井下人工智能實時導(dǎo)向安全鉆進(jìn)系統(tǒng)的功能能夠?qū)崟r隨鉆隨測隨控井下鉆頭，既要對鉆頭導(dǎo)向，又要以獲得最大產(chǎn)能為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使鉆頭采用最佳工藝參數(shù)鉆進(jìn)，自動尋找最佳軌跡，精準(zhǔn)鉆穿油氣層。與此同時，還要在鉆進(jìn)過程中，能夠進(jìn)行實時狀態(tài)監(jiān)控與事故診斷，及時穩(wěn)妥地自動處理事故排除故降，保障安全鉆進(jìn)。為了實現(xiàn)上述功能，該部分由以下兩個專家系統(tǒng)組成。
人工智能鉆井實時控制鉆進(jìn)專家系統(tǒng)
這個專家系統(tǒng)的任務(wù)是實現(xiàn)鉆頭的自動導(dǎo)向及自動選擇最佳工藝參數(shù)和自動尋找最佳井眼軌跡。因此，這個系統(tǒng)的核心組成是新型智能化鉆頭。該鉆頭由 四部分組成，即；傳感器測量部分 、計算機(jī)數(shù)據(jù)處理和存儲部分 、電源供給部分、通訊控制部分。傳感器測量部分負(fù)責(zé)采集鉆進(jìn)過程中實時監(jiān)測取得的隨鉆隨測鉆井?dāng)?shù)據(jù), 如方向、鉆壓、轉(zhuǎn)速等參數(shù)。計算機(jī)數(shù)據(jù)處理和存儲部分，它存儲有地質(zhì)和物探部門提供的地質(zhì)條件和油藏特征信息；能夠應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法建立以獲得最大油氣產(chǎn)能為目標(biāo)函數(shù)的鉆井工藝參數(shù)(如鉆壓、轉(zhuǎn)速等)優(yōu)化模型，并將計算取得的最佳工藝參數(shù)與隨鉆隨測實時獲取的數(shù)據(jù)比較，實時發(fā)出調(diào)整工藝參數(shù)的指令，實現(xiàn)自動優(yōu)化鉆進(jìn)。電源供給部分通過新式智能鉆桿(如上述雙壁鉆柱)內(nèi)裝的高速傳輸纜供電，傳輸纜也可使鉆頭向地面上工作人員傳送信息；通訊控制部分則是通過鉆柱內(nèi)裝的傳輸纜與地面直接溝通，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控。
目前，國外阿帕奇石油科技公司，己研發(fā)出一種智能化鉆頭，它可以自行考慮并與地面裝備直接溝通，操控鉆速和方向。而國外油服公司研發(fā)出的新式智能鉆桿，內(nèi)裝有高速數(shù)據(jù)傳輸纜，可使鉆頭向地面?zhèn)魉托畔?，正符合智能化鉆頭的需要。
人工智能鉆井實時監(jiān)控判斷處理故障專家系統(tǒng)
該系統(tǒng)的目的是保障鉆進(jìn)作業(yè)的安全?，F(xiàn)有的鉆井事故與復(fù)雜情況的診斷與處理技術(shù)，不能滿足現(xiàn)場實際的需要,往往難于避免無法預(yù)料的鉆井異常情況。這個新創(chuàng)建的專家系統(tǒng)是采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法建立模型，它建立起的貝葉斯(Bayesian)網(wǎng)絡(luò)，涵蓋了多種事件類型及其相關(guān)概率。該概率模型可利用過去和現(xiàn)在的數(shù)據(jù)趨勢以及人工智能（AI）方法，產(chǎn)生關(guān)于鉆井工藝事故和設(shè)備或傳感器故障的預(yù)測，其網(wǎng)絡(luò)布置可用于實時檢測與井控、液壓相關(guān)的各種事故，例如鉆柱刺漏、泵故障、液體漏失、封隔器故障等等。此外，該模型還能夠?qū)︻A(yù)測的趨勢進(jìn)行評估，它可以通過自我學(xué)習(xí)和自我校準(zhǔn)來提高其預(yù)測準(zhǔn)確性，它可以針對失真?zhèn)鞲衅鞯臄?shù)據(jù)信息和模型的不確定性進(jìn)行調(diào)整，從而保證預(yù)測的精準(zhǔn)，不用擔(dān)心誤報。
以預(yù)防井噴事故為例，目前國外已研發(fā)出了一種人工智能防噴器液控裝置，它采用了先進(jìn)的PLC和觸摸屏以及高可靠性的ROFIBUS總線等設(shè)施，可以實時預(yù)測并及時發(fā)出警報。再如，為了檢測可能發(fā)生的鉆柱刺漏和泵故障并啟動報警，目前，國外已研發(fā)出了一種新方法，這種方法是將鉆井液流速趨勢的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、模擬的泵壓力與流速的關(guān)聯(lián)等參數(shù)，用來共同描述設(shè)備的狀態(tài)，從而進(jìn)行評估，于極限狀態(tài)時，即可實時報警。報警第一階段能夠確定刺漏或泵故障風(fēng)險及可能的發(fā)生時間；隨后，將刺漏和泵故障作為一個整體，而不是單獨(dú)識別，從而在第二階段又可精確識別出警報代表的故障類型。
上述井下人工智能實時導(dǎo)向安全鉆進(jìn)系統(tǒng)在北美的一個海上鉆井平臺上曾經(jīng)使用過。平臺上的一次鉆井作業(yè)中，該系統(tǒng)在鉆柱刺漏前發(fā)出了6次警報?；诖?，作業(yè)人員及時進(jìn)行補(bǔ)救，消除了災(zāi)難性作業(yè)故障，防止了更大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)損失。并且，由于該系統(tǒng)的早期事件檢測，迅速解決問題恢復(fù)正常操作，還大大減少了非生產(chǎn)時間。
井場人工智能控制臺采用先進(jìn)的綜合集成化人工智能技術(shù)
該技術(shù)對油氣井鉆井工程中的方方面面的模式識別、參數(shù)優(yōu)選、系統(tǒng)優(yōu)化及效果預(yù)測等等進(jìn)行集成化的綜合控制。其遙控方式為電信號，通過多芯電纜連接，反應(yīng)速度快，能夠?qū)崟r反映轉(zhuǎn)閥手柄位置，速度及精度均優(yōu)于傳統(tǒng)的氣控方式。井場人工智能控制臺的主要功能就是“解放司鉆”，也就是說用它來代替司鉆，完成所有的操控任務(wù)，讓司鉆從復(fù)雜的、緊張的操作中解放出來，不必長時間值守在崗位上，只需要在個別特殊下接管現(xiàn)場操作。
一部井場人工智能控制臺，包括有：臺架、防爆插銷、防爆觸摸電腦、防爆蜂嗚警報器、防爆按鈕和防爆旋鈕開關(guān)等部件。臺架上部裝設(shè)防爆箱，箱內(nèi)設(shè)有防爆觸摸式工業(yè)計算機(jī)，計算機(jī)中載有：實時導(dǎo)向控制鉆進(jìn)以及實時監(jiān)控判斷處理故障系統(tǒng)軟件，如關(guān)井系統(tǒng)軟件等等。觸摸屏上設(shè)有：井口防噴器組的各個單體防噴器的開關(guān)界面、節(jié)流管匯的閥件開關(guān)界面、參數(shù)控制界面、一鍵關(guān)井界面、BOP及節(jié)流管匯自定義組合界面和數(shù)據(jù)曲線及控制記錄界面等等。在觸摸屏下端左側(cè)設(shè)有一個計算機(jī)程序啟動的防爆主控按鈕，右側(cè)設(shè)有一個計算機(jī)防爆旋鈕開關(guān)；在防爆箱底部設(shè)有一個防爆插銷和一個防爆蜂嗚器，防爆插銷一端與防爆工業(yè)計算機(jī)的輸入和輸出端對應(yīng)相聯(lián)，另一端通過多芯電纜與已有的防噴器控制系統(tǒng)PLC相聯(lián)。井口防噴器組的各個單體防噴器的開關(guān)界面用來直觀用來顯示防噴器的排列及對防噴器排列進(jìn)行自定義組合；節(jié)流管匯的閥件開關(guān)界面用來直觀地顯示節(jié)流管匯的組合及對節(jié)流管匯進(jìn)行自定義組合；這兩個界面均可根據(jù)實際情況自定義布局，滿足不同井口不同工控的需要。一鍵關(guān)井界面可根據(jù)井口實際工況進(jìn)行自定義，一鍵關(guān)井程序運(yùn)行時可顯示關(guān)井步驟，并通過指示指導(dǎo)下一步。防爆工業(yè)計算機(jī)與井口防噴器控制系統(tǒng)PLC，通過多芯電纜連接，用于防噴器和節(jié)流管匯上的壓力傳感器壓力數(shù)據(jù)傳遞、報警信號傳遞及控制閥的開關(guān)控制，對壓力數(shù)據(jù)實時采集記錄及查閱。
今以控制關(guān)井為例，說明其實施過程。當(dāng)防爆工業(yè)計算機(jī)裝入關(guān)井系統(tǒng)軟件時，只要在觸摸屏上點擊防爆觸摸式工業(yè)計算機(jī)控制程序，防爆觸摸式工業(yè)計算機(jī)即可將觸摸屏信號轉(zhuǎn)換為通訊信號，并通過電纜傳給防噴器控制系統(tǒng)PLC，再通過PLC分析信號轉(zhuǎn)換為電信號，來控制節(jié)流管匯上的電磁閥及其它功能，與此同時觸摸屏上顯示出PLC回傳的電信號，可實時顯示出閥的開關(guān)位置及壓力數(shù)據(jù)。若井口出現(xiàn)壓力異常需要緊急關(guān)井時，只要通過觸摸屏，點擊一鍵關(guān)井界面上的開始按鈕，防爆觸摸式工業(yè)計算機(jī)即可自動地進(jìn)行關(guān)井程序，并通過提示去指導(dǎo)手動的關(guān)井步驟。同時還能夠?qū)⒁磺嘘P(guān)井步驟、壓力數(shù)據(jù)等記錄下來，以備查詢。顯然，這樣的關(guān)井程序自動化，大大縮短了關(guān)井時間，減少了人為誤操作，提高了經(jīng)濟(jì)效益。
遠(yuǎn)程人工智能控制中心。油氣田的油氣井分布區(qū)域，無論是陸地還是海上一般均很分散廣闊，為了保障眾多油氣井鉆井任務(wù)的正常運(yùn)行，實現(xiàn)人工智能化，需要將各個開場的圖像信息、鉆井完井工藝及測井?dāng)?shù)據(jù)以及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)和維護(hù)狀況等，實時傳送到油氣田管理部門，以便管理部門準(zhǔn)確掌握可靠的第一手情報，及時做出正確的判斷和指揮調(diào)度，實時遠(yuǎn)程反饋給各個油氣井，這就需要設(shè)立一個遠(yuǎn)程人工智能控制中心。通常，人工智能鉆井的遠(yuǎn)程控制中心的結(jié)構(gòu)組成如下：
核心裝置，它主要由數(shù)據(jù)服務(wù)器和移動專線組成。服務(wù)器上安裝有操作系統(tǒng)軟件、
數(shù)據(jù)庫軟件、監(jiān)測系統(tǒng)軟件等。這些軟件具備主動問詢、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢、報警顯示、生成電流、電壓及示功圖曲線等多項功能。
通信平臺，通?？刹捎脽o線局域網(wǎng)、數(shù)傳電臺、GPRS等通訊方式。采用數(shù)字網(wǎng)絡(luò)
化的無線傳輸技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊，具有安裝開通快捷、維護(hù)遷移方便、造價低、便于集中管理等優(yōu)點，尤其是采用GPRS方式時，不僅可進(jìn)一步減少井場的工作人員, 而且，還可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程對各油氣井鉆機(jī)的聯(lián)合控制。地球衛(wèi)星通訊(GPRS)包括有：數(shù)據(jù)分析服務(wù)器集群和深度學(xué)習(xí)服務(wù)器集群。前者用于對被控系統(tǒng)發(fā)送的各個油氣井的鉆井控制過程中的實時數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而得到不同類型的實時分析數(shù)據(jù)，并發(fā)送給深度學(xué)習(xí)服務(wù)器集群；后者用于將實時分析數(shù)據(jù)和歷史分析數(shù)據(jù)結(jié)合進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)，以得到優(yōu)化數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送至認(rèn)定的數(shù)據(jù)分析服務(wù)器集群；認(rèn)定的數(shù)據(jù)分析服務(wù)器集群即可基于認(rèn)定的優(yōu)化數(shù)據(jù)，形成被控的油氣井的鉆井控制過程的優(yōu)化指令，發(fā)送至被控系統(tǒng)。
監(jiān)控設(shè)備，遠(yuǎn)程人工智能控制中心的監(jiān)控設(shè)備主要包括有：油氣井遠(yuǎn)程測控終端、
油井工作參量信號/數(shù)據(jù)采集設(shè)備、現(xiàn)場電源模塊、現(xiàn)場數(shù)據(jù)顯示、操作終端以及密封防爆電器箱等。其中，遠(yuǎn)程測控終端由遠(yuǎn)程控制終端、電源、前端傳感器加保護(hù)箱組成，遠(yuǎn)程控制終端由數(shù)據(jù)采集I/O、電源模塊、通訊模塊/接口、天線等幾部分組成；保護(hù)箱是對測控系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)的箱體，可以防雨、防曬、防塵。控制中心的監(jiān)控設(shè)備中的現(xiàn)場數(shù)據(jù)顯示、操作終端，設(shè)有液晶屏幕顯示，面板上有操作按鍵，從而可實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的配置與數(shù)據(jù)顯示。 計量設(shè)備，它包括拉力變送器、角位移變送器、電流電壓互感器等等。
我國目前，鳳凰技術(shù)收益基金公司已研制成了利用衛(wèi)星傳輸信息的遠(yuǎn)程鉆井系統(tǒng)；威控科技公司已研發(fā)出了以遠(yuǎn)程測控終端（RTU）為核心的油井遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，它們都為人工智能鉆井遠(yuǎn)程控制中心的建設(shè)，創(chuàng)造了有利條件。
從全球來看，現(xiàn)在國外已有油服公司和科技公司，陸續(xù)推出了有關(guān)人工智能鉆井的部分產(chǎn)品，預(yù)計到2025年有望進(jìn)入人工智能鉆井的初級階段，開啟人工智能鉆井的新時代，而且“無人鉆井(井場不需要員工)” 的愿景也將會在不太長的未來實現(xiàn)。因此，人工智能鉆井是當(dāng)前鉆井技術(shù)的一次全方位深刻革命，它將對鉆井行業(yè)及其從業(yè)人員產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，它將大幅度提升鉆井效率、質(zhì)量、安全性、可靠性及經(jīng)濟(jì)、社會效益。由此可見，我國必須迎頭趕上，大力開展人工智能鉆井的研發(fā)，以只爭朝夕的精神，在短時間內(nèi)從“跟跑”到“領(lǐng)跑”，全面進(jìn)入人工智能鉆井的新時代。
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