王 雷

（中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司，成都 610051）

0 引言

現(xiàn)如今，我國(guó)正處于信息化時(shí)代，大數(shù)據(jù)與科技的發(fā)展日新月異。為了提升自身市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，各行業(yè)企業(yè)正在不斷提升自身技術(shù)與管理水平。大數(shù)據(jù)與科技的融合是各企業(yè)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的關(guān)鍵。鉆井施工技術(shù)是我國(guó)重要的工業(yè)技術(shù)，數(shù)字化鉆井施工模式的轉(zhuǎn)變十分關(guān)鍵。為此，相關(guān)研究人員將數(shù)字化融合到鉆井施工模式的構(gòu)建中，作為提高鉆井施工效率的關(guān)鍵技術(shù)。

目前，我國(guó)鉆井施工模式以人工為主，工作人員通過(guò)鉆井設(shè)備監(jiān)控鉆井施工過(guò)程，并提出相關(guān)決策。此種方式的鉆井效果差，石油開(kāi)采量低，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力弱。隨著社會(huì)向信息化、智能化方向轉(zhuǎn)型，鉆井設(shè)備已經(jīng)難以滿(mǎn)足如今的石油開(kāi)采需求，導(dǎo)致市場(chǎng)需求與供給之間出現(xiàn)矛盾。

數(shù)據(jù)中心是利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，并集成一個(gè)較大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)環(huán)境，在數(shù)據(jù)使用過(guò)程中，能夠最大限度縮短尋找時(shí)間，提高工作效率。應(yīng)用數(shù)據(jù)中心可以同時(shí)管理多個(gè)目標(biāo)對(duì)象，大數(shù)據(jù)技術(shù)以數(shù)據(jù)中心為原點(diǎn)，處理和分析各個(gè)階段的施工數(shù)據(jù)，從而保證各個(gè)施工點(diǎn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

基于此，本文借助數(shù)據(jù)中心構(gòu)建數(shù)字化鉆井施工模式，旨在消除石油供給與使用之間的矛盾，進(jìn)一步提高石油開(kāi)采效率，為石油鉆井業(yè)的發(fā)展提供一定幫助。該鉆井施工模式以數(shù)字化鉆井信息平臺(tái)為主體，人工輔助施工，通過(guò)構(gòu)建鉆井系統(tǒng)，結(jié)合數(shù)據(jù)中心，采用輔助系統(tǒng)，并且闡述各個(gè)組成的具體應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化鉆井施工模式的構(gòu)建。

1 數(shù)字化鉆井信息平臺(tái)的框架及應(yīng)用

近年來(lái)，各個(gè)企業(yè)逐漸應(yīng)用數(shù)字化鉆井施工模式。該模式中采用了數(shù)字化技術(shù)，設(shè)計(jì)了信息平臺(tái)，通過(guò)鉆井信息平臺(tái)顯示和分析施工數(shù)據(jù)，為安全鉆井施工等提供保障。一般情況下，鉆井信息平臺(tái)需要詳細(xì)地采集井內(nèi)施工指重、鉆壓、鉆深等參數(shù)，并對(duì)相關(guān)參數(shù)設(shè)置上下限，保證數(shù)據(jù)的真實(shí)有效性。但傳統(tǒng)的鉆井平臺(tái)數(shù)據(jù)化與信息化技術(shù)效果較差，難以滿(mǎn)足實(shí)際需要，在實(shí)際施工過(guò)程中極易出現(xiàn)較大的施工誤差，從而影響施工安全。

因此，本文在設(shè)計(jì)數(shù)字化鉆井信息平臺(tái)的過(guò)程中，以鉆井?dāng)?shù)據(jù)為主，通過(guò)鉆井設(shè)備采集井內(nèi)施工的相關(guān)數(shù)據(jù)，并將采集的井作業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳，將詳細(xì)的相關(guān)參數(shù)在數(shù)字化鉆井信息平臺(tái)中顯示，通過(guò)動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)選取出最佳設(shè)備配置位置，為鉆井作業(yè)提供安全施工環(huán)境。該鉆井信息平臺(tái)由數(shù)字化鉆井系統(tǒng)、鉆井?dāng)?shù)據(jù)中心和數(shù)字化鉆井輔助決策平臺(tái)系統(tǒng)組成。

在鉆井施工過(guò)程中，平臺(tái)提供實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)通信模塊分析和處理鉆井施工數(shù)據(jù)，保證井下作業(yè)施工過(guò)程的穩(wěn)定性與安全性。數(shù)字化鉆井信息平臺(tái)的框架具體如圖1 所示。

圖1 數(shù)字化鉆井信息平臺(tái)框架

在鉆井施工過(guò)程中，采集到的井下施工數(shù)據(jù)分為兩個(gè)部分。第一部分：通過(guò)數(shù)字化鉆井信息平臺(tái)輔助鉆井施工模式的決策，并利用遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)，將平臺(tái)與施工現(xiàn)場(chǎng)相連，二者協(xié)作，實(shí)時(shí)處理施工數(shù)據(jù)。第二部分：將決策后的施工數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)對(duì)比，降低實(shí)際施工中出現(xiàn)誤差的概率，對(duì)比數(shù)據(jù)后導(dǎo)出數(shù)據(jù)，完成數(shù)字化鉆井信息平臺(tái)的工作。其中，遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)和鉆井施工信息屬于數(shù)字化鉆井系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)導(dǎo)出屬于鉆井?dāng)?shù)據(jù)中心，輔助決策平臺(tái)屬于數(shù)字化鉆井輔助決策平臺(tái)系統(tǒng)。

在鉆井作業(yè)前、后均需要利用信息平臺(tái)進(jìn)行輔助決策，通過(guò)信息化技術(shù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)，利用數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)，不斷完善鉆井過(guò)程。在該信息平臺(tái)的設(shè)計(jì)中，以數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)為核心，施工人員可以根據(jù)施工環(huán)境對(duì)不同的鉆井信息進(jìn)行選擇，隨機(jī)選取鉆井信息，并通過(guò)信息平臺(tái)的輔助決策作用確定鉆井施工的信息，通過(guò)不同的施工環(huán)境選取合適的施工參數(shù)，實(shí)現(xiàn)鉆井施工的順利完成，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化鉆井信息平臺(tái)的高效應(yīng)用。

2 數(shù)字化鉆井系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

本文在構(gòu)建數(shù)字化鉆井施工模式的過(guò)程中，以數(shù)字化鉆井信息平臺(tái)的框架為核心，以數(shù)字化鉆井系統(tǒng)中硬軟件的設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，共同提升鉆井施工效果。數(shù)字化鉆井系統(tǒng)是通過(guò)施工裝備與井下相連接，利用上述鉆井信息平臺(tái)有效采集井下數(shù)據(jù)；通過(guò)系統(tǒng)中的通信網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)據(jù)采集儀器、數(shù)據(jù)處理儀器、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控儀器等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、錄入、傳輸和監(jiān)測(cè)等工作。該系統(tǒng)能夠?yàn)殂@井信息平臺(tái)提供數(shù)據(jù)支持，并為數(shù)字化鉆井施工提供參考依據(jù)。

鉆井系統(tǒng)硬件設(shè)施的設(shè)計(jì)以數(shù)據(jù)采集儀為主，其主要作用為井下數(shù)據(jù)采集。首先，在信息平臺(tái)內(nèi)將其他數(shù)據(jù)初始化，并在系統(tǒng)中選擇新的空間，用來(lái)存儲(chǔ)鉆井作業(yè)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；其次，在信息平臺(tái)界面上將不同的功能上傳至數(shù)據(jù)采集儀，接收施工人員的相關(guān)指令數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)采集儀實(shí)時(shí)采集的效果；再次，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)一次處理，將其轉(zhuǎn)換成共享數(shù)據(jù)，根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)采集的參數(shù)，判斷此時(shí)井內(nèi)是否適合作業(yè)，并將結(jié)果上傳至信息平臺(tái)中，判斷此時(shí)數(shù)據(jù)采集儀的運(yùn)行狀態(tài)；最后，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（User Datagram Protocol，UDP）拆分，并標(biāo)記出原始數(shù)據(jù)與一次處理后的數(shù)據(jù)，將其上傳至存儲(chǔ)空間，便于后續(xù)的查找與應(yīng)用。

通過(guò)數(shù)據(jù)處理軟件的應(yīng)用，最大限度減小數(shù)據(jù)采集誤差，并實(shí)時(shí)回傳數(shù)據(jù)。鑒于數(shù)據(jù)的格式與信息平臺(tái)之間的聯(lián)系較弱，在軟件的設(shè)計(jì)中，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計(jì)，加密處理采集的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換相關(guān)格式，將轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)傳輸至平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)采集、處理與傳輸。

3 鉆井?dāng)?shù)據(jù)中心的建設(shè)及應(yīng)用

在數(shù)字化鉆井施工中，通過(guò)數(shù)字化鉆井系統(tǒng)采集大量鉆井?dāng)?shù)據(jù)后，需要進(jìn)行處理、匯總和分析數(shù)據(jù)等操作，因此需要建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，即鉆井?dāng)?shù)據(jù)中心。在保證井下作業(yè)鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集、處理與傳輸?shù)幕A(chǔ)上，本文將進(jìn)一步分析鉆井?dāng)?shù)據(jù)中心的建設(shè)與應(yīng)用效果。鉆井?dāng)?shù)據(jù)中心包括鉆井施工的綜合數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)傳輸，以及平臺(tái)鉆井?dāng)?shù)據(jù)加載效果、數(shù)據(jù)處理軟件等部分內(nèi)容。

鉆井施工綜合數(shù)據(jù)庫(kù)是在數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)上，以鉆井施工為主要研究對(duì)象的新型數(shù)據(jù)庫(kù)。其中存在較多的鉆井?dāng)?shù)據(jù)參數(shù)，不同的場(chǎng)地面臨的實(shí)際井內(nèi)采集參數(shù)均不相同。在此數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)中，數(shù)據(jù)更加全面，對(duì)鉆井前、中、后期的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，在全生命周期的基礎(chǔ)上，將多次、完整的施工數(shù)據(jù)整理歸納入數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便施工人員把控鉆井模式，提高鉆井效率與石油開(kāi)采效率。

在數(shù)據(jù)傳輸和加載效果方面，相關(guān)人員在施工前對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將施工現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)中心，經(jīng)過(guò)企業(yè)內(nèi)部人員分析鑒定，計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)可施工率，在數(shù)據(jù)中心對(duì)比數(shù)據(jù)，從而保證鉆井?dāng)?shù)據(jù)的有效性。在此過(guò)程中，可以通過(guò)數(shù)據(jù)中心對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)以及傳輸，并利用鉆井系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)對(duì)比、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)以及傳輸?shù)软?xiàng)目進(jìn)行自動(dòng)化處理，保證數(shù)字化鉆井施工的高效性。與此同時(shí)，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，需要將數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)導(dǎo)出，綜合對(duì)比本次施工的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，從而確定最佳的施工模式與施工方案，保證鉆井施工順利安全進(jìn)行。

在數(shù)據(jù)處理軟件方面，鉆井?dāng)?shù)據(jù)中心是在數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)上建立，其數(shù)據(jù)對(duì)比效果較好，可以保證穩(wěn)定的數(shù)據(jù)對(duì)比效果，提升數(shù)據(jù)采集的真實(shí)水平。在數(shù)字化鉆井施工模式的構(gòu)建中，數(shù)據(jù)處理軟件可以發(fā)揮出較強(qiáng)的作用。由于數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)均為真實(shí)有效的數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)對(duì)比，可以確定最佳的施工模式與施工方案。在此過(guò)程中，數(shù)據(jù)處理軟件是重中之重，通過(guò)數(shù)據(jù)中心對(duì)鉆井相關(guān)數(shù)據(jù)的處理，可以保證數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸參數(shù)的真實(shí)性，并根據(jù)此時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行工況判斷，為實(shí)際施工提供穩(wěn)定的施工條件。

4 數(shù)字化鉆井輔助決策平臺(tái)系統(tǒng)及應(yīng)用

數(shù)字化鉆井輔助決策平臺(tái)系統(tǒng)在數(shù)字化鉆井施工模式中能夠保證數(shù)字化平臺(tái)具有查詢(xún)、使用、刪改、分析、統(tǒng)計(jì)等作用，并生成相關(guān)圖像與數(shù)據(jù)包，使數(shù)字化鉆井施工的界面具有二維、三維等顯示效果，共同輔助鉆井施工，進(jìn)一步提高鉆井施工模式的數(shù)字化程度。數(shù)字化鉆井輔助決策平臺(tái)系統(tǒng)包括鉆井施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、數(shù)字化模擬系統(tǒng)以及判斷工程可行性系統(tǒng)等。其中，鉆井施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過(guò)繪制現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)景，形成一個(gè)施工二維圖像，在其中添加或刪改相關(guān)鉆井信息，輔助施工人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工指導(dǎo)，保證施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際施工效果。

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)鉆井系統(tǒng)硬軟件，采用井下數(shù)據(jù)繪制相關(guān)的曲線(xiàn)圖，并利用遠(yuǎn)程交流的方式多角度分析仿真數(shù)據(jù)，判定此時(shí)鉆井的可行性。

安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是對(duì)鉆井現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行三維描述的系統(tǒng)，通過(guò)施工現(xiàn)場(chǎng)的平面繪圖，將現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行三維模型展示，保證此三維動(dòng)畫(huà)為1 ∶1 還原的動(dòng)態(tài)模型。在此模型中，分別對(duì)井內(nèi)軌道采取分支、側(cè)式、定向、直向等方式進(jìn)行井內(nèi)鉆井軌道規(guī)劃，從而保證施工安全。

數(shù)字化模擬系統(tǒng)是在安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的前提下設(shè)計(jì)的，通過(guò)模擬出現(xiàn)場(chǎng)施工模型，將井內(nèi)施工軌跡規(guī)劃出來(lái)，并通過(guò)信息化技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)將鉆井工程的理論與實(shí)際相結(jié)合，建立出最佳的數(shù)字化鉆井施工模式。

判斷工程可行性系統(tǒng)是以鉆井工程專(zhuān)家為核心的系統(tǒng)，通過(guò)專(zhuān)家對(duì)鉆井情況的分析，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)中心的對(duì)比程度，評(píng)定鉆井可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，并對(duì)復(fù)雜風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行相關(guān)管制，從多個(gè)角度判定此時(shí)施工效果是否為最佳。經(jīng)過(guò)多種角度的計(jì)算，再利用現(xiàn)場(chǎng)的三維模型，對(duì)可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行推演，從而最大限度避免可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)此系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理模塊至關(guān)重要，需要將數(shù)據(jù)共享，在進(jìn)程間通信（Inter-Process Communication，IPC）中確定數(shù)據(jù)相關(guān)范圍，在此范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)處理效果最佳。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要?jiǎng)澏ǚ秶?，從而完成系統(tǒng)對(duì)鉆井細(xì)節(jié)方面的推演，使數(shù)字化鉆井施工模式可以更加靈活，保證鉆井施工模式高效，為石油鉆井開(kāi)采提供條件。

5 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，鉆井施工模式日新月異，為石油井下現(xiàn)場(chǎng)施工提供了有力的技術(shù)支撐。鉆井施工技術(shù)是在密閉空間內(nèi)確定井內(nèi)壓力等施工數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行鉆井施工的技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)可以在不同工況下確定井下施工相關(guān)參數(shù)，因此在施工過(guò)程中被廣泛應(yīng)用。但隨著社會(huì)的發(fā)展，以往的鉆井施工模式已無(wú)法適應(yīng)當(dāng)下需求。傳統(tǒng)鉆井施工模式以人工為主、設(shè)備為輔，危險(xiǎn)性較大，施工效果也不佳?；诖?，本文利用數(shù)據(jù)中心構(gòu)建數(shù)字化鉆井施工模式，旨在提升數(shù)字化鉆井效果，為石油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供條件。