鉆井歷史數(shù)據(jù)分析利用的新視角與啟示

汪光太 關(guān) 岳 高魁旭 吳 虹

中國石油勘探與生產(chǎn)工程監(jiān)督中心 （北京 100083）

隨著現(xiàn)代計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，鉆井?dāng)?shù)據(jù)庫在推動鉆井行業(yè)提升管理水平和技術(shù)進(jìn)步方面起著日益重要的基石作用。國內(nèi)石油行業(yè)中最早開始數(shù)據(jù)庫應(yīng)用研究的專業(yè)領(lǐng)域就是鉆井工程[1]，目前在各油氣田應(yīng)用的鉆井?dāng)?shù)據(jù)庫早已由單機(jī)版發(fā)展到了網(wǎng)絡(luò)版，以鉆井?dāng)?shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的鉆井信息管理系統(tǒng)已完全具有鉆井生產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)審核、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)交匯入庫、原始數(shù)據(jù)直接利用等功能。

原始數(shù)據(jù)直接利用主要體現(xiàn)在對鉆井歷史數(shù)據(jù)的自動查詢、檢索和簡單統(tǒng)計方面，而簡單統(tǒng)計往往只注重與績效有關(guān)的績效指標(biāo)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，這些原始數(shù)據(jù)的直接利用提高了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的傳遞速度和數(shù)據(jù)共享的輻射能力，改進(jìn)了辦公效率，為鉆井生產(chǎn)計劃統(tǒng)籌安排、實(shí)時調(diào)度、物資采購和后勤保障、新井設(shè)計參考起到了一定的支持作用。

與國內(nèi)鉆井?dāng)?shù)據(jù)的開環(huán)利用狀態(tài)相比，國外油公司和跨國石油技術(shù)服務(wù)公司已形成并采用鉆井?dāng)?shù)據(jù)信息與知識的閉環(huán)管理模式，如圖1所示，這種創(chuàng)新的數(shù)據(jù)利用模式，強(qiáng)化對原始數(shù)據(jù)的集成整理、深度分析和加工利用，已成為油企增值管理服務(wù)不可或缺的有效工具。

對鉆井歷史數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)深度分析和加工是構(gòu)建鉆井?dāng)?shù)據(jù)、信息和知識閉環(huán)管理模式的關(guān)鍵。由BP石油公司與斯倫貝謝公司合作研發(fā)的無風(fēng)險鉆井技術(shù)NDS（No Drilling Surprises）技術(shù)就是這種數(shù)據(jù)管理模式的典型范例。NDS技術(shù)的核心理念就是從獲得的所有數(shù)據(jù)中提煉出有用的信息并及時有用的信息并及時準(zhǔn)確地傳遞給所需要的人[2]，以此作出計劃決定和調(diào)整施工設(shè)計來實(shí)時優(yōu)化鉆井作業(yè)過程。

圖1 鉆井?dāng)?shù)據(jù)應(yīng)用和加工流程

從鉆井歷史數(shù)據(jù)中提取有用信息，往往離不開數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)就是要從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機(jī)的數(shù)據(jù)中提取隱含在其中的有用信息和知識的過程。目前對數(shù)據(jù)挖掘方法已開發(fā)了許多計算方法[3]，只是計算起來非常繁瑣，但若采用數(shù)據(jù)可視化挖掘方法就可克服這方面的弱點(diǎn)，通過把數(shù)據(jù)庫中的大量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可視的各種圖形，可增加比圖表和文字更強(qiáng)大的功能，有助于揭示數(shù)據(jù)的狀況、內(nèi)在關(guān)系和規(guī)律等，使用戶對數(shù)據(jù)“看”得更清晰、直觀。在實(shí)際工作中，采用可視化方法對鉆井歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行集成整理分析過程中，不難得出對改進(jìn)設(shè)計、優(yōu)化施工井段、優(yōu)選處理流程等方面起指導(dǎo)和輔助決策作用的信息，下面就從深井鉆井進(jìn)度和深井事故統(tǒng)計的可視圖形中，深度剖析隱含其中的信息，以得出指導(dǎo)鉆井作業(yè)的有益啟示。

1 深井鉆井進(jìn)度曲線圖及特征分析

通常一口井完井后，都會繪制如圖2所示的單井設(shè)計鉆井進(jìn)度與實(shí)鉆進(jìn)度對比圖，如把實(shí)鉆進(jìn)度曲線上各點(diǎn)的斜率定義為視行程鉆速，視行程鉆速的大小就決定了鉆井進(jìn)度的快慢。實(shí)際上如鉆井時間橫軸以小時數(shù)來記錄劃分鉆井作業(yè)時，進(jìn)度曲線上各點(diǎn)的斜率就等于行程鉆速，如鉆井時間橫軸以天數(shù)來記錄劃分鉆井作業(yè)時，在輔助作業(yè)時間很短情況下視行程鉆速可看作近似等于行程鉆速。

圖2 單井設(shè)計鉆井進(jìn)度與實(shí)鉆進(jìn)度對比

提速、提效是鉆井工程長期關(guān)注的主題，提高視行程鉆速就有助于“雙提”，提高視行程鉆速不能僅指望于提高機(jī)械鉆速，改進(jìn)設(shè)計、提升管理也是非常重要的方面。單井的實(shí)鉆進(jìn)度曲線只能看出實(shí)鉆績效成果及設(shè)計的符合程度，從中不易發(fā)現(xiàn)有用信息。

可把同一油田(或同一構(gòu)造或同一區(qū)塊)鉆井日期相近的多井鉆井進(jìn)度曲線組合到一塊組成曲線圖，如采用協(xié)同管理，擁有并充分利用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)信息交流平臺，及時共享經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，那么鉆井進(jìn)度曲線圖應(yīng)相對收斂，如圖3中B油田實(shí)際鉆井進(jìn)度曲線圖所示。

圖3 B油田實(shí)際鉆井進(jìn)度曲線圖

采用相近的技術(shù)措施，且操作作業(yè)水平比較均衡的各鉆井隊(duì)在C油田承鉆的幾口井，其鉆井進(jìn)度曲線圖也表現(xiàn)出較好的相對收斂性，如圖4所示。但如果設(shè)計存在差異，未充分利用或甚至沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)信息交流平臺，那鉆井進(jìn)度曲線圖就會如圖5中那樣顯得非常分散。

圖4 C油田實(shí)際鉆井進(jìn)度曲線圖

圖5 A油田實(shí)際鉆井進(jìn)度曲線圖

由圖2、圖3、圖4、圖5可看出深井鉆井進(jìn)度曲線圖所具有的一些共同特征。

（1）深井鉆井過程中視行程鉆速隨鉆井深度的增加而逐漸減小，井深5 000m以下視行程鉆速出現(xiàn)明顯的降速拐點(diǎn)。

（2）提高視行程鉆速，有助于縮短鉆井以及完井周期。

（3）深井鉆井進(jìn)度曲線圖正常情況下具有收斂性特征。

（4）深井最后500m井段占全井鉆井周期、完井周期的比重非常高(30%以上)。

2 深井事故統(tǒng)計特征

通常對鉆井事故僅采用如圖6所示分類計量的辦法進(jìn)行統(tǒng)計，對改進(jìn)設(shè)計、預(yù)防鉆井事故難以得出有用信息。

圖6 按事故類型分類計量統(tǒng)計

鉆井事故的發(fā)生肯定與事故發(fā)生點(diǎn)的井深位置存在關(guān)聯(lián)，通過對2012年所關(guān)注的事故井按事故點(diǎn)井深、事故井設(shè)計井深及未注水泥塞填井側(cè)鉆而順利解卡的井進(jìn)行統(tǒng)計，可得出如圖7所示統(tǒng)計圖，從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律性的東西也不易；但如果按事故井的事故點(diǎn)相對位置(即事故點(diǎn)與設(shè)計井深間的距離)進(jìn)行排序、統(tǒng)計，就會得出圖8所示的有明顯特點(diǎn)的統(tǒng)計圖，圖8中事故井的事故點(diǎn)相對位置的中位數(shù)是446.5m，如再考慮處理事故所損失的時間，又可得出圖9所示的統(tǒng)計圖。

圖7 2012年度事故井的事故點(diǎn)位置和設(shè)計井深情況統(tǒng)計

圖8 2012年度事故井的事故相對位置情況統(tǒng)計

圖9 2012年度事故井的事故相對位置與處理時間情況統(tǒng)計

由圖8和圖9不難發(fā)現(xiàn)深井最后500m井段具有以下3點(diǎn)特征：

（1）事故占比高：通過對2012年度深井鉆井主要復(fù)雜事故井進(jìn)行事故點(diǎn)相對位置排序統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)深井鉆井發(fā)生事故時事故點(diǎn)在深井最后500m井段的比例高達(dá)50%以上。

（2）解卡成功率較低：2012年統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)在深井最后500m以內(nèi)發(fā)生事故而卡鉆的井，順利解卡成功率非常低，能不報廢井段而順利解卡的僅占25%左右。

（3）處理事故耗時較長：因?yàn)槠骄钶^深，在最后500m井段內(nèi)發(fā)生事故后，對其進(jìn)行處理所損失的平均時間相對較長。

以上得出的深井事故統(tǒng)計特征要經(jīng)得起重復(fù)性檢驗(yàn)，才有可信度。通過對2011年所關(guān)注的事故井進(jìn)行同樣的統(tǒng)計分析，由圖10、圖11、圖12不難看出，深井最后500m井段在事故占比、卡鉆后不報廢井段的解卡成功率、處理事故所耗時間方面具有類似性。

圖10 2011年度事故井的事故點(diǎn)位置和設(shè)計井深情況統(tǒng)計

圖11 2011年度事故井的事故相對位置情況統(tǒng)計

圖12 2011年度事故井的事故相對位置與處理時間情況統(tǒng)計

3 深井最后500m井段的提速啟示

3.1 深井最后500m井段現(xiàn)象的主要致因

從深井鉆井進(jìn)度曲線圖和深井事故統(tǒng)計得出，最后500m井段事故占比高、卡鉆后不報廢井段的解卡成功率低、處理事故所耗時間長(注：最后500m只是一個相對值，會隨設(shè)計、管理和技術(shù)進(jìn)步而發(fā)生變化)，其潛在的主要致因有：

（1）地層變得更硬、研磨性強(qiáng)，而使地層可鉆性變差。

（2）深井最后500m井段地層存在高溫高壓，鉆井工具和工藝選擇受限。

（3）地層壓力的當(dāng)量密度窗口窄，對操作作業(yè)也提出了更高的要求。

（4）套管程序制約使井眼環(huán)空變窄，激動壓力和抽吸壓力的影響作用增強(qiáng)，不利于井壁穩(wěn)定。

（5）深井最后500m井段，實(shí)際上意味著終完井眼尺寸較小，鉆進(jìn)時環(huán)空尺寸也很小，一旦發(fā)生掉塊或落物等情況，容易導(dǎo)致卡鉆事故，同時狹窄的井眼環(huán)空也不利于處理事故。

3.2 深井最后500m井段提速啟示

對深井鉆井的提速、增效，縮短其鉆井周期、完井周期，最具潛力可挖的是最后500m井段，要鉆好最后500井段，通過上述可視化分析方法，在如何改進(jìn)設(shè)計、精細(xì)操作、改進(jìn)和優(yōu)化決策管理方面，提供了一些有益的新思路和啟示。

對深井鉆井的提速、增效，縮短其鉆井周期、完井周期，最具潛力可挖的是最后500m井段，要鉆好最后500井段，通過上述可視化分析方法，在如何改進(jìn)設(shè)計、精細(xì)操作、改進(jìn)和優(yōu)化決策管理方面，提供了一些有益的新思路和啟示。

（1）終完井段盡量設(shè)計成大尺寸井眼，增加有效環(huán)空尺寸，確保井底鉆具組合的單邊環(huán)空徑向尺寸應(yīng)不小于25mm，如Φ168.3mm井眼中避免接入Φ127mm(5")的鉆鋌。

（2）最后500m井段，應(yīng)優(yōu)化鉆柱組合，盡量不下穩(wěn)定器。如某設(shè)計井深6 825m的井在鉆最后129m時還下穩(wěn)定器，在因縮徑而導(dǎo)致卡鉆后，使卡鉆處理非常麻煩，最后不得不報廢1 000m進(jìn)尺而打水泥塞側(cè)鉆。

（3）存在上部掉塊危險和環(huán)空尺寸受限時，最好不用螺旋鉆鋌，避免掉塊、落物自鎖性卡鉆。

（4）鉆進(jìn)最后500m井段，在管理、心態(tài)、操作上絕不能松懈，要保持穩(wěn)定性和持續(xù)性。

（5）最后500m井段的視行程鉆速很低，短起下鉆間距應(yīng)由根據(jù)鉆進(jìn)進(jìn)尺確定改為根據(jù)鉆進(jìn)時間來調(diào)整，以防地層長時間浸泡而縮徑，減少卡鉆風(fēng)險。

（6）最后500m井段發(fā)生卡鉆后，在及時測卡點(diǎn)、震擊、浸泡(或憋壓浸泡)、浸泡震擊后不能解卡，就要快速決策，考慮打水泥塞側(cè)鉆，不必套銑。

4 結(jié)論和建議

通過對深井鉆井歷史數(shù)據(jù)的可視化分析，對實(shí)現(xiàn)提速和預(yù)防鉆井事故具有積極的意義，對于深井最后500m井段現(xiàn)象，建議采取以下應(yīng)對措施。

（1）探索對部分井段采用日費(fèi)制管理的模式。通過對深井最后500m井段單獨(dú)實(shí)行日費(fèi)管理，有助于強(qiáng)化管理，積極推進(jìn)新技術(shù)、新工具和新工藝的應(yīng)用，同時建立數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)共享的交流平臺。

（2）創(chuàng)新提速、提產(chǎn)的技術(shù)合作與外包模式。為節(jié)約成本不必進(jìn)行全井鉆完井總承包合作，可只對深井最后500m井段引進(jìn)技術(shù)服務(wù)外包。

（3）突出提速重點(diǎn)井段。深井最后500m井段是主攻目標(biāo)，如果僅以提速為目的，不存在地層特殊性，就應(yīng)回避如圖13所示將相應(yīng)的技術(shù)措施放在淺層位置情況，特別的提速技術(shù)集中在淺層段，對提高視行程鉆速效果不明顯。

圖13 B油田實(shí)施提速技術(shù)措施井段示意圖

（4）改進(jìn)設(shè)計?？赏ㄟ^優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)使最后井段的井眼尺寸足夠大；設(shè)計鉆柱組合時避免采用穩(wěn)定器，單邊環(huán)空徑向尺寸應(yīng)不小于25mm。

（5）采用小井眼鉆井技術(shù)。應(yīng)把成熟配套的小井眼鉆井技術(shù)引入深井最后500m井段，特別要注重采用控壓鉆井技術(shù)，研發(fā)局部欠平衡提速鉆井技術(shù)。

（6）優(yōu)選解卡作業(yè)。在深井最后500m井段處理卡鉆事故時，應(yīng)盡量避免采用套銑作業(yè)方法。

[1]孫海芳，錢浩東，楊成新，等.利用鉆井?dāng)?shù)據(jù)庫搭建遠(yuǎn)程鉆井輔助決策規(guī)劃[J].鉆采工藝，2011,34(6):1-3.

[2]連志龍，周英操，申瑞臣，等.無意外風(fēng)險鉆井(NDS)技術(shù)探討[J].石油鉆采工藝,2009,31(1):90-94.

[3]趙連勝,行飛.數(shù)據(jù)挖掘的任務(wù)、對象和方法[J].內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2002，33(2):236-240.