模糊物元方法評價區(qū)域漏失分布特征

侯 冰 陳 勉 朱 靜

（1.中國石油大學(xué)，北京 102249；2.沈陽工業(yè)大學(xué)，遼寧沈陽 111003）

鉆井及完井作業(yè)過程中發(fā)生的井漏問題是一項隱蔽的地下工程，存在著大量的模糊性、隨機性和不確定性問題。判斷漏失的方法通常是通過統(tǒng)計前期漏失地層的地層巖性、漏失工況及漏失通道，從而分析地層漏失原因［1-2］，也可以結(jié)合地層力學(xué)與物理性質(zhì)判斷漏層特性［3］。經(jīng)驗豐富的鉆井工程師通過實鉆過程中的鉆井和地質(zhì)信息，例如排量、循環(huán)時差等參數(shù)綜合判斷漏失地層的特性［4-5］。隨著成像測井技術(shù)的發(fā)展，通過常規(guī)電阻率測井資料結(jié)合成像測井資料也可以判斷漏失層段及其漏失特征［6］。近年來提出通過數(shù)學(xué)方法統(tǒng)計漏層特征，根據(jù)漏層特性參數(shù)間的相互不確定性，利用模糊識別方法預(yù)測實際漏層與臨井理想漏層的接近程度，可鉆前預(yù)測不同漏失層位的漏失風(fēng)險［7］。國外學(xué)者主要是采用專家診斷系統(tǒng)，結(jié)合鉆前的地層裂縫特征和鉆井過程中的鉆井參數(shù)信息診斷漏失風(fēng)險［8］。這些漏失評估方法主要是針對特定漏失層位進行分析，考慮漏失特征參數(shù)主要集中在鉆井參數(shù)和裂縫特征上。由于裂縫性地層應(yīng)力敏感性較強，更加需要對構(gòu)造和應(yīng)力場特征加以重點分析，尤其是對油田區(qū)塊的區(qū)域性漏失特征評估時，地質(zhì)特征、鉆井工藝技術(shù)和鉆井液性能等都對地層漏失有較大影響，這時影響漏失的因素更多而且各因素之間的關(guān)聯(lián)性更加復(fù)雜，這就需要借助更加有效的數(shù)學(xué)模型對漏失影響因素進行有效識別，并對不同區(qū)域的漏失特征進行綜合評價和風(fēng)險預(yù)測。

模糊物元方法是結(jié)合模糊數(shù)學(xué)和物元分析方法消除事物的模糊性和眾多影響因素間的不相容性，從而對事物特征進行綜合評價的新方法。以塔中Ⅰ號斷裂構(gòu)造帶為例，采用模糊物元方法建立起基于歐氏貼近度的漏失模糊物元分析模型，該模型采用反映評價指標特征值之間差異性的參數(shù)作為評價漏失指標的權(quán)重，減少了權(quán)重確定的主觀性，通過對塔中Ⅰ號斷裂構(gòu)造帶上4個不同位置的典型漏失井進行分析，漏失預(yù)測結(jié)果與實際情況吻合，驗證了該模型的有效性，為不同區(qū)域的漏失風(fēng)險分析提供了參考。

1 影響漏失安全因素及評價指標

塔中1號坡折帶是塔里木盆地一個非常重要的油氣聚集帶，該區(qū)碳酸鹽巖儲層裂縫溶洞發(fā)育，漏失溢流等狀況嚴重影響鉆井安全。將塔中地區(qū)引起漏失的主要原因歸納為地質(zhì)因素、鉆井工藝因素和鉆井液性能3類因素，然后對每類因素進行細致區(qū)分，得到鉆壓、密度等共17個評價指標（圖1）。

圖1 漏失安全評價因素

2 區(qū)域漏失特征模糊評價方法

不同漏失評價區(qū)域的評價體系M有n項評價指標c，與其相對應(yīng)的模糊量值分別為μ，以有序三元組R（M,c,μ）作為描述漏失區(qū)域的基本元，簡稱物元。在塔中Ⅰ號斷裂構(gòu)造帶上4個不同區(qū)域分別選擇一口發(fā)生漏失事故的井，將看作漏失安全評價的不同體系Mi（i=1, 2, 3, 4），分別對應(yīng) TZ27、TZ72、TZ35和TZ2井，利用模糊物元方法對漏失指標體系進行漏失評價，根據(jù)選取4口井的實際漏失情況，統(tǒng)計出每種指標的實測數(shù)據(jù)進行模糊物元分析，具體評價指標取值見表1。

表1 漏失安全評價指標及取值

根據(jù)模糊物元理論和漏失評價指標體系，建立區(qū)域漏失評價模型的計算步驟。

步驟1：將表1中每口漏失井作為物元中的事物，各漏失指標作為物元中的特征，可以構(gòu)造漏失復(fù)合物元

步驟2：根據(jù)步驟1所確定的復(fù)合物元計算漏失指標的從優(yōu)隸屬度，根據(jù)漏失地層評價指標的技術(shù)特點，漏失指標性質(zhì)以不同符號表示：“↑”表示越大越優(yōu)型；“↓”表示越小越優(yōu)型；“?”表示適中型指標，適中指標Xij采用藍色字體表示。

越大越優(yōu)型的漏失評價指標

越小越優(yōu)型的漏失評價指標

適中型的漏失評價指標

式中，uij指隸屬度；Xij為第M區(qū)域第i項指標對應(yīng)的量值；maxXij、minXij分別為各區(qū)域評價體系中每一項評價指標所有量值中的最大值和最小值。

步驟3：根據(jù)所評價的體系中的最大值或最小值確定最優(yōu)方案模糊物元，這里僅取最大值組成標準體系的模糊物元，即

步驟4：根據(jù)式（5）計算各井的評價指標與標準狀況指標之間差的平方值Δij，得到差平方復(fù)合模糊物元RΔ，即

步驟5：采用反映評價指標特征值之間的統(tǒng)計參數(shù)——變異系數(shù)作為評價指標的權(quán)重［7］，計算每個漏失評價指標權(quán)重，得權(quán)重復(fù)合物元Rw

步驟6：根據(jù)式（6）計算漏失評價的歐氏貼近度RρH，得到

式中，ρHi為第i個漏失評價體系與標準體系之間的相互接近程度。ρHi值越大，表示第i個漏失體系與標準漏失體系越接近；反之，則表示與標準漏失體系相差越遠。

由于影響地層漏失因素的復(fù)雜性和多樣性，所給出的判斷矩陣不能保持完全一致，有必要進行一致性檢驗，為此計算判斷矩陣偏離的一致性指標機一致性比斷矩的最大特征根；n表示判斷因素的個數(shù)；RI表示平均隨機一致性比率。若隨機一致性比率CR＜0.10，則認為判斷矩陣具有滿意的一致性；否則，應(yīng)該調(diào)整矩陣的元素取值。

3 評價實例

利用上述方法對塔中Ⅰ號斷裂構(gòu)造帶4口井的評價指標進行分析，最終由式（6）計算得到4口井的歐氏貼近度結(jié)果為

對計算結(jié)果進行一致性檢驗，CR=0. 083，小于0.10，說明計算的結(jié)果能夠滿足評價的真實性。通過統(tǒng)計上述4口井鉆井日報中記錄的漏失情況，得到每口井實際目的層段的漏失量見表2。

表2 4口井漏失情況統(tǒng)計

從表2可看出,每口井的全井漏失量基本與歐氏貼近度成正比。同時對這4口井所在區(qū)域的多口井漏失情況進行了統(tǒng)計，每個區(qū)域的漏失情況也與歐氏貼近度基本相符。由此可見，用模糊物元方法對不同區(qū)域的漏失情況進行安全評價是可行的。

4 結(jié)論

（1）應(yīng)用模糊物元方法對各項漏失特征參數(shù)進行物元分析和綜合評價，可以較為準確地評價不同區(qū)域地層的漏失狀況，為區(qū)域地層漏失狀況鉆前預(yù)測提供新思路。

（2）所選區(qū)域的特征參數(shù)綜合考慮原始地層構(gòu)造特征、鉆井參數(shù)、鉆井液性能，預(yù)測結(jié)果與漏失統(tǒng)計數(shù)據(jù)相符，具有一定準確性。

（3）區(qū)域漏失物元分析模型操作性強，能夠減少人為主觀因素，便于形成工程操作軟件指導(dǎo)鉆井方案設(shè)計。

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