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方兴未艾的井下控制工程学访中国工程院院士、中国石油集团工程技术院苏义脑教授
问： 井下控制工程学的产生背景与发展过程
答：井下控制工程学这一概念是我于1988年开始形成并在1993年前后正式提出的,至今也只有短短的20多年时间,其研究的主要对象是油气井井下控制问题.它首先是从解决油气钻井的井眼轨道控制成功率和精度问题发端,而后发展迅速,逐步成为油气钻完井中的一个新领域.最近十多年来在其他井下专业方面也获得了日益广泛的应用.
钻直井技术一直在持续发展,重点在于“复杂地质结构”条件下的深井和超深直井.与20世纪初相比,油气钻井的地面装备、井下工具、钻井液等方面都发生了显著的变化,而且从无到有建立了井眼轨道的测量、控制和油气层保护、完井等技术环节,使钻井工程形成了现代化的工程技术学科.
钻井技术的每一次重大进步都是其他学科和新技术引入并结合的结果.考虑到钻井轨道控制与飞行器的姿态和轨道控制方面的共性,以及工程控制论在导弹制导中的成功应用,促使我产生了把工程控制论和飞行器制导技术引入油气钻井工程、从而另辟蹊径以发展井眼轨道控制理论与技术的想法.在经过一段时间的类比、分析和较深入的研究工作之后,1988年我提出 “井眼轨道制导控制理论与技术”这一新的研究方向,寄希望于“井下闭环控制”和“用手段解决问题”.在此基础上,考虑到油气井井下各种工艺过程中有关控制问题的共性,于1993年正式提出“井下控制工程学”这一新概念和学科框架.
问： 井下控制工程学的主要研究内容
答：作为一个新的学科分支,井下控制工程学由以下四个基本部分组成：一是理论基础,主要是研究井下系统动力学与控制信号分析理论及方法；二是技术基础,针对井下控制机构与系统设计学、井下参数采集与传输技术进行攻关；三是产品开发,这一新的学科分支的应用目标是研制和开发不同井下作业过程所需要的各种控制工具和控制系统,以解决实际生产问题；四是实验室建设和实验方法,相应的实验室是井下控制工程学的依托和基础.
问：井下控制工程学的性质和目标都有哪些？
答：井下控制工程学是用工程控制论的观点和方法,去研究和解决油气井井下工程控制问题的有关理论、技术手段的一个新学科分支.它是油气井工程井下工艺问题与工程控制论相结合的产物,是一个多学科的交叉应用技术领域.从工程性质上看,它涉及到钻井、完井、试井、测井、采油、修井等一切与油气井井下工艺有关的施工作业过程；从控制方式上看,它涉及到开环遥控和井下闭环自控.
油气井的特殊结构和井下的恶劣工况决定了井下控制问题的难度、复杂性和特点.因此,也决定了井下控制工程学这一分支学科的研究性质：它是一个理论性和实践性都很突出的多学科交叉的应用技术领域.多专业多学科的交叉是其主要特点,可概括归纳为：“以井下为对象,以控制为目标,以力学为基础,以机械为主体,以流体为介质,以计算机为手段,以实验为依托.”
研究井下控制工程学的目的是从理论上认清井下控制问题的物理性质和控制过程的基本规律,从实践上开发和提供行之有效的控制系统、工艺和手段,从技术和经济上最优地解决有关工程问题.
这一新的学科分支的应用目标是要研制和开发不同井下作业过程所需要的各种控制工具和控制系统,以解决实际生产问题.机电液一体化往往是这种井下控制系统的基本特征,它是井下控制机构设计学的综合应用.由于产品开发的多样性和实用性,决定了井下控制工程这一分支必将具有针对性很强的专业应用领域,能产生重大的经济效益和社会效益,并有望以此为基础形成一种新的高技术产业.
问： 主要研究进展和技术发展趋势
答：自1988年以来,我带领研究团队在井下控制工程学方面从事基础性研究和开展技术攻关,在井下系统动力学研究、可控信号分析、井下控制系统与机构设计、前沿技术研发、实验方法研究和实验室建设等工作中取得若干成果和进展.主要包括：一是研究确定了井眼轨道控制系统的性质.二是研究了可用于井下控制的多种信号,提出了一些新的概念和方法.三是提出了井下系统动力学的概念和研究方法,以此作为井下控制系统分析和建模的理论基础.另外,还开展了信息传输通道和信息传输规律的理论研究和实验研究；井眼轨道遥控系统和自动控制系统的目标、基本结构与设计原则的研究；提出了井下控制系统和机构设计学的概念和模块化设计方法；开展了井下若干工程参数和地质参数的测量研究；开展了井下无线短传技术的研究与开发,从模型建立到实用技术并应用于工具系统等等.
在上述应用基础理论、设计方法研究和实验室建设的基础上,我和研究团队进一步致力于井下控制工具和系统的研发工作,例如：遥控可变径稳定器,CGMWD正脉冲无线随钻测量系统,CGDS近钻头地质导向钻井系统,PWD随钻压力测量系统,无线电磁波随钻测量系统,连续无线随钻测量系统,自动垂直钻井系统,旋转导向系统,工程用LWD随钻测量系统,SWD随钻地震系统,中子孔隙度测量工具,遥控分层配采系统,等等.这些具有自主知识产权的控制工具和系统,获得多项国家发明专利,其中一部分已经产业化并工业化规模应用,取得显著的技术效果和经济效益,一部分正在由样机向产品转化.这些科研成果和产品提升了我国在钻井高端控制工具和和仪器方面的核心竞争力,具有广阔的应用前景和社会效益,同时丰富和扩展了井下控制工程学的技术内涵和应用范围（例如遥控分层配采系统的研发成功标志着这一技术思想由钻井扩展到采油）.
2 0多年来,井下控制工程学这一新分支学科日益得到国内业界专家学者的认可,1997年被列为我国油气钻井专业的新分支；2008年被国家教育部列为学位教育中“石油天然气工程”这个一级学科下新增的二级学科,批准招收硕士、博士生.我们这一个集理论研究、技术开发和工程服务于一体的专业团队,已成为中国石油钻井工程技术研究院所属的专业研究所,相关高等院校也在开设井下控制方面的选修课程,有的院校也在组建相关的研究团队,这一切为井下控制工程学的未来发展提供了组织和人才保证.
井下控制工程学未来的技术发展方向和趋势是：井下控制技术正在从钻井领域向其它井下工艺领域扩展应用,如完井、采油、测井、测试、井下作业和储层改造等；控制技术正在从单体工具或仪器向高度集成化、系统化和特殊作业化发展；控制系统正在向实时化、自动化和智能化方向发展；井下控制系统的工作特点正在向高性能指标（如高温、高压、大容量、高传输速率等）、高可靠性、长工作寿命和强适应性方向发展；井下控制技术与油气勘探开发的结合将更加紧密,逐渐成为提高勘探发现率、开发采收率和单井产量的直接手段,目标是降低吨油成本.
中国石油论文范文结:
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