中套管的固定和收回需要，在對其節(jié)點進(jìn)行布設(shè)時，應(yīng)當(dāng)在套管的上下端點采用水泥固接法將其固定，并封固5m～10m長。同時，考慮到不同鉆井施工周圍結(jié)構(gòu)的不同，在對繩索鉆孔節(jié)點之間的距離進(jìn)行選擇時，針對具體結(jié)構(gòu)具體分析。例如，針對一般鉆井結(jié)構(gòu)，在細(xì)粒土聚集區(qū)進(jìn)行鉆井施工時，開挖深深度要看工程具體情況確定。開挖深度超過3.5m（含3.5m）的土方開挖、支護(hù)、降水工程。

受地質(zhì)條件、周圍環(huán)境和地下管線復(fù)雜情況的影響，繩索鉆孔節(jié)點之間的距離要控制在200m～220m范圍以內(nèi)，超過規(guī)定范圍則會影響周圍工程項目施工的安全性。當(dāng)?shù)貙記]有明顯變化時，可將繩索鉆孔節(jié)點之間距離設(shè)置為450m，針對每個工段不得少于兩個繩索鉆孔節(jié)點。

3.2 構(gòu)建三維可視化鉆探地理分布模型

完成對鉆探工程繩索鉆孔節(jié)點的布設(shè)后，為了方便在實際施工過程中能夠?qū)︺@井過程中各項參數(shù)的變化進(jìn)行更加清晰地掌握，引入三維可視化技術(shù)，對鉆井地理分布模型進(jìn)行構(gòu)建。根據(jù)現(xiàn)場鉆井施工場地的實際情況，事先設(shè)計總體工程布置的二維圖像，并在定向鉆井設(shè)計軟件中生成二維圖像[3]。

鉆進(jìn)過程三維可視化可以不間斷定向鉆進(jìn)而測量近鉆頭孔底部分信息，并將信息即刻傳送到地表的過程。傳感器是裝在作為下部鉆具組合整體的一部分的特殊井下儀器中。井下儀器中還有一個發(fā)射器，通過某種遙測信道將信號發(fā)送到地面。

目前使用的最普通的遙測信道是鉆柱內(nèi)的鉆井液柱。信號在地面上被檢測到后，經(jīng)過譯碼和處理，就按方便和可用的方式提供所需的信息。三維可視化鉆探技術(shù)最大優(yōu)點是可以讓地質(zhì)工作者實時地“看”到井下正在發(fā)生的情況，從井底測量參數(shù)到地面接收到數(shù)據(jù)只延誤幾分鐘，所以可以改善決策過程。

三維可視化鉆探獲取信息的種類有：定向數(shù)據(jù)（井斜角、方位角、工具面角）；地層特性（伽馬射線、電阻率測井記錄）；鉆井參數(shù)（井底鉆壓、扭矩、每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)）。鉆進(jìn)過程實時三維可視化，將隨鉆測量的裝置通過數(shù)據(jù)采集卡與計算機(jī)連接，可以對鉆進(jìn)過程三維可視化，如下圖所示。

圖1 模擬數(shù)據(jù)顯示的鉆進(jìn)過程示意圖

4 應(yīng)用效果分析

按照本文上述設(shè)計思路，將提出的全新的工程布置形式應(yīng)用到真實礦區(qū)鉆探項目當(dāng)中，驗證該方法驗證本文上述設(shè)計思路的合理性，以及新布置形式的可行性。選擇以海拔在19500m～2150m的某礦山作為依托，針對該礦山區(qū)域進(jìn)行鉆探施工，該礦山所處地理位置大部分時間為雨水天氣，并且在嚴(yán)重時期可連續(xù)幾周的暴雨，但進(jìn)入到10月份以后，雨量逐漸減小，并進(jìn)入到旱季。礦區(qū)內(nèi)的地層結(jié)構(gòu)主要以變質(zhì)沉積巖和火山沉積巖構(gòu)成，區(qū)域內(nèi)包含一條由南向北的斷裂帶，在該礦山內(nèi)的多數(shù)礦產(chǎn)資源都受到該斷裂帶的控制影響。

針對該礦山結(jié)構(gòu)，分別對其內(nèi)生礦床和外生礦床進(jìn)行鉆探，根據(jù)不同礦床類型，按照本文上述思路對其鉆探施工工程布置形式進(jìn)行設(shè)計，并根據(jù)得出的鉆探結(jié)果，分析布置形式的特性。已知在該鉆探項目當(dāng)中所需的設(shè)備及材料包括鉆機(jī)、發(fā)電機(jī)、供水管、管材等，為了實現(xiàn)對其工程的合理布置，在明確鉆探工程繩索鉆孔節(jié)點的基礎(chǔ)上，對其三維可視化鉆探地理分布模型進(jìn)行構(gòu)建，將完成布置后各個布置結(jié)構(gòu)的距離與工程施工圖紙的要求進(jìn)行對比，得到如表1所示的應(yīng)用結(jié)果表。

表1 工程布置情況與工程施工圖紙標(biāo)準(zhǔn)要求對比

從表1得出的對比結(jié)果可以看出，按照本文上述提出的工程布置形式完成對現(xiàn)場鉆探工程施工布置后，其各項施工布置參數(shù)結(jié)果均在施工圖紙標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)，有效提高了鉆探工程作業(yè)的精細(xì)化程度。

因此，通過實際應(yīng)用及得出的應(yīng)用效果能夠進(jìn)一步證明，本文提出的工程布置形式能夠?qū)崿F(xiàn)對鉆探工程的合理布置，并通過三維可視化技術(shù)對布置內(nèi)容進(jìn)行更加直觀的展現(xiàn)，從而為鉆探工程施工質(zhì)量提供保障條件，并及時找出施工中存在的安全隱患，促進(jìn)工程施工效率和施工質(zhì)量的全面提升。

5 結(jié)束語

通過本文上述論述，在結(jié)合兩種現(xiàn)代化技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出一種全新的工程布置形式，并通過應(yīng)用實驗的方式，證明了上述設(shè)計思路的合理性。

將本文上述提出的工程布置形式，應(yīng)用到實際鉆探工程項目當(dāng)中，可以有效提高施工質(zhì)量和效率。同時，當(dāng)前新的材料技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中發(fā)揮著更加重要的作用，對于鉆探技術(shù)的改進(jìn)也提供了一定的幫助。為了進(jìn)一步實現(xiàn)對鉆塔工程施工的完善，在后續(xù)的研究中還將綜合各類材料技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，開展對其工程布置形式的進(jìn)一步優(yōu)化，從而大幅度改善和提高鉆探施工質(zhì)量。