随着人工智能、大数据技术融入,油气勘探领域已经实现钻进过程从经验驱动到数据驱动的模式转变。同时,地质工程一体化服务也从“打成井”转向“打快井”,但一体化技术依然停留在工作模式、操作流程上的优化改进阶段,复杂地层钻井中依然存在机械钻速受限、轨迹控制精度低、井下风险响应滞后等技术难题,制约着该领域的进一步发展。人工智能技术为突破这些瓶颈提供了新路径：通过动态机械比能（MSE）建模与实时优化,实现地层特性到工程参数的精准映射,以此为核心构建了“数据-决策-执行”三核驱动的智能钻井优化系统,实现全流程闭环优化。该系统成功应用于现场钻井施工,实践验证其能够提升机械钻速、减少非生产时间并有效控制井眼轨迹偏差。该研究为智能钻井优化系统的开发提供了理论支撑,揭示了数字技术对传统钻井优化工作模式的变革,在工程层面提供了可复制的解决方案。

在介绍国内页岩油勘探开发常用录井技术及其功用的基础上,重点分析页岩油储层评价中使用TOC参数作为评价页岩油含油性最重要的参数所存在的问题,认为TOC参数构成、岩石热解分析机理及实践资料均证实,页岩油储层液态烃含量、页岩油水平井产量与TOC参数没有相关性,将TOC参数作为评价页岩油储层含油性的必备参数容易产生误导,进而提出使用岩石热解录井中直接反映页岩油储层液态烃含量的S₁参数代替TOC参数评价页岩油储层含油性的新思路。结合页岩油成藏特点及不同录井技术功能,认为使用岩石热解参数T_max及采用岩石热解录井资料回归分析来预测原油密度能够判断页岩油油质,应用气测净增加值、后效、“单根峰”、钻井液参数及槽池面观察能够判断地层流体压力,应用多维核磁共振资料、气测回归资料所得孔隙度能够判断页岩油储层物性,应用岩心及相关分析资料能够判断岩相、裂缝,应用XRD/XRF、岩性能够判断地层可压性。基于评价参数进行分析,结合国内页岩油突破区块评价参数及对相关资料的分析,建立了页岩油储层评价参数体系。

传统单项录井解释方法由于自身技术局限往往适用性较差,需要根据不同油气性质建立不同图板,其种类繁多且需要提前进行人工油气性质判别。为此通过将气测录井与地化录井的关键参数T_g、P_g进行组合,进一步提出了T_g-Corr和P_g·P_S两个修正参数,建立了一套受油气性质影响较小,且适用性较强的油气水解释组合图板。该图板在渤海油田20个二级构造带油气水解释应用的结果表明,平均解释符合率达到86.3%,显著提升了井场油气水录井解释精度;同时该方法的成功应用也为录井解释提供了一种新的思路,具有一定的推广价值和应用前景。

针对塔里木油田塔中、塔北、库车三大区块目的层埋深大、构造复杂、地层压力系统差异大、非均质性强以及钻井工艺提升导致的岩屑细碎、地质界面识别不清楚,碳酸盐岩地层划分、界面卡取及膏盐岩层界面卡取难,钻遇高压盐水层及孔、缝、洞发育段出现易漏、溢、卡的钻井复杂加大经济成本,影响钻井周期等一系列问题,在现场录井的基础上,利用元素录井技术将地层资料数据化、曲线化并成图,可直观反映地层变化特征。通过区域井应用元素录井技术并总结、寻找规律,进而对岩性进行有效识别、预判膏盐岩层底部界线、进行碳酸盐岩地层划分和层位卡取,在钻遇异常高压层及孔、缝、洞发育段实现提前预警、规避钻井复杂,在油气勘探开发领域切实发挥了元素录井技术优势。

为了实现钻井液出口流量的精确测量,确保钻井过程中井漏、井涌、溢流等异常工况的及时发现,在充分调研各种流量测量方式之后,选定基于超声波多普勒和科里奥利两种原理的钻井液出口流量精确检测装置进行研发,并通过充分的实验验证,分析了两种装置的优势与不足,为实现钻井液出口流量精确检测提供了解决思路。未来钻井液流量精确测量将成为新的高端录井服务项目,利于进一步拓展录井技术服务的领域。

太原组灰岩储层作为近几年鄂尔多斯盆地上古生界勘探目标新层系,录井已有明显含气性显示,虽然具备天然气成藏条件,但基于碎屑岩的常规方法气测录井解释结论与试气成果符合率较低。通过筛选气测全烃基值、全烃相对峰面积、储层有效厚度、气测异常显示厚度、全烃基值抬升值5项参数构建气测评价因子,并结合现场试气数据建立气测评价因子解释图板,绘制气测评价因子等值线图定量评价储层含气性,形成了针对灰岩储层地质特征的录井解释新方法。利用该方法评价单井产能与试气结果吻合度较高,对鄂尔多斯盆地太原组灰岩勘探潜力评价和有利目标区优选提供了较为可靠的录井依据。

元素录井资料具有内容多、信息量大、定量化、随钻分析等优势,不同元素、元素比值反映不同的地层信息。在简单介绍元素录井基本原理、反映矿物组成及沉积环境的主要元素或元素比值的基础上,充分挖掘元素录井所包含的信息,应用元素录井相关曲线变化结合岩性判断页岩厚度;通过反映沉积环境的元素比值判断古水深、古生产力,进而估算页岩体积、有机质丰度等;通过相关元素曲线及比值变化定性分析岩相、脆性矿物含量,进而判断地层可压性;利用主要造岩元素含量曲线进行地层识别对比及井身轨迹调整。为页岩油选区、选层、选段及水平井地质导向提供了依据。

随着油田富油洼槽二次勘探的不断深入,勘探开发目标向深埋藏、低渗透、非常规、难动用储集层发展,为解决传统录井解释中以单项解释为主,缺乏综合评价模型与评价标准的难题,引入数据挖掘技术,应用SPSS软件针对不同的油藏类型分别采用多元判别分析、因子分析、灰色关联分析方法,以气测、地化、定量荧光等录井资料及孔隙度、声波时差、电阻率等测井资料为基础,挖掘敏感参数,进行优化组合,建立了多技术综合应用的解释模型与评价图板。2017年、2018年在饶阳凹陷共97口井应用,经试油验证符合率为76.2%,与此前相比,解释符合率提高6%,取得了良好的应用效果。

钻录井数据整合是井场信息化平台建设重要的组成部分,是以钻录井现场数据采集为基础,对钻井、录井数据库进行整合优化,完成钻井数据、录井数据分专业录入、跨专业提取和导入,实现数据统一存储,一次录入,多方共享。通过创新设计钻录井数据整合平台,在实现钻录井数据数字化管理的基础上,进一步实现钻井井身结构、井控组合等多种图件的自动成图功能,钻井报表导入导出功能和井史报告自动生成功能,同时实现数据迁移、统计分析等扩展功能,为钻录井研究人员和决策人员提供数据分析支撑。

择要阐述了大数据技术及其在油气田钻完井领域的应用现状,对钻完井大数据进行了分析研究,进一步阐明了建立钻完井大数据的现实意义,提出油气田钻完井大数据概要设计和大数据分析技术应用构架,为油气田钻完井大数据的建立与运行方案提供了技术参考。通过研究整合钻完井板块全流程数据,研究其大数据采集、存储、云计算等技术,设计并建立油气田钻完井大数据,为打造先进的钻完井技术服务奠定基础,针对钻完井大数据应用发展趋势进行了展望,从地质、工程、工程地质一体化以及钻完井远程实时作业中心(RTOC)等方面,简要介绍钻完井大数据的应用与市场前景,展现钻完井大数据所蕴含的巨大价值。

以研究应用综合录井参数在钻进中对溢流的预报方法为目的,基于对综合录井参数异常与工程异常类型相关性的认识,总结出钻进过程中溢流的预报方法为:从钻头→井筒→钻井液出口→池体积依次展开监测与预报。通过对现场已发生工程异常实时图的分析,综合观察钻时、悬重、钻压、转盘扭矩、转速、立管压力、泵冲数参数的变化,判断是否钻入储集层和异常高压过渡带;通过分析悬重、立管压力、泵冲冲数、出口流量、总池体积参数的变化规律分析判断在钻遇储集层和异常高压过渡带后是否发生井侵。当钻井液性能发生微变时,说明地层流体已开始侵入井筒,是疑似溢流的明显标志;当全烃峰值持续上升达到某一值或饱和状态无下降趋势时,说明地层流体在不间断地侵入井筒,即发生溢流的明显警告;当钻井液性能发生明显变化,全烃峰值持续上升达到某一峰值或饱和状态无下降趋势时,出口流量上升和总池体积增加说明溢流已经发生。依此展开溢流监测与预报工作,既有利于指导现场操作人员提高溢流预报准确率,也有利于拓展相关井控程序开发人员对录井参数的应用思路。

岩石热解录井除具有评价烃源岩有机质丰度、有机质类型、有机质成熟度,判断生烃潜量及为页岩油气选区、选层、选段提供依据等功用外,因其具有分析快捷、实时、定量化、不受地层水性质影响的特点,还在低孔隙度低渗透率储集层、复杂储集层、特殊烃组分油层、低电阻率及低显示级别油气显示层识别与评价等方面具有优势,此外在评价储集层物性、判断储集层油质方面也具有一定的价值。但随着勘探开发的深入以及水平井、PDC钻头等先进钻井技术的广泛应用,岩石热解录井显现出分析速度跟不上钻井速度、岩屑细碎、样品挑取困难、有机碳分析温度低、解释评价结论不能满足甲方需求等问题。针对这些问题,提出了完善推广高温有机碳分析仪、研制新型一机多炉储油岩专用分析仪、岩液一体化分析、精细解释评价、拓展岩石热解录井应用空间的建议。

水平井的水平段由于岩屑重力效应及钻具偏心严重,产生的岩屑或掉块极易滞留环空,导致井眼清洁不良和井壁失稳问题,严重影响井下安全。为了实现水平井施工现场井眼清洁定量化监测与分析,设计了一种井场岩屑流量测量装置,研究水平井岩屑体积平衡计算方法,建立水平井岩屑体积平衡分析流程,实现水平井钻进过程岩屑体积随钻跟踪。现场应用表明,利用水平井岩屑体积平衡计算方法可以帮助定量评价井眼清洁异常情况,通过施工优化,提高井眼清洁程度,降低卡钻风险。

传统地化热解技术在分析过程中存在烃类轻组分易散失的问题,这导致地化热解参数S₀参数失真。轻质烃类散失过程受多种因素影响,目前的热解校正恢复方法仍无法准确恢复样品实际的烃类含量,制约了传统地化热解技术对页岩油可动性的准确评价与应用。针对上述问题,提出应用四温阶密闭热解录井技术评价涠西南凹陷页岩油可动性的方法,将该方法获得的S_g与S₀₁值之和定义为四温阶密闭热解的S₀,是现场岩石热解S₀的35.7倍,由此实现了全组分烃类的梯度分析。基于四温阶密闭热解和现场热解TOC得到的涠洲X构造WYX 1井取心段含油饱和度指数OSI平均为258 mg/g,气态烃指数平均为0.085,轻重比平均为0.35,指示研究区页岩油可动性好,具备开采潜力。四温阶密闭热解录井技术可有效避免轻质烃类散失,实现了气态烃和游离烃含量的精确测定,还原了页岩的真实含烃情况,为海上页岩油可动性评价提供了可靠的方法。

页岩评价参数主要依赖测井或实验室资料,为随钻评价带来了难题。鉴于元素是岩石组成的基本单元,与岩石组分、电性特征等存在紧密联系,通过建立元素与页岩评价参数之间的数学计算模型,实现了岩石硅质含量、钙质含量、泥质含量、岩石密度、含气量5种关键参数的随钻计算。将建立的页岩评价参数随钻计算模型在四川盆地永川工区YY 3-1直井与YY 3-1HF井水平段现场应用,通过XRF元素录井计算的页岩评价参数与ECS测井、常规测井、气测录井评价结果吻合,取得了良好应用效果。

为降低钻井现场作业人员数据汇报工作量,规范数据汇报过程,设计开发了基于中油即时通信的钻井数据推送平台。通过对业务现状和需求进行分析,明确以中油即时通信作为推送渠道,确定了推送内容和推送策略,基于.NET框架开发了钻井数据推送平台软件并应用于生产数据推送。实践表明,利用中油即时通信进行数据推送与人工数据汇报相比,具有自动化程度高、数据更加安全的特点,有助于提升数据汇报工作效率和企业的信息化管理水平。

随着数据的爆发式增长和大数据技术的不断发展,数据挖掘技术已成为数据分析和知识发现的重要手段。为拓展数据挖掘技术在录井方向上的系统应用思路,在调研、总结其他领域数据挖掘知识及应用方法的基础上,尝试使用渤海油田地化录井数据构建原油性质判别模型,实现了数据挖掘技术在录井解释中的应用,并在特征工程、模型训练等方面积累了经验。构建原油性质判别模型的过程及模型预测结果表明,使用合理的步骤、参数及算法进行数据挖掘,可有效、快速地进行录井解释,数据挖掘技术值得更深入地研究及开发应用。

石油快速钻井技术的推广与应用在提高机械钻速的同时,也缩短了钻遇地层岩屑样品捞取时间,同时岩屑样品粒径变小,给岩屑录井带来难以准确识别钻遇地层岩性的不利影响。针对录井工程面临的技术难题,录井技术人员研究出一系列光谱检测识别岩性技术。为进一步对比不同光谱岩性识别技术的优缺点,分别阐释了基于光谱检测技术的X射线元素录井技术、X射线衍射录井技术、激光识别岩性技术的原理及技术特点,对基于激光诱导击穿光谱的谱图识别岩性、元素组合关系识别岩性、砂岩-泥岩-碳酸盐岩三角图板识别岩性、Ca/Mg比值数据识别碳酸盐岩等多项技术进行了重点分析,并给出了录井施工应用实例,描述了现有技术存在的技术缺陷,探讨了成分检测在今后岩性识别中的发展方向。

在传统的油气勘探开发中,碳同位素能够确定油气成熟储集层与烃源岩的关系、区分油气混合来源由于页岩气成分简单,组分中的同位素信息尤为重要。随着同位素分析技术快速发展,国内外开始尝试在现场发展实时同位素录井技术,各大油服、仪器公司相继研发出同位素录井设备,在现场进行测试。碳同位素录井是一种在油气勘探开发现场的快速、连续、准确、经济获取同位素信息的新型录井技术,对地质条件下油气藏的发现和检测提供了实时和连续的地球化学表征,为录井工作提供了全新的数据来源和数据解释。碳同位素录井技术已逐渐被国内油气勘探开发单位所接受,以东营和南川两口井的碳同位素录井为例,总结碳同位素录井技术的起源及发展、碳同位素录井方法及其优势,并展望该技术未来更加广阔的应用前景。

基于红外光谱吸收法检测受其他气体干扰较小的优势，研制开发了红外ＣＯ_２
检测仪，简介了其检测原理、
构成、配套电路。红外光谱吸收法的核心是红外发光源、红外传感器及信号采集处理部分。根据红外传感器特点
提出一种信号采集方法，与目前常用的采集方法对比表明，在同等配置条件下，这种方法具有更优的分布离散程
度。

北方冬季气候寒冷,给现场综合录井带来很多问题,加强设备防寒保暖及维护保养就显得尤为重要,是确保冬季现场综合录井仪设备正常运转、性能稳定及测量精度的前提。不同型号的综合录井仪,其传感器及信号线、综合录井仪辅助设备、现场总线等大同小异,冬季在野外露天环境下,施工设备设施极易冻坏变形、信号失真。针对北方冬季气候寒冷的特点,选择最佳可行的防寒保暖、维护保养方案,如采用棉毡包裹与锅炉蒸汽保暖相结合等方法,可做到“防”重于“治”,对在北方冬季施工的综合录井队伍是一个良好的建议。

鄂尔多斯盆地红河油田含油饱和度高的储集层测试往往为干层或水层,这是因为含油饱和度仅反映岩石空间中含油饱满程度,并不反映其可动流体的含油量。为提高储集层流体性质解释符合率,应用大量岩心核磁共振分析数据,开展了核磁共振谱图含油特征分析和可动油饱和度流体性质评价方法研究。首先,借鉴低渗储集层可动流体储集层物性评价方法,以可动流体中含油量为主要依据开展流体性质评价;其次,在物性评价基础上,开展有效储集层(Ⅲ类以上)含油饱和度和可动油饱和度与试油结论对比分析,建立可动油饱和度流体性质评价图板。结合物性评价将储集层流体划分为4类,解决了低渗储集层流体性质解释评价问题。研究认为可动流体中的可动油对低渗储集层流体性质起关键性作用,如果原油在储集层内以束缚油形式存在,即使含油饱和度高也不产油,从而有效解决了红河油田含油饱和度高试油不出油问题。这种方法对类似低渗储集层流体性质评价也有效。

湖南保靖页岩气区块地质构造复杂、岩石致密、断层和褶皱发育、地层倾角变化大、下志留统龙马溪组地层分布广泛、有机质含量高但优质页岩层薄,水平井钻井存在水平段长、纵向靶窗范围小、埋深不确定、标志层不明显、可钻性差等困难,给井眼轨迹控制和地质导向钻井带来挑战,实钻中井眼轨迹存在脱靶和出层风险。针对上述难点,基于地震解释、邻井地层评价等资料,水平井段采用先进的旋转导向钻井系统,推广应用“钻前地质建模、随钻测量/测井、钻后综合评价” 三大关键技术,即:钻前根据储集层特征,制定高自然伽马结合高气测全烃值引导钻头向前钻进的地质导向方案;钻井过程中利用随钻成像测井拾取地层倾角,结合录井岩屑和气测显示,对比地层,分析钻头和地层的切割关系,实现井眼轨迹精细化控制和储集层精准追踪、识别;钻后综合解释、全面评价划分有效页岩气储集层。完钻后统计储集层钻遇率100%,机械钻速7.36~8.88 m/h,达到了优快钻井目的,实现了页岩气勘探高效、低成本开发。

在石油钻井施工过程中若钻遇岩层构造裂缝,往往会导致不同程度的钻井液漏失。由于地层裂缝发育的非均质性特点,钻井施工现场尚无有效方法对裂缝发育情况进行预判,需在钻井井漏发生以后再采取堵漏措施,不仅造成了施工成本的增加还造成了钻井周期的延长。为此,提出一种用主曲率法预测因裂缝导致井漏的方法,将岩层视为一个几何实体,采用趋势面方法建立区域岩层构造模型,运用微分几何中的主曲率法来刻画岩层弯曲变形程度,以实钻井情况作为约束条件确定井漏的主曲率范围,从而以主曲率场的分布特征来指示构造裂缝发育区带,达到预测井漏的目的。该方法在西北油田顺北区块钻井现场进行了应用,结果表明主曲率法能有效预测井漏并指导钻井现场进行安全、高效地施工。

针对当前油井管理效率低、成本高,管理人员不能实时、准确了解现场生产状况的问题,提出一种基于可视化智能监控、神经网络专家系统的自动分析智能油井管理系统。与传统油井管理系统相比,智能油井管理系统可实现现场生产数据实时传输,数据实时性、真实性提高;通过智能摄像装置对油井生产现场实时监控,油井生产安全性提高;现场生产出现故障时系统通过神经网络专家系统自动识别,智能开关井并通报现场人员及时处理,生产效率提高。智能油井管理系统已安装120余井次,现场应用表明,该系统可全面感知油田生产动态,实现油田的可视化智能监控,预测油气田变化趋势,持续优化油气田管理。

为克服异常地层高压给井场钻井作业带来的安全风险,渤海油田通常采用随钻地层压力监测技术,但该项技术中dc指数模型不适用于渤海油田使用的PDC钻头,研究人员基于修正后的杨格钻速方程,结合现场实钻数据研究,重新构建了渤海油田PDC钻头的地层可钻性模型dr。应用该模型成功识别了渤中凹陷某探井的异常高压带,并可计算模拟地层压力曲线为现场合理选择钻井液密度提供依据,确保了井下安全并成功完成了油藏地质勘探任务。

为不断推动录井产业智能化升级,改变传统的录井运作模式,结合录井现状和勘探开发的实际需求,重点介绍了智慧录井平台的岩屑自动捞取系统、岩屑数字化与智能化识别系统、机械臂自动分析系统和随钻智能解释评价系统。在长庆油田MY 1H井等多口井通过实施智慧录井新模式,重塑了录井产业流程和决策机制,降低了人为因素影响,提高了录井效率,降低了人员成本,有效提升了录井过程自动化、智能化和数字化水平,也为解决传统录井技术瓶颈问题提供了新思路、新方案。

随着信息技术的发展,国内外油公司与服务公司间数据传输需求激增,制定数据传输标准成为共识。20世纪80年代提出的WITS标准,解决了当时的数据传输问题,在此基础上制定的WITSML标准,具有良好的扩展性,成为新一代数据传输标准。通过阐述数据传输标准的诞生、发展演变以及WITS、WITSML标准各个版本的基本内容和相关性,分析各版本的优缺点以及应用状况,展示了井场信息传输标准全貌。目前国内石油企业对WITSML标准的应用相对滞后,在进行WITSML应用服务时,采用WITS标准的数据采集系统需要进行相应软件的改造才能支持对服务器的访问,同时需要数据服务软件采用符合WITSML标准的中间件。

地层对比在地质录井作业中占据着非常重要的地位,对于已钻地层的认识及下部地层的预判都有着极为重要的意义。地质人员主要是利用岩屑剖面,结合钻时、气测、岩屑颜色变化等参数进行地层对比,在有随钻测井的情况下则可利用测井曲线数据进行地层对比。但在所钻地层岩性单一的情况下,利用岩屑录井剖面进行对比时可用参数减少,难以满足对比要求。为此采用地层压力监测技术,利用dc指数、声波时差及地层孔隙压力等曲线数据对大套泥岩段地层进行了精细对比,找出了在单一泥岩段情况下,通过泥岩段内部细微参数变化来发现本井与邻井的层位关联与差异,从而为实现地质钻探目的和钻井工程安全提供有效的技术支持。

油气上窜速度是现场油气层评价和井控安全评估的关键参数,其准确与否直接关系到现场钻井施工的井控安全。通过对油气上窜速度影响因素的分析得知,地质因素和非地质因素是影响油气上窜速度的两类主要原因,而非地质因素中的钻具排替作用则是现场油气上窜速度计算存在误差的主要影响因素。通过对钻具排替作用影响的分析,得出不同工况下油气上窜速度传统理论计算方法的改进公式。现场应用表明,改进后的计算方法能有效消除钻具排替作用的影响,为保障钻井施工的井控安全、随钻压力监测以及油气层评价提供准确依据。