鉆井實時進度跟蹤分析系統(tǒng)構(gòu)建研究

溫馨　謝寅溥　張果　羅月

[摘 要]文章針對人工統(tǒng)計鉆井時效的方法存在耗時費力，不夠精確，缺乏自動性、實時性和結(jié)果量化性不強等問題，開發(fā)了基于井筒工程大數(shù)據(jù)的鉆井進度跟蹤分析系統(tǒng)，通過對比分析鉆井設計數(shù)據(jù)和實鉆數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了地層分層、井身結(jié)構(gòu)、鉆井液密度、鉆井進度等參數(shù)對比分析，能夠及時了解鉆井施工進度動態(tài)、時效分析以及鉆井風險動態(tài)提示。在鉆井過程中及時跟蹤鉆井進度，并進行時效分析，有助于鉆井技術人員科學合理地分析鉆井施工時間是否處于最佳狀態(tài)，優(yōu)化鉆井施工方案，提高鉆井作業(yè)生產(chǎn)效率，同時鉆井動態(tài)風險預警輔助現(xiàn)場鉆井作業(yè)，為遠程決策提供技術支撐。

[關鍵詞]鉆井進度;鉆井時效;鉆井決策;風險預警

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2021.04.042

[中圖分類號]F270.7;TP315[文獻標識碼]A[文章編號]1673-0194（2021）04-00-03

0 ? ? 引 言

隨著信息技術和網(wǎng)絡通信技術的發(fā)展，鉆井數(shù)據(jù)庫能夠推動智能鉆井發(fā)展，提升工程技術水平和管理水平等。國內(nèi)石油行業(yè)中最早開展數(shù)據(jù)庫研究的是鉆井專業(yè)，通過多年的建設，形成了具有統(tǒng)一規(guī)劃、數(shù)據(jù)編碼規(guī)范、數(shù)據(jù)資源共享的鉆井數(shù)據(jù)庫，解決了信息孤島、系統(tǒng)與系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)無法共享的難題，減輕了現(xiàn)場數(shù)據(jù)填報的負擔，加快了數(shù)據(jù)化井筒建設進程?；谝?guī)范數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的鉆井進度跟蹤分析系統(tǒng)，具有鉆井工程數(shù)據(jù)采集、傳輸、審核、入庫、進度分析、風險預警等功能[1]。

1 ? ? 系統(tǒng)流程

在鉆井大數(shù)據(jù)中提煉出有用的信息并及時準確地傳遞給現(xiàn)場鉆井工程師和基地監(jiān)控中心，以此制訂工程優(yōu)化方案，并實時優(yōu)化鉆井作業(yè)過程。應用大數(shù)據(jù)挖掘技術，可以清洗、歸類、整理和抽取鉆井工程的有用信息，為優(yōu)化設計、優(yōu)化施工井段、故障復雜預警等提供真實有效的數(shù)據(jù)支撐。應用可視化技術將數(shù)據(jù)挖掘成果轉(zhuǎn)化成各類分析圖形和圖表，有助于揭示數(shù)據(jù)的內(nèi)在關系和規(guī)律，使數(shù)據(jù)更好地應用于實際。鉆井作業(yè)現(xiàn)場采集實時數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)審核后入庫，錄井實時數(shù)據(jù)在遠程監(jiān)控中心實時展示，監(jiān)控人員及時掌握井場動態(tài)，應用數(shù)據(jù)挖掘技術深度分析數(shù)據(jù)，提煉信息形成鉆井知識庫，為鉆井知識庫和鉆井進度跟蹤系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐，系統(tǒng)自動進行進度分析、時效統(tǒng)計和風險預警，幫助管理人員制訂鉆井工程決策方案，輔助現(xiàn)場鉆井作業(yè)。其中，鉆井數(shù)據(jù)應用流程如圖1所示。鉆井大數(shù)據(jù)應用已形成了鉆井信息與知識的閉環(huán)管理模式，這種應用模式對鉆井數(shù)據(jù)的集成整理、深度分析和加工利用，已成為油氣田企業(yè)增值服務和智能化轉(zhuǎn)型必不可缺的技術工具。

1.1 ? 鉆井數(shù)據(jù)庫建設

想要涵蓋全井筒相關專業(yè)，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)一體化管理，相關企業(yè)的數(shù)據(jù)庫主體技術框架設計應由兩條主線構(gòu)成：第一條主線以井的生命周期為主線，通過這條主線，詳細描述井的物理屬性，并將井的各種物理變化數(shù)據(jù)通過井進行有效串聯(lián)，以充分滿足成果數(shù)據(jù)的管理需求;第二條主線以作業(yè)為主線，把圍繞井筒的鉆井、錄井作業(yè)事件進行有效關聯(lián)，通過關聯(lián)把井筒工程的各個專業(yè)數(shù)據(jù)緊密地整合在一個數(shù)據(jù)庫中，最大限度地擴充井筒工程的數(shù)據(jù)庫，同時提高數(shù)據(jù)庫的靈活性，以滿足各專業(yè)的數(shù)據(jù)需求。

1.2 ? 鉆井數(shù)據(jù)采集

鉆井數(shù)據(jù)主要包含鉆井設計數(shù)據(jù)和鉆井工程數(shù)據(jù)集?；阢@井數(shù)據(jù)庫建立的鉆井設計系統(tǒng)，充分吸收多年來的鉆井設計經(jīng)驗，深度挖掘鉆井成果以支撐鉆井設計?？鐚I(yè)應用錄井成果和測井數(shù)據(jù)成果資料來指導鉆井設計，并整合鉆井新技術、新成果、新算法，進而有效提高鉆井設計的質(zhì)量。鉆井設計數(shù)據(jù)全部結(jié)構(gòu)化，并存儲在鉆井數(shù)據(jù)庫中，為鉆井工程分析奠定數(shù)據(jù)基礎?；阢@井數(shù)據(jù)庫建立的鉆井數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包含基礎數(shù)據(jù)、井身結(jié)構(gòu)、鉆具組合、鉆井液、井控數(shù)據(jù)等全部鉆井作業(yè)活動采集模塊，具有自動生成鉆井井史和鉆井數(shù)據(jù)報表的功能，可實現(xiàn)鉆井數(shù)據(jù)規(guī)范采集和數(shù)據(jù)實時共享。鉆井數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動向中石油統(tǒng)建系統(tǒng)推送數(shù)據(jù)，能夠確保數(shù)據(jù)的完整性、唯一性和規(guī)范性，避免數(shù)據(jù)重復填報，減輕了現(xiàn)場人員數(shù)據(jù)填報的工作量，提高了數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)據(jù)利用率。

2 ? ? 系統(tǒng)構(gòu)建

通過對鉆井設計數(shù)據(jù)和錄井實時數(shù)據(jù)的對比分析，能夠?qū)崿F(xiàn)鉆井進度跟蹤和時效統(tǒng)計分析，便于企業(yè)及時了解鉆井施工進度動態(tài)。分析方法應滿足現(xiàn)場需求，首先進行鉆井進度分析，實現(xiàn)地層分層、井身結(jié)構(gòu)、鉆井液密度、鉆井進度等參數(shù)設計和實鉆數(shù)據(jù)的對比分析;再根據(jù)鉆井日報工序進行鉆井時效分析，應用圖示化工具展示全井生產(chǎn)時效和非生產(chǎn)時效的分布比例圖。量化故障類型和非生產(chǎn)時間的占比，根據(jù)時效分析結(jié)果進行鉆井風險提示，分析復雜情況及事故的原因和處理措施[2]。同時自動提示本井和鄰井已發(fā)生的故障和時效分析結(jié)果，為下一步鉆井作業(yè)進行風險提示和鉆井方案指導，實現(xiàn)安全、快速鉆井的目標。其中，圖2是鉆井進度分析系統(tǒng)流程。

2.1 ? 鉆井進度分析

根據(jù)鉆井工程設計、地質(zhì)設計、錄井動態(tài)數(shù)據(jù)、鉆井動態(tài)數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)，建立鉆井進度實時分析模型。①將鉆井實時數(shù)據(jù)和設計數(shù)據(jù)進行對比分析，對比結(jié)果存在兩種情況。情況一：實鉆數(shù)據(jù)與設計數(shù)據(jù)相吻合。證實鉆井設計科學合理，對現(xiàn)場鉆井作業(yè)具有較強的指導作用，且鉆井施工作業(yè)嚴格執(zhí)行設計方案，符合預期效果。根據(jù)當前鉆井進度，分層位、分作業(yè)階段推送施工方案、鉆井措施，自動繪制待鉆井段計劃進度曲線，對計劃鉆井段的施工具有指導意義，有助于控制施工周期、及時調(diào)整施工進度。若地質(zhì)層位不變，鉆井設計進度與實際進度差異較大，說明本井存在鉆井提速空間，系統(tǒng)自動推送優(yōu)化的鉆井施工措施、預估鉆井進度，評估實鉆進度與設計進度存在的偏差。情況二：實鉆數(shù)據(jù)與設計數(shù)據(jù)相差較大，說明實際地層發(fā)生了變化，可能面臨地質(zhì)重構(gòu)。系統(tǒng)及時發(fā)出提示，需要重新調(diào)整施工方案，以應對地層的變化。鉆井措施調(diào)整后，系統(tǒng)根據(jù)鉆井知識庫，推送新的鉆井決策方案，指導下一步鉆井作業(yè)，形成新的鉆井進度分析模型，并在系統(tǒng)中記錄調(diào)整后的鉆井措施，分析與原設計措施存在的差別，為相同區(qū)塊的下一步部署提供設計參考和依據(jù)。②實鉆數(shù)據(jù)與鄰井對比、與歷史指標對比。通過實鉆數(shù)據(jù)與鄰井及歷史指標井數(shù)據(jù)的對比，實時掌握本井施工進度的情況，找出鉆井進度的差異點，進而分析差異原因，以便及時調(diào)整施工措施和施工參數(shù)，為計劃鉆井的施工點提供參考。通過與鄰井施工進度進行實時對比，方便管理者開展與鄰井的對標競賽，激勵鉆井工程師進一步優(yōu)化鉆井方案、施工參數(shù)，形成良性競爭，促進鉆井作業(yè)提速提效。

利用鉆井實時進度跟蹤分析系統(tǒng)，有助于鉆井工程師分析井深、層位及施工參數(shù)與鉆井時效關系，及時調(diào)整和修改施工方案，實現(xiàn)鉆井提速提效。實時跟蹤鉆井作業(yè)過程，開展鉆井進度跟蹤分析，根據(jù)實時進度，不斷優(yōu)化鉆井措施，達到大數(shù)據(jù)指導鉆井作業(yè)的目的。提速提效是鉆井工程長期關注的主體，提高鉆井速度不僅是提高機械鉆速，也是改進設計、提升管理水平重要體現(xiàn)。其中，單井鉆井進度跟蹤曲線能夠查看實鉆進度成果與設計進度的符合程度，并將同一構(gòu)造、同一區(qū)塊的多井鉆井的平均進度曲線組合到一張曲線圖中，對鉆井進度進行直觀分析，以及時共享鉆井經(jīng)驗和工程信息，如圖3所示。進度跟蹤分析曲線圖具有一些共同的特征：①深井鉆井過程中隨鉆井深度的增加而逐漸減小，井深5 000 m以下鉆速出現(xiàn)明顯的降速拐點;②深井鉆井進度曲線圖正常情況下具有收斂特征;③深井最后500 m井段占全井鉆井周期比重30%以上[3]。

2.2 ? 鉆井時效統(tǒng)計分析

進行鉆井時效分析首需正確劃分鉆井時效。按照石油天然氣行業(yè)標準，鉆井工作總時效等于生產(chǎn)時效加上非生產(chǎn)時效。鉆井時效主要劃分為進尺純鉆時間、進尺其他時間、循環(huán)時間、固井時間、輔助時間、停工時間、復雜時間。鉆井工程日報中增加了鉆井工序狀態(tài)數(shù)據(jù)標簽，現(xiàn)場工程師可以判斷測井、固井、輔助時間和事故復雜情況等工況，并在鉆井數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中錄入時間段、工序及作業(yè)內(nèi)容，實現(xiàn)鉆井時效數(shù)據(jù)的規(guī)范采集。鉆井進度分析系統(tǒng)采用餅狀圖和數(shù)據(jù)表的形式展示鉆井時效分布，實現(xiàn)鉆井時效的自動統(tǒng)計。其中，時間餅狀圖中顯示各類時間的小時數(shù)和所占時間百分比，時效分布隨著每日鉆井動態(tài)數(shù)據(jù)增加而自動更新顯示。非生產(chǎn)時間中的復雜情況和事故是影響鉆井時效的關鍵因素。

2.3 ? 鉆井風險分析

鉆井風險分析模塊可以實現(xiàn)本井鉆井工程設計風險提示、本井已發(fā)生的故障提示、鄰井已發(fā)生的故障提示。①鉆井工程設計風險提示。鉆井工程設計數(shù)據(jù)均為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，自動提取本井鉆井設計中的風險提示，快速查詢本井的設計風險提示，改變了以前工程技術人員需要反復查閱設計文檔的方式，節(jié)省了時間，為生產(chǎn)技術管理和遠程支持決策提供了技術支持。②本井已發(fā)生的故障提示。以時間為主線，在鉆井進度曲線上以圓點為標記依次顯示本井已發(fā)生的故障記錄。鉆井故障主要劃分為復雜、井漏、溢流、事故，并以不同顏色表示以便直觀區(qū)分。該故障記錄詳細記錄了故障發(fā)生時間、故障類型、發(fā)生經(jīng)過和處理結(jié)果等信息，為下一步開展鉆井作業(yè)提供風險提示。③鄰井已發(fā)生的故障提示。隨著本井鉆井深度加深，以當前井深為中心，系統(tǒng)自動掃描同區(qū)塊同層位、同井段的鄰井故障復雜記錄，分析鄰井發(fā)生的事故原因，對本井鉆井作業(yè)具有重要的參考和指導作用。鄰井故障提示是鉆井施工過程中的重要提示，得到了鉆井人員的密切關注，需要他們及時調(diào)整鉆井工藝措施，以規(guī)避相關風險。鉆井風險分析模塊主要通過對發(fā)生的異常鉆井參數(shù)進行系統(tǒng)描述，將異常參數(shù)轉(zhuǎn)換為風險事件進行管理，從井深、時間、事件類別、事件類型、可能性、嚴重程度和過程描述等方面進行記錄、分析和總結(jié)，以發(fā)揮異常參數(shù)的警示和潛在風險提示作用，并借此優(yōu)化鉆井施工方案，達到避免復雜事故發(fā)生、提高鉆井時效的目的。

3 ? ? 現(xiàn)場應用

本研究通過挖掘和利用鉆井工程數(shù)據(jù)，采用鉆井設計、綜合錄井和鉆井工程等數(shù)據(jù)自動統(tǒng)計鉆井時效的方法，構(gòu)建了鉆井進度跟蹤分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)在某油田公司鉆井現(xiàn)場推廣應用，有助于實時分析鉆井生產(chǎn)效率和鉆井施工周期，并提出合理性的改進建議?，F(xiàn)場技術人員實時分析鉆井作業(yè)效率，識別潛在的損失時間，有利于提高生產(chǎn)效率，分析已鉆井段施工過程中的非生產(chǎn)時效，掌握不同非生產(chǎn)時間影響鉆井時效的程度，為優(yōu)化下部井段施工方案提供參考，豐富現(xiàn)場技術分析手段。

主要參考文獻

[1]錢浩東，溫馨，甘紅梅，等.井筒工程“大數(shù)據(jù)”的建立與應用實踐

[J].鉆采工藝，2019（2）：38-41.

[2]張繼軍.鉆井時效隨鉆統(tǒng)計分析系統(tǒng)研發(fā)與應用[J].錄井工程，2018（3）：82-87.

[3]汪光太，關岳，高魁旭，等.鉆井歷史數(shù)據(jù)分析利用的新視角與啟示[J].石油工業(yè)技術監(jiān)督，2013（11）：19-23.