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摘 要：发展钻进模拟技术是促进石油产业发展的一个重要途径，关于这一技术的研究，我国已经取得了初步的成果，也在各个油田中实现了推广。该文主要针对钻井模拟技术的现状与发展展望进行了相应的分析。
关键词：钻井模拟技术 现状 发展 展望
中图分类号：TE21 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）12（c）-0066-02
目前，国内石油和天然气的勘探重点是开发区域钻井施工的实施模式，这项工作风险大、难度高，而且成本高，在石油工程中推行钻井仿真技术，能够有效降低施工风险，减少钻井成本，为施工提供辅助支持，还可以有效优化现有的钻井速度。基于钻井工程而建立相关的数学模型正是钻井模拟仿真技术在石油钻井应用中的首要步骤。国内钻井仿真模拟研究始于1994年，由中西部的石油大学提出，自此之后，大港油田、大庆油田等开始针对这一问题展开了深入研究，目前我国在钻井模拟的研究上也取得了初步的成效，主要研究内容包括钻井过程的模糊、钻井流程的操作等，在相关的仿真与培训上，也取得了技术性的突破，完成了训练产品的研发与制定，在操作训练工作中取得了理想的作用，但是与发达国家相比而言，还存在一定的差距。
1 钻井模拟技术的研究现状分析
直到现在，钻井技术经济评价的仿真研究仍然很少，国内在20世纪80年代中开始发展钻井训练模拟器，那时主要从国外引进钻井模拟器，并且根据需要进行改造，运用原本的模拟器，驱动电路和编译相应的钻井和控制软件。西南石油大学钻井模拟器就是其中的佼佼者，研究人员开发出一系列DS全尺寸钻井训练模拟器，并在国内石油企业应用推广。西南石油学院在1986年基于引入的DIGITRAN模拟器，开发了国内第一个微型钻井模拟器，具有完全独立的知识产权，同时还达到了国外同类别模拟器的水平。在2004年，又自主开发了一个全尺寸缺失平衡的钻井模拟器，在研发技术的发展下，我国在钻井训练器的自主研发上取得了初步的成就，已经完成了泡沫钻井液钻进、地面充气的模拟操作以及文本演示。在2009年，我国的西南石油大学成功研发出DS-8钻井模拟器，是一种理想的高度模拟现场设备，可以利用计算机技术与网络技术满足钻井模拟的要求，再利用模拟技术进行钻探，能够为用户提供故障处理、井控、钻井实践，可以应用于海上钻井平台以及陆地钻井平台中上钻和操作的技术人员培训，具备同步三维投影显示的操作条件，视觉效果非常好，给人一种身临其境的感觉。
2 钻井模拟技术的应用趋势
目前，国外钻井模拟仿真模型的研究主要集中在钻井工程、钻井地质模型以及钻井经济学模型方面，已经取得了丰硕的研究成果。与国外发达国家相比，我国相关研究还处于初级阶段，主要集中在钻进工程的某个分支，如，模拟注气、井控模拟、井筒轨迹的仿真模拟中。关于石油行业标准的制定，我国也存在一些缺失，多数模型解决的都是一些具体问题，而大部分工程模型都是借鉴其他发达国家的技术，很少进行现场试验与实验室验证、仿真。虽然针对钻井地质模型展开了深入分析，但是在钻井仿真系统的研究还存在缺失，关于这一工作的研究，还需要学者的不断努力。
国外的陆地和海上钻井作业培训都有相关的模拟器，可以提供模擬训练钻探技术的整个过程，能够逼真地再现虚拟地下环境。国内发展过程中也有一部分训练模拟器，但模拟器与实际钻井数据结合实际工作环境的模拟、地下场景的三维可视化技术研究仍存在缺口，需要继续进行深入研究。国外钻井仿真系统已经应用在钻井过程模拟和技术经济评价工作中，并取得了较好的效果。国内在井控模拟中，对于平衡井注气模拟、井眼轨迹模拟仿真技术的研究还不足，模拟软件过于单一。在钻井计算机模拟尤其是钻井过程预测中缺乏成熟的软件，在钻井技术经济评价报告的领域，研究更是寥寥无几。
为了进一步促进我国钻井仿真技术水平的提升，我国需要积极借鉴国外发展国家的研究，并重点开展以下几项工作。
第一，针对钻井钻探训练模拟器以及钻井技术展开深入的研究，注重实际钻井数据与模拟器数据的结合研究，加强实际操作过程与模拟过程之间的吻合度，保证模拟结果的真实性与准确性。满足仿真钻井培训的要求。
第二，继续开展钻井过程计算机模拟研究，包括钻井工程设计方案、计算机仿真研究、钻井过程的实时模拟和预测，尽快将其应用在实际模拟中，重视可视化仿真技术研究、井下故障诊断和预测的关键技术研究，在对矿山地质环境研究的基础上，达到地下场景三维的可视化仿真目的。
第三，尽快建立钻井技术经济评价模型，开展计算机模拟的技术经济评价研究工作。
目前，信息化已经成为企业一个新的增长点，以信息化带动相关产业的发展成为提升企业综合管理水平的主题，资料显示，在国际石油公司中，每年有约15%～50%的费用由于不科学的决策而遭到浪费。配合高性能数据库服务器、微机集群处理设备以及高速网络通信设备的钻井模拟设备可以有效地减少施工中的盲目性，是石油公司的研发重点。任何符合逻辑的操作序列都是可以通过模拟系统来进行执行，还可以直接检查模拟结果，与相关的工程模型、地质模型进行对比，及时进行修改，确定出更加科学合理的施工方案。
3 结语
对于钻井工程环境而言，钻井地质特征参数是描述工程状态的主要参数，也是制约钻井模拟系统顺利实现的重要因素，利用钻进模拟技术，可以根据地质特征参数情况的变化来构建地质体，这离不开地球物理、钻井人员、地质人员的共同努力。实践证实，钻井模拟系统的应用可以模拟施工的整个过程，为施工方案的制定、工程设计工作的开展奠定好技术支持，且钻井模拟系统还具备自学习功能，可以针对特定区域的钻井、物探、测井、录井信息进行系统的分析与统计，对已发生的事故进行推理，最大限度地缩短施工方案的实施时间。
参考文献
[1] 高兴坤，孙正义，李红宣.计算机模拟技术在钻井工程中的应用及展望[J].石油钻探技术，2007（5）：118-121.
[2] 袁骐骥，郭昭学，杨开雄，等.全尺寸实物欠平衡钻井模拟器[J].钻采工艺，2007（4）：105-106.
[3] 李琪，李旭梅，刘志坤，等.临境式地质导向钻井信息模拟研究[J].天然氣工业，2007（3）：52-54.
[4] Varela R，Guzman F，Cruz D，et al.First Application of Turbodrill and Hybrid Bit to Optimize Drilling Times in Cretaceous Formations with High Chert Content in Mexico South Region[C]//IADC/SPE Drilling Conference and Exhibition.2014.
[5] 隋洪涛，李鹏飞，马世虎.精通CFD动网格工程仿真与案例实战[M].人民邮电出版社，2013.
关键词：钻井模拟技术 现状 发展 展望
中图分类号：TE21 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）12（c）-0066-02
目前，国内石油和天然气的勘探重点是开发区域钻井施工的实施模式，这项工作风险大、难度高，而且成本高，在石油工程中推行钻井仿真技术，能够有效降低施工风险，减少钻井成本，为施工提供辅助支持，还可以有效优化现有的钻井速度。基于钻井工程而建立相关的数学模型正是钻井模拟仿真技术在石油钻井应用中的首要步骤。国内钻井仿真模拟研究始于1994年，由中西部的石油大学提出，自此之后，大港油田、大庆油田等开始针对这一问题展开了深入研究，目前我国在钻井模拟的研究上也取得了初步的成效，主要研究内容包括钻井过程的模糊、钻井流程的操作等，在相关的仿真与培训上，也取得了技术性的突破，完成了训练产品的研发与制定，在操作训练工作中取得了理想的作用，但是与发达国家相比而言，还存在一定的差距。
1 钻井模拟技术的研究现状分析
直到现在，钻井技术经济评价的仿真研究仍然很少，国内在20世纪80年代中开始发展钻井训练模拟器，那时主要从国外引进钻井模拟器，并且根据需要进行改造，运用原本的模拟器，驱动电路和编译相应的钻井和控制软件。西南石油大学钻井模拟器就是其中的佼佼者，研究人员开发出一系列DS全尺寸钻井训练模拟器，并在国内石油企业应用推广。西南石油学院在1986年基于引入的DIGITRAN模拟器，开发了国内第一个微型钻井模拟器，具有完全独立的知识产权，同时还达到了国外同类别模拟器的水平。在2004年，又自主开发了一个全尺寸缺失平衡的钻井模拟器，在研发技术的发展下，我国在钻井训练器的自主研发上取得了初步的成就，已经完成了泡沫钻井液钻进、地面充气的模拟操作以及文本演示。在2009年，我国的西南石油大学成功研发出DS-8钻井模拟器，是一种理想的高度模拟现场设备，可以利用计算机技术与网络技术满足钻井模拟的要求，再利用模拟技术进行钻探，能够为用户提供故障处理、井控、钻井实践，可以应用于海上钻井平台以及陆地钻井平台中上钻和操作的技术人员培训，具备同步三维投影显示的操作条件，视觉效果非常好，给人一种身临其境的感觉。
2 钻井模拟技术的应用趋势
目前，国外钻井模拟仿真模型的研究主要集中在钻井工程、钻井地质模型以及钻井经济学模型方面，已经取得了丰硕的研究成果。与国外发达国家相比，我国相关研究还处于初级阶段，主要集中在钻进工程的某个分支，如，模拟注气、井控模拟、井筒轨迹的仿真模拟中。关于石油行业标准的制定，我国也存在一些缺失，多数模型解决的都是一些具体问题，而大部分工程模型都是借鉴其他发达国家的技术，很少进行现场试验与实验室验证、仿真。虽然针对钻井地质模型展开了深入分析，但是在钻井仿真系统的研究还存在缺失，关于这一工作的研究，还需要学者的不断努力。
国外的陆地和海上钻井作业培训都有相关的模拟器，可以提供模擬训练钻探技术的整个过程，能够逼真地再现虚拟地下环境。国内发展过程中也有一部分训练模拟器，但模拟器与实际钻井数据结合实际工作环境的模拟、地下场景的三维可视化技术研究仍存在缺口，需要继续进行深入研究。国外钻井仿真系统已经应用在钻井过程模拟和技术经济评价工作中，并取得了较好的效果。国内在井控模拟中，对于平衡井注气模拟、井眼轨迹模拟仿真技术的研究还不足，模拟软件过于单一。在钻井计算机模拟尤其是钻井过程预测中缺乏成熟的软件，在钻井技术经济评价报告的领域，研究更是寥寥无几。
为了进一步促进我国钻井仿真技术水平的提升，我国需要积极借鉴国外发展国家的研究，并重点开展以下几项工作。
第一，针对钻井钻探训练模拟器以及钻井技术展开深入的研究，注重实际钻井数据与模拟器数据的结合研究，加强实际操作过程与模拟过程之间的吻合度，保证模拟结果的真实性与准确性。满足仿真钻井培训的要求。
第二，继续开展钻井过程计算机模拟研究，包括钻井工程设计方案、计算机仿真研究、钻井过程的实时模拟和预测，尽快将其应用在实际模拟中，重视可视化仿真技术研究、井下故障诊断和预测的关键技术研究，在对矿山地质环境研究的基础上，达到地下场景三维的可视化仿真目的。
第三，尽快建立钻井技术经济评价模型，开展计算机模拟的技术经济评价研究工作。
目前，信息化已经成为企业一个新的增长点，以信息化带动相关产业的发展成为提升企业综合管理水平的主题，资料显示，在国际石油公司中，每年有约15%～50%的费用由于不科学的决策而遭到浪费。配合高性能数据库服务器、微机集群处理设备以及高速网络通信设备的钻井模拟设备可以有效地减少施工中的盲目性，是石油公司的研发重点。任何符合逻辑的操作序列都是可以通过模拟系统来进行执行，还可以直接检查模拟结果，与相关的工程模型、地质模型进行对比，及时进行修改，确定出更加科学合理的施工方案。
3 结语
对于钻井工程环境而言，钻井地质特征参数是描述工程状态的主要参数，也是制约钻井模拟系统顺利实现的重要因素，利用钻进模拟技术，可以根据地质特征参数情况的变化来构建地质体，这离不开地球物理、钻井人员、地质人员的共同努力。实践证实，钻井模拟系统的应用可以模拟施工的整个过程，为施工方案的制定、工程设计工作的开展奠定好技术支持，且钻井模拟系统还具备自学习功能，可以针对特定区域的钻井、物探、测井、录井信息进行系统的分析与统计，对已发生的事故进行推理，最大限度地缩短施工方案的实施时间。
参考文献
[1] 高兴坤，孙正义，李红宣.计算机模拟技术在钻井工程中的应用及展望[J].石油钻探技术，2007（5）：118-121.
[2] 袁骐骥，郭昭学，杨开雄，等.全尺寸实物欠平衡钻井模拟器[J].钻采工艺，2007（4）：105-106.
[3] 李琪，李旭梅，刘志坤，等.临境式地质导向钻井信息模拟研究[J].天然氣工业，2007（3）：52-54.
[4] Varela R，Guzman F，Cruz D，et al.First Application of Turbodrill and Hybrid Bit to Optimize Drilling Times in Cretaceous Formations with High Chert Content in Mexico South Region[C]//IADC/SPE Drilling Conference and Exhibition.2014.
[5] 隋洪涛，李鹏飞，马世虎.精通CFD动网格工程仿真与案例实战[M].人民邮电出版社，2013.