在全球能源轉(zhuǎn)型與低碳發(fā)展的背景下，智能優(yōu)化技術(shù)為石油工業(yè)帶來(lái)了革命性突破。通過(guò)人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的深度應(yīng)用，鉆井工藝正從經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的跨越式發(fā)展。這一技術(shù)革新不僅顯著提升了油氣資源開發(fā)效率，更在保障能源安全、推動(dòng)綠色低碳發(fā)展方面展現(xiàn)出重要的戰(zhàn)略價(jià)值。智能鉆井技術(shù)的推廣應(yīng)用，正在重塑傳統(tǒng)石油工業(yè)的技術(shù)模式，為全球能源行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展注入新動(dòng)能[1]。

1.石油鉆井工藝的智能化需求

石油鉆井工藝面臨復(fù)雜地質(zhì)條件、高成本和安全風(fēng)險(xiǎn)等挑戰(zhàn)，運(yùn)用智能化技術(shù)成為提升效率、降低風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵手段。傳統(tǒng)鉆井依賴人工經(jīng)驗(yàn)，存在數(shù)據(jù)利用不足、響應(yīng)滯后等問題，而通過(guò)智能化技術(shù)應(yīng)用能夠?qū)崟r(shí)采集數(shù)據(jù)與優(yōu)化鉆井參數(shù)，提高鉆速并減少非生產(chǎn)時(shí)間。

使用機(jī)器與人工智能可預(yù)測(cè)井下故障，如預(yù)測(cè)井涌或卡鉆，還能提前采取干預(yù)措施，保障作業(yè)安全。利用自動(dòng)化控制系統(tǒng)還能精準(zhǔn)調(diào)節(jié)鉆壓、轉(zhuǎn)速和泥漿性能，適應(yīng)多變地層，減少人為操作誤差。通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)可以虛擬仿真驗(yàn)證鉆井方案，優(yōu)化井眼軌跡設(shè)計(jì)，降低地質(zhì)不確定性帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

此外，智能化管理可整合設(shè)備、能源和人員，實(shí)現(xiàn)資源高效調(diào)配，降低能耗與碳排放。隨著5G和邊緣計(jì)算的發(fā)展，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力進(jìn)一步增強(qiáng)，能夠推動(dòng)鉆井工藝向無(wú)人化、遠(yuǎn)程化方向發(fā)展。

智能化是石油鉆井技術(shù)升級(jí)的必然趨勢(shì)，這不僅能提高經(jīng)濟(jì)效益，還能增強(qiáng)安全性和可持續(xù)性。

2.智能優(yōu)化技術(shù)的核心應(yīng)用場(chǎng)景

2.1鉆井參數(shù)實(shí)時(shí)優(yōu)化

鉆井作業(yè)的效率與安全性取決于鉆速、鉆壓、轉(zhuǎn)速和泥漿性能等關(guān)鍵參數(shù)的精確控制。傳統(tǒng)人工調(diào)整方式存在響應(yīng)滯后和精度不足的問題。智能優(yōu)化技術(shù)通過(guò)高精度傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)采集井下數(shù)據(jù)，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法動(dòng)態(tài)分析地層特性，自動(dòng)生成最優(yōu)參數(shù)組合。自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠根據(jù)巖石硬度變化自主調(diào)節(jié)鉆壓與轉(zhuǎn)速，既避免鉆頭過(guò)度磨損又防止卡鉆。同時(shí)，利用數(shù)字孿生技術(shù)對(duì)歷史鉆井?dāng)?shù)據(jù)的分析可以識(shí)別不同地層的鉆進(jìn)規(guī)律，預(yù)測(cè)鉆速變化趨勢(shì)，有效減少無(wú)效鉆進(jìn)時(shí)間。這種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)優(yōu)化顯著提升了鉆井效率，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，降低了作業(yè)成本。

2.2井下風(fēng)險(xiǎn)智能預(yù)警與故障診斷石油鉆井作業(yè)面臨井噴、井漏和鉆具失效等重大安全風(fēng)險(xiǎn)。智能優(yōu)化技術(shù)整合井下壓力、溫度和振動(dòng)等多維度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型，能夠提前識(shí)別壓力異常波動(dòng)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)井涌風(fēng)險(xiǎn)。此外，通過(guò)聲波信號(hào)分析技術(shù)，可在鉆柱出現(xiàn)微裂紋階段及時(shí)預(yù)警，避免發(fā)生斷裂事故。數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步提升了預(yù)警系統(tǒng)的可靠性，通過(guò)建立虛擬鉆井環(huán)境模擬各類故障的過(guò)程，為操作人員提供直觀的決策參考。這種智能化的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警體系實(shí)現(xiàn)了從被動(dòng)應(yīng)對(duì)到主動(dòng)預(yù)防的轉(zhuǎn)變，大幅提升了鉆井作業(yè)的安全性和可靠性。

2.3并眼軌跡自主規(guī)劃與閉環(huán)控制

復(fù)雜地質(zhì)條件下的鉆井作業(yè)對(duì)井眼軌跡控制提出了更高要求。智能優(yōu)化技術(shù)通過(guò)整合隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)和三維地質(zhì)模型，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)井眼軌跡的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)優(yōu)化。該技術(shù)能夠根據(jù)井下傳感器反饋的地層信息，自主調(diào)整鉆進(jìn)方向和角度，精確避開斷層和高壓層等地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)智能導(dǎo)向系統(tǒng)與閉環(huán)控制技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)軌跡偏差的自動(dòng)檢測(cè)與修正，確保實(shí)際鉆井路徑與設(shè)計(jì)軌跡高度吻合。這項(xiàng)技術(shù)顯著提高了儲(chǔ)層鉆遇的準(zhǔn)確性，在頁(yè)巖氣開發(fā)、深水鉆井等復(fù)雜作業(yè)環(huán)境中展現(xiàn)出突出的優(yōu)勢(shì)，這不僅提高了鉆井效率，還顯著降低了整體開發(fā)成本，為復(fù)雜油氣藏的效益開發(fā)提供了可靠的技術(shù)保障[2]。

3.石油鉆井工藝的智能優(yōu)化路徑

3.1數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能決策系統(tǒng)構(gòu)建

石油鉆井工藝的智能化轉(zhuǎn)型首先需要建立完善的數(shù)據(jù)采集與分析體系。通過(guò)在鉆頭、鉆柱、井口等關(guān)鍵位置部署高精度傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆井參數(shù)、地層特性、設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。這些海量數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)預(yù)處理后，傳輸至云端大數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行深度挖掘和分析。通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法從歷史數(shù)據(jù)中分析出最優(yōu)鉆并參數(shù)組合，并建立不同地層條件下的鉆井響應(yīng)模型。基于數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建的虛擬鉆井系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)模擬各種作業(yè)方案的效果，為現(xiàn)場(chǎng)操作人員提供最優(yōu)決策建議。這種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能決策系統(tǒng)將傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)主導(dǎo)的鉆井作業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)榛诹炕治龅木珳?zhǔn)作業(yè)，顯著提升鉆井效率和安全水平。

3.2自動(dòng)化鉆井裝備與智能控制系統(tǒng)研發(fā)

智能鉆井的實(shí)現(xiàn)依賴于裝備自動(dòng)化與控制系統(tǒng)智能化的協(xié)同發(fā)展。重點(diǎn)發(fā)展方向包括具有環(huán)境感知和自主決策能力的智能鉆機(jī)系統(tǒng)，涵蓋自動(dòng)送鉆機(jī)構(gòu)、智能導(dǎo)向工具和自適應(yīng)鉆頭等核心組件。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)裝備間的數(shù)據(jù)互通與協(xié)同作業(yè)，構(gòu)建完整的智能鉆井裝備體系?？刂葡到y(tǒng)采用先進(jìn)算法實(shí)現(xiàn)鉆壓、轉(zhuǎn)速等關(guān)鍵參數(shù)的自主調(diào)節(jié)，該系統(tǒng)不僅能夠完成常規(guī)地層的自動(dòng)化鉆井作業(yè)，更能應(yīng)對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下的突發(fā)狀況，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)與自主調(diào)整。這種智能化的裝備與控制體系顯著提升了鉆井作業(yè)的自動(dòng)化水平，有效降低了人工干預(yù)。

3.3全流程智能協(xié)同作業(yè)平臺(tái)建設(shè)

智能鉆井需要打破傳統(tǒng)作業(yè)中各環(huán)節(jié)的信息孤島，構(gòu)建覆蓋地質(zhì)勘探、鉆并設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)施工、完井作業(yè)的全流程智能協(xié)同平臺(tái)。該平臺(tái)整合地質(zhì)數(shù)據(jù)、工程數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)等多源信息，實(shí)現(xiàn)各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享和協(xié)同作業(yè)。該平臺(tái)基于云計(jì)算和區(qū)塊鏈技術(shù)確保數(shù)據(jù)的安全性和可追溯性。人工智能算法能夠綜合分析地質(zhì)構(gòu)造、儲(chǔ)層特性、工程約束等多維因素，自動(dòng)生成最優(yōu)鉆井方案。在作業(yè)過(guò)程中，該平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和智能預(yù)警，支持多井場(chǎng)的集中管理和優(yōu)化調(diào)度。這種全流程的智能協(xié)同作業(yè)模式能顯著提升整體作業(yè)效率，降低綜合成本，推動(dòng)石油鉆井向數(shù)字化、智能化方向轉(zhuǎn)型升級(jí)。

3.4智能完井與生產(chǎn)優(yōu)化一體化的實(shí)施

石油鉆井的智能化升級(jí)需要向完井與生產(chǎn)環(huán)節(jié)延伸，構(gòu)建貫穿全生命周期的智能管理體系。通過(guò)采用智能完井系統(tǒng)，集成先進(jìn)井下控制閥和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)參數(shù)的精準(zhǔn)調(diào)控。基于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)持續(xù)分析油藏動(dòng)態(tài)特征，自動(dòng)優(yōu)化生產(chǎn)策略，在保障穩(wěn)產(chǎn)的同時(shí)提高最終采收率。數(shù)字孿生技術(shù)建立的虛擬井筒模型能夠模擬評(píng)估不同完井方案的實(shí)施效果，為工程決策提供參考。這種一體化智能解決方案打通了從鉆井到生產(chǎn)的全流程數(shù)據(jù)鏈，通過(guò)各環(huán)節(jié)的協(xié)同優(yōu)化顯著提升開發(fā)效益。智能完井技術(shù)的應(yīng)用不僅優(yōu)化了單井產(chǎn)能，更通過(guò)全生命周期管理延長(zhǎng)了油井經(jīng)濟(jì)開采年限，為油田高效開發(fā)提供了創(chuàng)新性的技術(shù)支撐。

3.5智能鉆井人才培養(yǎng)與知識(shí)管理體系建設(shè)

智能鉆井技術(shù)的深入應(yīng)用需要建立專業(yè)化的人才培養(yǎng)體系。通過(guò)整合人工智能、石油工程和自動(dòng)化控制等跨學(xué)科知識(shí)，構(gòu)建面向智能鉆井的復(fù)合型人才培養(yǎng)方案。重點(diǎn)推進(jìn)校企協(xié)同育人機(jī)制，依托企業(yè)實(shí)踐基地和高?？蒲衅脚_(tái)，培養(yǎng)既懂石油工程又掌握智能技術(shù)的專業(yè)人才。同步建設(shè)智能鉆井知識(shí)管理平臺(tái)，系統(tǒng)整理行業(yè)專家經(jīng)驗(yàn)、典型案例和最佳實(shí)踐，并運(yùn)用知識(shí)圖譜和自然語(yǔ)言處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)知識(shí)的數(shù)字化沉淀與智能檢索。開發(fā)基于數(shù)字孿生技術(shù)的虛擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，為技術(shù)人員提供沉浸式的智能鉆井操作訓(xùn)練環(huán)境。這套人才培養(yǎng)與知識(shí)管理體系將有效促進(jìn)智能鉆井技術(shù)的落地應(yīng)用，為石油行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供堅(jiān)實(shí)的人才保障和智力支持[3]。

4.結(jié)束語(yǔ)

石油鉆井工藝的智能優(yōu)化是行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的必然趨勢(shì)。通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策、自動(dòng)化裝備升級(jí)和全流程協(xié)同作業(yè)，智能技術(shù)正推動(dòng)鉆井效率、安全性和經(jīng)濟(jì)性的全面提升。未來(lái)，隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的深入應(yīng)用，智能鉆井將實(shí)現(xiàn)更高水平的自主化和精準(zhǔn)化，為油氣行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展注入新動(dòng)能。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅巍。石油鉆井自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用探討[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2025，45（04）：169-171.

[2]唐順東。石油鉆井試壓系統(tǒng)智能控制優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].中國(guó)設(shè)備工程，2024， （21）：23-25.

[3]肖磊。優(yōu)快鉆井工藝在海洋石油鉆井平臺(tái)鉆探的實(shí)踐應(yīng)用[J].石化技術(shù)，2024，31（09）：138-140.作者單位：天浩工程技市服務(wù)（天津）有限公司