国内外智能钻完井技术调研报告

石油圈一直致力于广泛搜罗追踪行业内最新前沿装备技术信息，逐渐对智能钻完井领域有了自己的一些认知和思考，经过4个月的信息检索、组稿和专家审核，终于酝酿出一份6万余字的《国内外智能钻完井技术调研报告》，除了《石油圈》刊物中涉及的重要智能钻完井技术最新装备信息，还囊括了国内外在智能钻完井领域的重要研究成果，并经过了中海油多位技术专家的审核，更让我们欣慰的是，这份报告还得到了部分高校老师和企业的一致认可。

一、背景简介

自20世纪80年代以来，智能钻完井技术开始进入人们的视野，信息技术、微电子技术、机器人技术和通信网络技术与钻完井工程不断紧密结合和集成化发展，大大促进了石油钻采技术的革新，决定了石油科技的未来，本文便对这些技术进行了梳理和盘点。

一些复杂地质条件下的复杂结构井、超深井、超大位移井、深水钻井和特殊工艺井，难免遇到一些非均质性、不确定性、非结构性的难题，因此，迫切需要借助信息技术、智能技术和当代高端科学技术，从而为智能钻完井技术的理论与技术带来发展契机。

下面，石油圈就对智能钻井及智能完井技术发展历程以及技术展望进行介绍，并对最近几年推出的智能钻井以及智能完井技术与装备进行盘点。

二、智能钻井技术

1.智能钻井技术发展历程

第一代智能钻井技术主要依托有限的数据传输技术和井下电池、涡轮发电机供电的条件，来进行钻进作业，具有代表性的是MWD工具的使用。

基于电子钻柱的第二代智能钻井技术可以和LWD、PWD、SWD、NRWD、GST、RST、DDS等井下随钻测控工具以及与之配套电控仪表工具，进行有效地集成使用，以对接式电子钻柱、感应式电子钻柱、连续软管（CT）电子钻柱结构为代表的第二代智能钻井技术将更全面地更高水平地实现智能化、信息化和自动化钻井。

2.智能钻井技术介绍

（1）地面设备

地面自动化钻井主要包含绞车及自动送钻装置、顶部驱动钻井装置、钻井管柱自动化操作装置和一体化司钻控制系统，目前世界最先进的自动化钻机基本实现了由1名操作人员通过计算机控制钻井作业的全过程。

目前，轻型自动化钻机的代表有：英国Strachan and Henshaw 公司RAD钻机、BP与美国Phonex Alaska Technology公司联合研制的轻型自动化钻井系统 （LADS）等。

另外，德国Wirth公司和NOV公司推出新型单轴传动绞车，突破了多轴结构和链条传动的传统模式，简化了绞车结构，提高了传动效率，降低了钻井成本。

ProTorque 公司最新推出的CRT快速下套管工具，可以从顶驱监测组装过程，并记录扭矩、圈数和钩载数据，能够简化作业流程并且使停工时间最小化。其提升载荷为120~660 吨；输出扭矩可达13，000~85，000 ft. lbs。

Volant CRT公司weCATT扭矩接头及扭矩分析监测工具

在钻井管柱自动化操作装置方面，挪威EDM、加拿大CANRIG、NOV、威德福、Robotic Drilling Systems AS （RDS）公司等几家大的石油钻井设备公司都相继开发出了类似的钻井管柱输送及测量装置，实现了钻井管柱安全、可靠地从地面台架自动输送到钻台，并同时完成其长度的测量和后续处理。

（2）井下送电

井下送电技术的研究可追溯到上世纪40~50年代初，前苏联和美国General Electric研制的一种电钻杆，后至20世纪80-90年代，法国IFP公司研究唇密封的电钻杆，发展至今，有 3 种较为可行的供电方法，即高性能电池、井下涡轮发电机以及导线传输。

2007 年 4 月，美国佐治亚理工学院开发出由超声波驱动的直流纳米发电机，能收集周围环境中微小振动机械能并转变为电能，为传感器、探测器、等纳米器件提供能量。2007 年 8 月，法国研究人员发明的基于 SiC 纳米线的纳米级交流发电机，可为纳米级电子机械系统提供动力，并有助于加速电子产品的超微型化。关于井下涡轮发电机技术，我国也已有数十项专利。

（3）智能钻柱

智能钻柱包括智能钻杆及其接头、智能油管等。市场上比较常见的有美国GRANT PRIDECO公司智能钻杆、NOV公司Intelliserv智能钻杆技术以及海隆智能钻杆等。

海隆智能钻杆

其中，海隆石油管材研究所的智能钻杆采用了高温高压密封接头结构，此结构能适应温度-250~600℃，压力为300MPa的恶劣环境，有效解决了智能钻杆在密封、绝缘等问题上存在的不足，同时具有耐腐蚀、寿命长等特点。

（4）井下工具

目前智能钻井的井下工具主要包括钻井导向工具、智能接头、智能扩眼工具、智能连续油管以及其他智能钻井工具等。比较有代表性的有威德福公司的 Jet Stream循环接头、RipTide随钻扩眼工具、Revolution旋转导向系统（RSS）、贝克休斯AziTrak地质导向工具和TeleCoil智能连续油管技术、Smart Drilling 公司Scout 三维旋转导向系统、Intelligent drilling tools（IDT）公司 iDisc智能循环和丢手工具、Tolteq公司 iDM智能定向工具和SureMate一体化智能扶正器、Geolink公司随钻测井系统以及荣获2016年OTCASIA大会评选出的五项成果奖之一的iCWD 智能循环短节（MIT Technologies公司），而我国也在863项目中自主创新研制出了首套导向钻井系统MRSS。

威德福Jet Stream循环接头采用先进的无线射频识别技术（RFID）

3.智能钻井技术发展趋势分析

综合近几年全球石油开采技术革新情况来看，智能钻井方面的研究动向主要有两点：第一，传感检测技术，尤其要满足高温高压的井下参数的检测技术、电力及信号在钻井过程的传输问题和决策系统的建立等；第二，决策系统的研究、现场试验及完善将是智能钻井配套技术持续研究的内容。

未来智能钻井系统将主要由高寿命智能钻头、高智能微型机器人、轴承组、机械密封、变速箱、电机、润滑油补充系统、断开接头、CT接头及复合材料连续油管（CCT）构成。

三、智能完井技术

1.智能完井技术发展历程

20世纪80年代末，智能完井技术通常只限于对采油树和油嘴附近的地面传感器进行远程监控、对地下安全阀进行远程液压控制、对采油树阀门进行液压或电动液压控制。随着该技术的发展和智能控制系统的成功运用以及各种永久性置入传感器可靠性的提高，作业者开始考虑对井筒流体进行直接控制。

90年代后期，贝克休斯、斯伦贝谢、ABB和Roxar等几家公司都开发了对井下进行监控的智能完井技术。而目前主要有三种智能完井系统：全电子智能元件系统、光纤传感器的水力系统和具有电子永久性井下参数测量仪的水力系统。

2.智能完井技术介绍

（1）井下动态监测系统

井下动态监测系统包括井下信息采集传感系统、井下数据传输及连通系统两方面内容。其中信息采集传感系统主要涉及温度/压力传感器、流量及流体组分传感器、储层成像技术。光纤传感器的发展成为热点，尤其是威德福公司已经开发出适用于井下的光纤式压力、温度、流量传感器，以及美国石油生产和油田服务公司与得克萨斯州奥斯丁大学合作开发的纳米传感器。

威德福2013年推出的OmniWell系统可避免修井作业，改善油藏管理，其含有电子硅绝缘片（SOI）计量表、光学传感器及石英压力计等，可监测压力、热量、流量和地震活动。这些工具能够进行数据采集、信息管理以及井型分析工作，帮助作业者更准确地认识油藏。

OmniWell系统示意图

此外，斯伦贝谢 WellWatcher油藏及井下状况实时监测系统、贝克休斯 MultiNode全电动智能井地面控制系统、哈里伯顿地面监测、控制系统均具一定代表性，此外，我国的光纤监测技术最近几年也以飞快的速度向前发展，该领域最具代表性的公司是北京蔚蓝仕，其光纤永久式井下温度压力监测系统以及稠油热采生产过程在线测井系统都达到了国际前沿水平。

（2）井下流体控制系统及技术

井下流体控制环节是智能完井系统关键技术，主要包括层段控制阀和封隔器。近几年该领域不断推陈出新，比如Welldynamics公司层间控制阀（IV-ICV、HV系列控制阀、CC-ICV等）、井下流量控制阀（HS-ICV、MC-ICV、eRED-HS、sSteam 蒸汽注入阀门等）、产层隔离装置（HF-1可回收套管完井封隔器、MC套管井封隔器等）、CheckStream化学药剂注入控制阀、EquiFlow AICD以及其他智能完井辅助配件等。

哈里伯顿控制线缆槽式短节以及FMJ连接器

此外，比较有代表性的还有斯伦贝谢井下多产层流量控制阀（TRFC-HN、WRFC-H等）、隔离封隔器（XHP、XMP等）和 HLWM液控管线湿式连接工具、贝克休斯HCM-Plus、HCM-A滑套和AFCD井下流量控制装置、威德福远程操控层段控制阀和 RFID压裂滑套工具以及中国石油勘探开发研究院的井下液控多级可遥控控制阀和穿越式封隔器等。

（3）井下优化开采系统

目前性能较好的几种井下优化开采系统有哈里伯顿 SCRAMS远程油藏分析和管理服务系统、Expro公司 CaTS无线遥测控制系统以及斯伦贝谢Manara生产和油藏管理系统和 IntelliZone Compact 多产层管理控制系统。

斯伦贝谢IntelliZone结构图

斯伦贝谢2015年推出的 IntelliZone Compact 多产层管理控制系统由多通道封隔器、流量控制阀（地面控制）、温度压力传感器（线控长度15000ft）、多点模块、管线快速接头、地面控制系统以及WellBuilder系统和地面操作软件构成，只用5条管线就可控制井下15个紧凑型模块，提供每个产层的温度、压力数据，无论是通过本地的SCADA系统或者远程连接都能实现优化储层开采、实时监测井底条件变化的目的。

（4）完井管柱与工艺

在完井管柱与工艺方面，斯伦贝谢、哈里伯顿和贝克休斯的技术一直处于领先，最常见的有Manara 智能完井系统、SmartWell智能完井系统、InForce智能完井系统以及InCharge智能完井系统等。

常规Manara智能完井管柱（水平井）

斯伦贝谢2015年推出的Manara采油与油藏管理系统能够对井下情况进行永久监控，并对每一井眼分支的不同目的层进行实时的流量控制，每一层位都有集成性的监测与控制组件，可对含水率，流速，压力和温度进行测量，识别一口井内不同层位的开采特征。该系统的电感耦合器嵌入到套管/油管接头中，将数据在井下和地面之间进行无线传输。单一的电力控制线将每个监测控制组件连在一起，将整个系统连接到井口，大大简化了井口设备。

3.智能完井技术发展趋势分析

随着智能完井技术的成熟，它的应用领域将继续得到扩展，前景一片光明。就目前来看，射频识别技术和光纤技术的发展短期内将会推动智能完井技术的发展。此外，由于永置式光纤监测技术避免了电缆监测技术中电磁干扰，提高了监测精度和传输距离，且体积较小，相对于传统的井下系统，逐渐成为了智能完井系统的可靠选择。

以上仅简单综述了智能钻完井技术的进展并阐述了一些极具代表性的智能钻完井技术和装备，文中所提及的相关技术装备均在石油圈《国内外智能钻完井技术调研报告》中进行了详细叙述。

信息的分享和认可才能最大化体现其价值，以下便是该报告的主体内容。如果您所涉及的行业与该领域相关，想要了解更多详细内容和更多技术，或者您对这份报告感兴趣，请点击这里联系我们。

作者/魏亚蒙

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