近日，在美国休斯敦举行的CERAWeek会议关于零碳技术的讨论中，专家们一致认为，数字化是提供实时解决方案的必要条件，因为能源工业的目标是实现净零排放目标。

基于对国内国际非常规油气勘探开发趋势的深刻理解和精准预判，中国页岩气发展大会始终对油气数字化、智能化转型保持着高度关注。第十一届中国页岩气发展大会特别邀请中国石油集团工程技术研究院有限公司固井研究所所长曲从锋，全面介绍《基于AnyCem®系统的自动化固井技术》。另据了解，该项目作为“十三五”以来中国石油集团公司十大科技创新成果之一，获得了2021年获得cippe产品创新金奖。

图为曲从锋所长在第十一届中国页岩气发展大会现场演讲

以下为曲从锋先生现场演讲内容

《基于AnyCem®系统的自动化固井技术》

尊敬的各位院士，各位专家、各位领导，上午好！

我是来自中国石油集团工程技术研究院固井所的曲从锋，很荣幸能够在页岩气大会上做汇报，我汇报的题目是《基于AnyCem®系统的自动化固井技术》。

大家知道固井质量直接关系到单井产量、油气井寿命和安全环保生产，提高固井技术水平对于支撑油气勘探开发有重要意义。特别是近几年，随着页岩气、致密油气等非常规油气的大开发，后期的大型压裂对固井质量提出了更高要求。前期的实践证明固井质量如果不理想的话，会导致后期环空带压、套变等系列问题，极大影响非常规油气的长期安全高效开发。

中国石油集团为提升固井质量，推进固井业务高质量发展设立了重大科技专项长期聚力攻关，形成了基于AnyCem®系统的自动化固井技术。

下面我从三个方面做简要汇报：

一、技术背景

固井工程有四个特点：v

一次性工程：它是钻井的“临门一脚”，如果质量不好的话，一般情况下难以补救，而且成本比较高，效果比较差。

隐蔽性工程：主要流程在井下，施工时如果不能直接观察，质量控制往往决定于设计的准确性和准备工作的好坏，受多种因素的综合影响。

作业要求高、技术性强的系统工程：施工时间短，一般只有两三个小时；工序内容多，作业量大，是技术很强的工程。

油气井的百年大计：固井施工安全及固井质量影响后续工程的进行，包括开采、压裂增产，长期寿命和产能方面，对产能影响比较大。

所以说要提高油气井的固井质量需要科学的设计、先进材料的体系、可靠的固井工具和高质量施工四个方面协力支撑，我们要把握好设计、施工、管理这三条质量控制线的支撑保障。所以说固井质量的控制是设计出来的、建设出来的、管理出来的，而不是由测井测出来的。

对于传统固井来说，受软件自主能力不足、装备精准操控不足、作业模式转型发展不足等关键瓶颈制约，总体上呈“有办法、无把握”的不利局面，需要研发先进的自主化固井技术与装备。

我们传统的固井从设计方面来说、现在自主的软件不满足提高固井工程科学化设计的要求。从装备方面来说，常规的人拉肩扛、劳动强度大，而且高压区作业风险比较高，不满足于提高固井装备自动化能力和精准连续施工水平的需求。同时也不能满足固井技术转型升级和创建固井高端技术品牌的需求。

为实现固井复杂可预知、过程可控制和质量可保证，需要我们聚焦设计、施工、管理三个关键控制环节，用自动化的执行流程，最大可能排除人为因素的干扰，提高工作效率，为固井提供一揽子的解决方案，从根本上扭转“有办法、无把握”的不利局面，因此我们开展了自动化固井技术的研发，也是顺应固井技术的发展趋势，国际上也是在同步研发。

依托于中石油集团重大的科技项目，历时10年攻关形成了以AnyCem®固井软件平台、自动化固井成套装备为核心的软硬件融合新型自动化固井技术，推动固井作业由经验向科学决策转变，引领固井工程步入自动化、信息化的新时代。

我们这一套自动化固井技术主要包括两个方面：一个是AnyCem固井的软件平台，它是从设计、仿真到实时的施工监测，以及生产组织流程管理全过程的软件平台；第二部分是自动化固井成套装备，包括从水泥头、水泥车，一直到混灰的供灰系统、指挥车这几部分。

二、自动化固井的技术特点

主要有三个特点：

一是研发了首套CNPC独立知识产权的AnyCem®固井平台系统，高效支撑了固井科学设计与模拟分析，显著提升了固井工作时效；

二是建立了自动化固井作业控制方法，研制了自动化固井成套装备，提高了固井作业的可靠性和精准度，保障了固井施工质量；

三是形成了新型自动化固井工艺技术，实现“无人操作”固井作业，促进了固井自动化技术新发展。

具体来说，首先从AnyCem®固井软件平台来说，我们有六大模块，其中在固井设计仿真和科学分析模块中包括8个子模块，还有4个自动化施工作业实时监测和控制模块，5个固井工程生产组织与技术管理模块，4个固井数据平台模块和固井基础数据库，还包括辅助工具等多项支撑模块，为国际上功能最全的多功能一体化的固井软件平台。

简单介绍一下里面主要的模块：

套管安全下入预测，我们是考虑实际轨迹、流体性能、下入速度和居中情况等因素，能够模拟套管的下入过程，现在已经在川渝的页岩气，还有长庆那边的致密油气，包括中石油的一些重点区块进行了广泛应用，下套管的模拟复合度大于90%。

液柱压力动态精细分析。我们考虑到温压条件流变摩阻可以进行分析，能够进行多关注点的ECD、EBD预测，这个也是在新疆塔里木这些深井、超深井上进行了应用。

拟三维冲洗顶替效率模块。这个是可以考虑多流体变排量、变密度、偏心度等因素，能够对整个施工过程的冲洗顶替效率进行模拟，在威远地区的页岩气中进行了模拟结果与现实实测的固井质量匹配度高于85%，这也说明固井的冲洗顶替效率对于最终的固井质量非常重要。

水泥环密封完整性分析。我们可以考虑塑性变形、初始应力、多层套管、温度场等因素，对水泥环的密封完整性进行分析。其实一开始也是由于页岩气开发，由于后期大型体积压裂我们水泥环受到交变载荷的压力情况下开发了水泥环密封完整性分析。现在已经在塔里木、川渝、长庆等地区广泛应用，能够提出不同深度的水泥石力学性能要求来指导我们水泥浆的体系设计。

工程设计远程审阅审批。我们原来传统的是需要把这个设计打印出来找相关负责人签字，现在我们基本上通过笔记本、手机，各个负责人阅览以后、审批以后就可以电子审批，大大提高了审批时效，已经在长庆固井、陕甘宁蒙晋五省区普及应用，效果显著。

固井质量测井声幅的一键解释。就是对后期CBL声幅图能够一键识图解释，方便精细化的统计分析。

固井实验数字化管理。我们固井在前期要做大量的室内实验，调配方案之类的，我们都可以集成到这里面，为固井实验的大数据分析奠定基础，以后可能我们调配方，原来可能要做10次，有大数据以后，可能做个1、2次就能够把这个配方固定下来。

固井大数据平台。现在涵盖固井5大类数据池，能够通过7种检索分析方法，实现全过程信息的储存、分类查询和统计分析。

自动化固井实时监控。对于自动化的固井成套装备能够实现全面监控，自动化完成全流程的固井施工作业，中枢控制实时可靠，数据监测传输精准，是自动化固井作业的关键核心模块。

刚才说的是软件平台，第二大部分就是自动化的成套装备，这包括从自动化的供灰车到水泥车，到井口的水泥头，还有自动化的固井指挥车，包括这四大部分。首次实现了装备操作的无人化，提高施工作业效率30%，降低现场劳动强度50%以上。

自动化固井水泥车。建立了固井所水泥车上水、下灰、密度、排量等协同联动控制方法，系统革新了水泥车的作业模式和人车交互模块，率先实现水泥车无人操控固井作业。原来现场施工的时候我们是站在水泥车上对水泥车进行操控的，现在我们就直接坐在房间里，通过笔记本、通过软件来进行实时操控。

自动化的稳定供灰系统。建立了多灰罐连续供灰模式和定量化的稳定供灰方式，研制了基于灰量质量控制、气量压力控制为核心的自动化稳定供灰系统，持续为自动化固井水泥车提供均匀稳定的灰量供应，自动化的供灰速率波动率小于2%，罐余的监测量小于1.5%。

自动化监控固井水泥头。原来水泥头需要人工去开各种阀门，现在我们都实现了自动化，显著提高了工序的连续性，因为固井时候的水泥浆如果中间停顿的话可能会有闪凝这些情况发生，很容易发生一些复杂事故。使用这个模块以后，中间的流程从原来一般要停顿5-10分钟，现在缩短到小于5秒，大幅度降低了井口高压风险和劳动强度。

自动监控固井闸阀系统。其实跟水泥头是一体的，创新了固井地面管汇控制系统、固井施工参数监测系统等一体化集成与控制方法，实现了与自动化固井水泥车、自动水泥头深度技术衔接，显著提升了固井施工作业的精准度、连续性和可靠性。

自动化固井指挥车。在指挥车上我们搭建AnyCem®软件，与装备高质量对接，实现井场至基地，北京固井监控实验室（控制中心）的实时传输，在中心就可以实时监测控制，数据传输时差小于0.01ms，准确度100%，是自动化固井技术重要的“前线指挥部”。

最终我们形成了自动化固井工艺、技术，这个就是依托刚才说的AnyCem®中枢控制软件，以及成套的装备，建立了多装备协同控制方法，全工艺流程的自动监控方法，实现固井施工全过程的自动化作业，全方位支撑固井工程分析计算以及自动施工监控。

该技术实现了从试压-泵注-胶塞释放-替浆-碰压等固井全流程多工序的无人操作，自动化作业使得单井设计更加科学精准、施工参数更加精确平稳、工序衔接更加紧密可靠、工艺流程更加清晰明确、操作环境更加舒适、友好的“5个更加”，全面促进了作业水平和固井质量提升，示范引领了固井作业的模式变革。右下方这个是我们做的一个施工过程的一个流程。

现在我们已经建立了5支自动化固井示范队，为自动化固井工艺技术全面推广，固井技术水平迈上新台阶奠定了重要基础。

与传统常规的固井相比，自动化固井技术在设计、施工、安全质量以及资料归档分析方面都具有显著优势。比如说原来固井施工的时候，需要5、6个人协同操作，从水泥车、水罐、灰罐以及水泥头都要有人，各司其职，现场是通过对讲机、吹哨子这种原始的方法进行沟通，中间如果沟通不畅的话，很可能发生事故。现在我们只需要1-2个人在控制房里操作，全过程的自动化作业，无人干预，安全、环保风险大幅度降低，而且固井质量也得到了提升，包括后期的资料归档能够实现自动化归档，一键式的分析。

与国际上先进技术对标的话，我们有八项属于“人无我有”，对标斯伦贝谢、哈里伯顿这些技术企业；有四项关键模块属于“人有我优”，而且两次经过7位院士、14位专家鉴定为国际领先水平。

三、应用成效

AnyCem®软件在11个油田和5大钻探公司39个基层单位已经推广运用了8000余井次，在长庆、长城实现了固井施工方案的线上审批，实验数据和声幅质量统一的数字化归档，提高生产时效20%，大幅提高了固井工程设计、分析科学化水平，提质增效作用显著。

整套的自动化固井所技术是在辽河、长庆成功应用了60余井次，密度控制精度是在±0.01，排量精度±0.01，压力可以达到±0.5Mpa，能够实现全程无人干预，降低现场劳动强度50%以上，提高作业效率30%以上，能够实现施工连续高效自动化，技术优势凸显。

这是我们统计的今年2021年在长庆地区实施的自动化固井技术的部分情况，全井固井优质率平均可以达到94%，而且有些地方是99%以上，和他们原来的固井质量对比有显著提升。

后面我就简单说一下，这是我们第一口实现了自动化固井作业的井，是在辽河油田。

这是长庆油田的一口井，固井目的层模拟分析顶替效率达到了100%。

自动化固井技术荣获了2020年中国石油集团十大科技进展，2021年获得cippe产品创新金奖，而且作为“十三五”以来中国石油集团公司十大科技创新成果之一，在今年9月份在北京发布，光明网等媒体发布了权威及时的报道。

习总书记指出：“重大科技创新成果是国之重器、国之利器，必须牢牢掌握在自己手里，必须依靠自力更生、自主创新。”

自动化固井技术作为自主创新的技术，前期已经通过工业化的应用，在提升固井设计的科学性、保证施工连续性、提高固井质量以及组织管理效率方面取得了显著成效。下一步，我们将在习总书记的感召下，聚焦科技创新，以解决固井工程现场问题、科学难题为己任，提升自动化固井技术的适用性、信息化智能化水平，通过科技赋能提质增效，打造更加高效、更加智能、更具有国际影响力的自主化固井技术与品牌。

衷心感谢各位领导，各位专家，以及同仁的鼎力相助，我的汇报结束，谢谢各位！