浅析钻井工程数字化转型进展

吴泓璇 朱亮 万思懿

摘要：对于钻井行业而言，开展数字化转型是大势所趋。本文着重浅析了数字化发展的重要意义，分析了国内外钻井工程数字化发展情况。针对国内钻井工程数字化转型，提出了数字化转型的顶层设计和搭建统一的数字化平台两个方面的建议。

关键词：钻井工程;数字化;企业发展

一、数字化发展的意义

1.1 数字化技术定义

数字化是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型，把它们转变为一系列二进制代码，引入计算机内部，进行统一处理。简而言之，我们将现实的缤纷世界通过人工智能、大数据、云计算这些技术在计算机里进行重建，并储存于计算机里的过程称之为数字化。

1.2数字化转型的意义

党的十九大以来，我国政府高度重视和发展数字经济，数字经济正面临一次重大的时代转型。从政策层面看，国家对于数字化转型给予了高度重视。近年来，先后出台了《国务院关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见》、《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》、以及《关于推进“上云用数赋智”行动培育新经济发展实施方案》、《关于工业大数据发展的指导意见》等等。从技术层面看，移动互联网深入应用与5G商用，计算能力和存储能力的迅速提升，云计算、边缘计算、MEC、工业云、物联网、工业互联网的技术不断发展，人工智能和工业大数据掀起应用热潮，工业机器人、传感器被广泛应用，以及VR/AR/MR被越来越多应用于各类工业场景，数字化转型的支撑技术已日趋成熟。

二、国内外钻井工程数字化技术发展状况

2.1国外钻井工程数字化技术发展状况

20世纪90年代以前，由于大数据分析、云计算、高性能计算等先进计算机技术的匮乏，很多自动化技术在钻井工程中的应用还停留在理论模式的建立基础上。比如Murray A.S在1955年研究了钻井液柱压力、地层压力对钻速的影响;Edwards 和Young F.S等人在1965年研究了钻压、钻速与钻头寿命之间的关系;Bourgoyne A.T和Young F.S在1974年通过多元回归钻速方程优化钻压、钻速等[1]。

近年来，随着大数据技术的发展，数字化概念的提出，国外石油钻井公司相继开始建立数字化钻井。通过将钻井作业数字化、可视化，公司总部能更加科学、高效地完成决策部署，实现钻井工作钻进、生产、管理的集中统一。

2.2国内钻井工程数字化技术发展狀况

目前随着移动互联网的蓬勃发展，国内钻井工程数字化技术进展取得了显著成效。20世纪中期，我国开始研究喷射钻井技术，并于1975年在胜利油田试验成功，之后开始在全国范围内推广。20世纪末期，在国家“十一五”规划的思想指导下，国内的石油企业开始了钻井数字化建设，标志着钻井数字化建设在国内的萌芽。21世纪初，“数字油田”的概念相继被各大油田提出，随后，塔里木油田的数字化项目直接步入国家“十五”科技重点项目行列。经过多年的建设，大多数钻井公司已经建立了相应的数字化钻井数据库。但是同国外的钻井数字化技术相比，在钻井一体化系统和生产一体化体系方面，还有很多需要完善的空间。

三、国外钻井工程数字化的典型案例

3.1哈里伯顿公司Digital Twin—建井4.0数字化转型

哈里伯顿公司钻井科学家Robello教授提出了当前国际油气服务公司在数字化转型、实时钻井、智能钻井方向的最前沿技术和最新发展趋势。Robello教授介绍了哈里伯顿科研团队如何利用Digital Twin（数字孪生）来实现钻井过程的实时分析和优化。通过将算法转化为微服务，构建于云端的工程模型能够快速地对现场数据进行处理并给出优化的作业参数。在哈里伯顿的测试中，同样井段的机械钻速从50英尺/小时提升到了198英尺/小时，非生产时间由13%降低到0，整个钻井周期减少了4.25天。

3.2斯伦贝谢公司的DrillPlan数字建井方案

斯伦贝谢公司利用一种先进机械化与钻井自动化相结合的钻机，通过将物理世界与数字世界的连接，推出了DrillPlan数字建井方案，为钻井队提供了一种新的工作方式，作业者与服务公司可以访问普通系统中所需的所有数据与理论知识，然后创建一个循环工作流程，这种方式有效地将地下认知与地面作业相结合。该方案由井场来执行，从而确保钻机在最佳性能下运行。该方案系统将钻井作业所涉及的所有井场队伍与办公室队伍从井场到办公室连接起来，涉及到从开发地质家到钻井工程师跨领域的专业知识。

3.3 NOV公司的NOVOS自动化钻井平台系统

NOV公司的自动化钻井平台，通过管理钻机设备来执行钻井作业，降低钻工的劳动程度，降低作业的人工成本。NOVOS自动化钻井平台系统通过导入钻井设计后，按照所需的钻井参数来执行钻井作业，直至钻井作业完成。NOVOS涵盖了多种应用程序，这些应用程序可以包含第三方个性化程序以满足钻井需求，同时也可以根据现场实际情况自己研发所需的软件模块，大大增加了钻井作业的高效性与安全性。

四、钻井工程数字化转型的思考

4.1 开展数字化转型的顶层设计

相较于国外优秀钻井公司相对成熟的数字化建设，我国钻井公司开展数字化建设时期较晚，因此在开展顶层设计的时候应加强对标学习，借鉴国外钻井公司数字化建设的先进经验，结合钻井行业自身的业务特点，选择“快速跟随者”的定位[2]，系统谋划转型战略，循序渐进推进转型实施。

4.2 搭建统一的数字化平台，实现数据一体化融合

数字化转型的过程中，大数据资料是必不可少的。因此，在钻井公司内部需要建立统一的生产工程设备一体化系统平台，强化数据采集审查，确保数据采集质量，综合考虑到钻井行业甲乙双方管理的特殊性，加强钻井各环节数据共享，打破数据孤立分散、相互隔绝的局面。

参考文献

[1]李维校.基于石油钻井大数据技术的钻进优化控制的研究[D].西安石油大学，2018.

[2]王同良.油气行业数字化转型实践与思考[J].石油科技论坛，2020，39（01）：29-33.