自动化智能化地质岩芯钻探技术装备研究

自动化智能化地质岩芯钻探技术装备研究

左世秋

黑龙江农垦勘测设计研究院有限公司 150000

摘要：目前，在社会快速进步的背景下，各个行业都提高了对智能化技术的应用需求，使得地质钻探工程在实施过程中，必须加强对智能岩心钻探技术的分析，加强对先进装备的研发，才能拓展当前深地开拓工作的需求。基于此本文结合实际思考，首先简要分析了智能控制技术的基本概述，其次阐述了自动化智能化地质岩芯钻探技术装备内容。通过对地球深部的积极探索，使得相关人员能够以智能化自动化钻探技术为基准，统一项目的研究目标，从而支撑有关行业的发展。

关键词：自动化；智能化；地质岩芯钻探技术；装备

引言：如今国内的勘探开发工作正向着深层超深层、低渗透等非常规的方向进行发展，使得勘探行业面临着较大的挑战。所以，其为保证自身能够得到更好地发展，需运用自动化、智能化的地质岩芯钻探技术，创建完整的钻井系统，使工作人员能够合理应用钻井工具，从而完成闭环调控、超前探测、智能决策以及精准制导等操作，在把控钻井成本的同时，可以提高资源的采收率。

一、智能控制技术的基本概述

智能控制技术是采用智能信息反馈、智能信息处理以及智能控制决策的一种操作技术。其主要依靠控制理论，在传统的控制模式上进行升级，使不确定 的高度非线性、数字模型等建设任务需求都能得到满足。而在地质勘探项目中，通过智能控制技术的应用，可以将自动化钻井技术与人工智能相互结合，创建出双向通讯系统，实现对地面的监控级管理，以保证数据在传输以及采集过程中的速度有所升级，进而满足自动化、智能化的地质钻井工作需求。

二、自动化智能化地质岩芯钻探技术装备分析

（一）创建自动化智能化钻井系统

通过井下智能工具、地面计算机智能系统、井下供电装置等的组合，执行数据信息的采集、传输、分析以及执行等功能。这样，则可实行地面的自动化钻井以及井下的自动化钻井操作。

第一，可以通过司钻系统的构建，让地面的关注自上而下地进行连接，已开钻井机器人，实现对钻井工作的管控。依附于自动化工具，自动设置钻台关注以及排放装置。第二，通过井下导向系统的应用，让钻井系统与短程通讯系统相互对接，从而完成地面司钻集成控制系统的构建，运用井下闭环钻井的方式，实现对地质的勘探处理。

（二）合理应用自动化智能化钻井工具

常见的集中钻井工具有智能钻头、智能钻柱以及旋转导向工具。首先，在智能钻头应用过程中，可以通过动态评价的方式，了解钻头在应用过程中的力学参数，有效地感知地层温度以及地层压力，确认钻头的深度以及角度，确认钻井环节的各项数据信息。其次，可以对复杂的地质进行勘察，了解压力高度、井温以及井径大小及管柱长。通过常见的钻井机具来防止井眼发生失稳的情况，把控钻井的成本，使钻头的应用年限有所延长。尽可能地规避卡钻的风险发生。最后，通过旋转导向技术的应用，将导向工具作为本次活动的开展核心。这样一来，则可依靠指向式、推靠式的操作方式，确认井眼 的轨迹，执行自动控制以及随钻的测量操作。

同时，可以恒定油气层的管控目标，让两种控制技术可以进行融合，从而满足原钻井的设计要求。让钻头能够向着油气层的方向进行延伸，使得钻头能够达到目的层。

（三）建立地质岩芯钻探技术体系

根据目前地质钻探工作的开展要求，创建出满足钻探工程管理工作的技术方案。让工作人员采用合作的手段，实现对项目运维状况的合理梳理，使得地质钻探项目的技术要求能够达标。也可采用特定外界条件的方式，建立地质岩芯钻探技术体系[1]。

例如：结合矿体的产状、形态、规模、品位变化情况，基于《岩心钻探规程》中的内容，让工作人员选择大小合适的金刚石绳索，完成取芯钻探操作，使得钻探工作效率有所提高，从而保证转孔孔径大于75mm[2]。同时，可以结合当地的地质条件要求，让岩芯采取率及岩层的采取率高于70%，使标志层中矿层顶板以及矿层高于80%。将岩矿新进行取出，清洗处理后按照从上而下的顺序进行装箱。但此环节不可进行颠倒，让工作人员结合岩芯的编号进行排列。确认好岩芯票的填放方式，为岩芯箱编号，以保证每个箱体的要求都能满足有关规定中的要求。

另外，应测量间距以及钻孔弯曲程度。运用三维坐标的设置，确认钻孔轴线的空间位置以及形态，让设计部门能够确认轴线偏离的最大限值。并且，可以准确地进行定点测量操作，使得方位角以及钻孔顶角的位置都能够被确认。生成测量记录表，将所测量的内容都填入到表中。如此，则可保证在制孔的施工过程中100m内的顶角偏离程度不会超过2，而斜孔施工区域内，100m内的顶角偏斜程度不会超过3。使施工人员严格按照地质岩芯钻探技术体系执行岗位工作[3]。

（四）实现全流程一体化钻探控制

运用快装性、模块化以及轻量化的一体化钻探设计方式，增加低值钻芯钻机的适配性。首先，可以通过钻架平台的设置，采用原位起升的方式，确认顶驱导轨的具体行程长度，使得其整体结构能够呈现出轻质且简洁的状态。同时，可以采用动力学分析以及系统建模的方式，增加钻进工艺的应用，采用管柱组合的方式，确保配套设备的应用要求能够得到满足。依靠电传动的操作方式，让系统结构得以强化，从为人运用两台交流变频的电动机，实现对输入轴的驱动。也可运用2级的齿轮，完成输出扭矩的调速。让变速箱实现扭矩的传递，以防止钻柱荷载发生不承受轴向的问题。

其次，在钻进期间，可以适当地加长主轴的承载能力，让提吊装置以及水龙头主轴承担装置的起下钻操作，并增加泥浆泵的应用，让变频电机能够顺利执行驱动操作，使得流量、泵压能够被精准地控制。

（五）增加钻进过程智能化控制

通过对深孔数据的检验以及分析，加强测量仪的应用效果，使得管式孔内的储存系统与参数能够被合理设置。也可通过脉冲发生器的使用，使现场小口径地质的岩芯钻探能够得到满足。如此，则可顺利地执行采集、传输、数据显示以及存储工作。同时，可以优化钻进参数，实现对钻进数据内容的控制，使工作人员依靠平台，智能化地对钻进过程进行判别，以保证现场内的安全预警工作能够合理实施。

另外，为通过钻速预测模型的创建，确认司钻放中的钻井中的钻进控制系统，确认钻压、立管压力、转矩、泵量、转速以及钻进深度等多方面的参数内容，通过系统完成监控及显示操作，使得钻进环节有参数体检，从而保证钻进效果。最后，可采用事故预警的方式，防止在事故发生时出现过多的安全隐患。

（六）制定绳索取芯钻杆钻具设计

基于钻具结构的优化方案进行分析，确认钻具结构的状态，选择大深度的绳索取芯钻杆工具，保证取芯工艺与之结合，从而增加在现场操作环节的有利因素。同时，可以依靠钻井方案的制定，让工作人员在施工过程中能够降低安全方面的影响，以优化钻进轨迹，使泵量、钻压、转速能够合理地进行调整。也可采用集成联调联试的方式，使岩芯的采取率可以达到97.28%，给到工程项目一定的技术支持。

结论：综上所述，采用多方法融合、多源信息导入的方式，生成一体化智能控制系统，使工作人员可以结合系统中的内容，处理复杂地层孔中的一些问题。运用钻进参数的优化以及轨迹线路的优化，使多源信息能够进行融合，从而提高智能钻探技术的应用效率，满足地质资源的勘察要求以及探测部门的战略性需求。

参考文献：

[1]张鑫鑫,梁博文,张晓龙. 智能钻井装备与技术研究进展[J]. 煤田地质与勘探:1-11.

[2]沈国亮. 岩芯钻探中复杂地层的护孔工艺[J]. 冶金管理,2023,(11):62-64.

[3]冯美贵,蒋睿,徐军军. 泥浆不落地技术在地质岩芯钻探中的应用[J]. 地质论评,2023,69(S1):518-520.

[4]张金昌,尹浩,刘凡柏. 自动化智能化地质岩芯钻探技术装备研发与应用[J]. 地质论评,2022,68(04):1382-1392.