固井水泥漿現(xiàn)場性能檢測信息化管理研究

何雨，鄭友志，吳柄燕

中國石油西南油氣田分公司 工程技術(shù)研究院（四川 成都 610500）

固井施工作業(yè)是油氣勘探開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，良好的固井質(zhì)量能夠有效地封固復(fù)雜地層，封隔油、氣、水層，防止不同壓力的油氣水層間互竄，對油氣井安全生產(chǎn)至關(guān)重要。其中水泥漿性能是影響固井質(zhì)量的關(guān)鍵因素。水泥漿的密度、稠化時(shí)間、流變性、流動(dòng)度、API 失水、抗壓強(qiáng)度等性能影響固井施工作業(yè)，若不滿足設(shè)計(jì)要求可能導(dǎo)致超緩凝、高泵壓等復(fù)雜情況，甚至導(dǎo)致“插旗桿”等嚴(yán)重事故，同時(shí)其形成的水泥環(huán)密封性對井筒完整性的影響也極大。因此開展水泥漿現(xiàn)場性能檢測工作，保證水泥漿性能滿足設(shè)計(jì)施工要求，確保入井水泥漿質(zhì)量，對保障固井施工安全，提高固井質(zhì)量具有重大意義。本文針對目前固井水泥漿現(xiàn)場檢測存在數(shù)據(jù)資料查詢不便、利用度不高、共享困難、信息孤島等問題，檢測資料多為紙質(zhì)文檔，缺乏匯總分析，難以實(shí)現(xiàn)區(qū)塊內(nèi)水泥漿性能綜合分析。通過建立固井水泥漿現(xiàn)場性能檢測信息化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)傳輸，提高檢測時(shí)效，掌握分析區(qū)塊水泥漿性能，為水泥漿體系優(yōu)選、施工參數(shù)優(yōu)化提供參考，為水泥漿現(xiàn)場性能檢測數(shù)據(jù)管理提供重要的支持[1-2]。

1 信息化建設(shè)的必要性

目前固井水泥漿檢測數(shù)據(jù)的收集、整理和分析等方面存在短板，傳統(tǒng)的檢測數(shù)據(jù)以紙質(zhì)表單或電子表格為數(shù)據(jù)記錄及保存的主要方式，以單井資料為保存單元。其數(shù)據(jù)的查詢分析困難，不利于檢測數(shù)據(jù)的綜合管理，無法形成檢測數(shù)據(jù)庫，難以應(yīng)對日益增長的管理需求。因此有必要開發(fā)固井水泥漿現(xiàn)場性能檢測信息化管理系統(tǒng)，優(yōu)化水泥漿檢測數(shù)據(jù)的收集、整理和分析工作，提高檢測效率，為水泥漿體系優(yōu)選、施工參數(shù)優(yōu)化提供參考。

1.1 信息化程度相對較低

近些年，井筒完整性管理系統(tǒng)的不斷完善，對固井施工安全和固井質(zhì)量的要求不斷提高，國內(nèi)水泥漿性能現(xiàn)場檢測的需求逐步上升，通過現(xiàn)場檢測能夠有效地保證固井施工安全。但目前仍存在一定問題：對水泥漿數(shù)據(jù)資料管理還存在不足，僅考慮在當(dāng)前檢測井的水泥漿性能，資料利用率低，資料保存不完善，資料格式不統(tǒng)一、整理困難、資料缺失等。同時(shí)由于只關(guān)注檢測結(jié)果，對資料檔案管理與資料整理工作則并不十分重視，缺乏對檢測材料的分析利用，導(dǎo)致重復(fù)工作量大、工作效率低等問題[3]。

現(xiàn)代固井技術(shù)涉及較多的技術(shù)文件，即便是檢測項(xiàng)目較少的固井水泥漿檢測，也必須要依靠相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)資料進(jìn)行，所需資料來源復(fù)雜分散。目前現(xiàn)場水泥漿性能檢測數(shù)據(jù)主要通過現(xiàn)場資料收集，信息源頭眾多，大部分以word 文檔、Excel 表，甚至是口頭匯報(bào)及本地文件方式等獲取。在數(shù)據(jù)管理方面存在著數(shù)據(jù)繁雜，多為手寫紙質(zhì)，信息量大，搜索難度大，同時(shí)存在著工作量大、報(bào)表難儲存、易丟失等諸多弊端，缺少完整的信息化管理建設(shè)體系。

1.2 缺少完善管理制度

當(dāng)前固井水泥漿性能現(xiàn)場檢測一般需要經(jīng)過幾個(gè)過程：委托單位向檢測單位生產(chǎn)運(yùn)行管理部門提交申請→生產(chǎn)運(yùn)行管理部門向檢測部門發(fā)布通知→檢測部門聯(lián)系施工單位確認(rèn)當(dāng)前工況及檢測時(shí)間→檢測部門進(jìn)行檢測→向委托單位匯報(bào)檢測結(jié)果→提交報(bào)告存檔。在這一系列過程中，需要各方部門積極配合、及時(shí)響應(yīng)，才能完成完善性能檢測資料的及時(shí)完整歸檔，但由于資料收集的復(fù)雜度和提交制度的不健全，在收集資料時(shí)，往往需要被動(dòng)等待相關(guān)人員上交技術(shù)文件資料，或是向相關(guān)技術(shù)人員定期進(jìn)行詢問，如果部分技術(shù)崗位出現(xiàn)變更，甚至還會出現(xiàn)檔案遺失的情況。

2 提升信息化建設(shè)

2.1 健全檔案管理制度

制度是行動(dòng)的先導(dǎo)，只有具備相應(yīng)的檢測與管理制度，才能更好地開展水泥漿性能檢測工作[4]。這需要制定相應(yīng)的管理制度，強(qiáng)化資料管理意識，使檢測人員認(rèn)識到檢測資料管理的重要性，提升其工作效率及質(zhì)量。石油工程技術(shù)資料管理與整理工作具有一定的特殊性，為保證工作的有序展開，檢測單位還需以現(xiàn)有工作制度為基礎(chǔ)，結(jié)合當(dāng)前實(shí)際工作需求對相關(guān)的資料管理制度進(jìn)行完善，建立健全的資料管理制度[5]。

2.2 加快信息化建設(shè)

通過信息化管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的高效管理。建立專業(yè)的水泥漿管理系統(tǒng)，將檢測資料信息化、數(shù)據(jù)化、規(guī)范化，是加快信息化建設(shè)的重中之重。建立固井水泥漿現(xiàn)場性能檢測信息化管理系統(tǒng)，從檢測流程、檢測標(biāo)準(zhǔn)、檢測資料及檢測結(jié)果多維度對檢測資料進(jìn)行管理，能夠有效地提升檢測速度、提升檢測質(zhì)量，助力智能油田建設(shè)、實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效的目標(biāo)。

3 水泥漿檢測管理系統(tǒng)的目的與要求

水泥漿性能檢測既是固井施工的依據(jù)，也是評價(jià)水泥漿質(zhì)量好壞，分析質(zhì)量原因、優(yōu)化水泥漿體系的重要方面。目前水泥漿性能檢測管理還存在不足，因此規(guī)范檢測行為及檢測管理，提升檢測質(zhì)量勢在必行。

對固井水泥漿檢測進(jìn)行信息化管理，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了對檢測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理，保證了檢測工作的公正性、科學(xué)權(quán)威性，使得檢測結(jié)果更加透明、及時(shí)準(zhǔn)確地反映水泥漿的性能，并針對其不足進(jìn)行優(yōu)化，充分發(fā)揮了其在保障水泥漿質(zhì)量方面的基礎(chǔ)性技術(shù)作用。

對水泥漿現(xiàn)場性能進(jìn)行檢測能夠有效地對施工方進(jìn)行監(jiān)督，保障施工質(zhì)量。對水泥漿檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行合理高效的管理，有利于數(shù)據(jù)資料的后評估，對同區(qū)塊的水泥漿體系優(yōu)選，對水泥漿體系評價(jià)，從而提高固井質(zhì)量。建立固井水泥漿檢測管理信息化系統(tǒng)需要重點(diǎn)考慮以下3個(gè)方面的要求[6-8]：

1）整體性。固井水泥漿檢測管理系統(tǒng)應(yīng)能分析和評估不同體系水泥漿的性能情況，既能針對單一井次固井進(jìn)行評價(jià)，又能針對同一區(qū)塊內(nèi)不同井所使用的不同體系的水泥漿性能進(jìn)行評價(jià)，系統(tǒng)地提供檢測結(jié)果。

2）可視化。固井水泥漿檢測管理系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)可視化，可以直觀地展示固井水泥漿的使用情況，提升系統(tǒng)的友好性。與此同時(shí)，可視化的檢測報(bào)告能夠快速準(zhǔn)確地反應(yīng)水泥漿的信息，提高檢測效率及數(shù)據(jù)的可讀性。

3）時(shí)效性。在數(shù)據(jù)處理方面，應(yīng)具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)管理功能，能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理及分析處理，提供一定的輔助管理意見，為管理者提供優(yōu)選水泥漿體系的輔助意見，提升數(shù)據(jù)管控的水平。

4 水泥漿檢測管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)

為實(shí)現(xiàn)對固井水泥漿的信息化管理，開發(fā)啟用了固井水泥漿檢測管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對委托資料、試驗(yàn)基本信息、試驗(yàn)數(shù)據(jù)及檢測文件的采集、上傳、預(yù)警和統(tǒng)計(jì)分析，對水泥漿性能實(shí)施動(dòng)態(tài)管理。固井水泥漿檢測管理系統(tǒng)主要分為管理系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和文件系統(tǒng)三大模塊，整體系統(tǒng)構(gòu)架如圖1 所示。以檢測井實(shí)驗(yàn)基本信息錄入為例，系統(tǒng)界面如圖2所示。

圖1 固井水泥漿檢測管理系統(tǒng)架構(gòu)

圖2 檢測井實(shí)驗(yàn)基本信息錄入

固井水泥漿檢測管理系統(tǒng)由檢測方進(jìn)行管理，通過企業(yè)局域網(wǎng)及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行上傳，實(shí)現(xiàn)檢測方、委托方及施工方對檢測數(shù)據(jù)的良好互動(dòng)，通過固井水泥漿檢測管理系統(tǒng)完善管理制度，簡化檢測流程，減少信息傳遞時(shí)間損耗，提高信息傳達(dá)效率及準(zhǔn)確度，其設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。

圖3 固井水泥漿檢測管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

4.1 數(shù)據(jù)庫

建設(shè)固井水泥漿檢測管理系統(tǒng)首先要建立固井水泥漿檢測數(shù)據(jù)庫，固井水泥漿檢測數(shù)據(jù)庫包括了檢測數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)及文件數(shù)據(jù)。

1）檢測數(shù)據(jù)。檢測數(shù)據(jù)包含了檢測井所有檢測數(shù)據(jù)的基本參數(shù)，例如密度、稠化時(shí)間、流變性、流動(dòng)度、API失水、抗壓強(qiáng)度等。通過建立檢測數(shù)據(jù)庫，一方面可以實(shí)現(xiàn)對檢測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)瀏覽、分析、統(tǒng)計(jì)等功能；另一方面實(shí)現(xiàn)對相關(guān)鄰井資料的調(diào)取，通過對比分析實(shí)現(xiàn)對施工參數(shù)、水泥漿體系等關(guān)鍵因素的優(yōu)化。

2）管理數(shù)據(jù)。管理數(shù)據(jù)包含了檢測人員、檢測單位、檢測井信息等與檢測井相關(guān)數(shù)據(jù)。通過對管理數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可以得到不同施工單位不同水泥漿性能的差異，在一定程度上監(jiān)督施工質(zhì)量。

3）文件數(shù)據(jù)。文件數(shù)據(jù)包含了水泥漿性能檢測的全部文件數(shù)據(jù)，包含委托單、收樣單、試驗(yàn)下發(fā)單、檢測報(bào)告單、固井設(shè)計(jì)、檢測報(bào)告、工作量確認(rèn)單及現(xiàn)場檢測的照片及試驗(yàn)結(jié)果曲線等。

4.2 管理子系統(tǒng)

由于與實(shí)驗(yàn)條件相關(guān)的數(shù)據(jù)參數(shù)較多，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及文件管理復(fù)雜，存在大量重復(fù)工作及信息孤島情況[9]。管理子系統(tǒng)通過對固井水泥漿現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行信息化管理，實(shí)現(xiàn)了對信息的錄入、查詢、刪除、修改及導(dǎo)出分析，對施工參數(shù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)條件、套管層次等相關(guān)數(shù)據(jù)的管理分析，對現(xiàn)場檢測井基本信息、結(jié)算信息、委托單位信息、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、結(jié)算情況、人員工作量的查詢修改等功能，如圖4所示。

圖4 管理子系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

4.3 檢測子系統(tǒng)

檢測子系統(tǒng)涉及現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)信息的錄入、查詢、刪除、修改及導(dǎo)出分析等功能，實(shí)現(xiàn)了對現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)的采集，全面匯總了水泥漿檢測重要參數(shù)，有利于對固井水泥漿進(jìn)行評價(jià)，如圖5所示。

圖5 檢測子系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

4.4 文件子系統(tǒng)

文件子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對固井水泥漿檢測文件的統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)對檢測文件的批量化管理，對檢查報(bào)告、固井設(shè)計(jì)等文件進(jìn)行快速的查詢、讀取及保存。其能夠?qū)崿F(xiàn)快速索引文件、可根據(jù)不同單位對文件進(jìn)行分級分類管理，實(shí)現(xiàn)了對固井水泥漿現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)文件的快速便捷管理，提高了水泥漿檢測的管理效率及信息化程度[10]，如圖6、圖7所示。

圖6 文件子系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

圖7 文件子系統(tǒng)包含文件結(jié)構(gòu)

5 系統(tǒng)應(yīng)用

西南油氣田要求區(qū)域內(nèi)重點(diǎn)井、高風(fēng)險(xiǎn)井在固井前必須開展水泥漿現(xiàn)場檢測試驗(yàn)，以保證固井施工安全。對部分井檢測時(shí)試運(yùn)行了本系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)不滿足設(shè)計(jì)要求10項(xiàng)，包含了密度、稠化時(shí)間、抗污染等性能，共調(diào)整配方6 次，均在施工前完成整改，未影響正常施工作業(yè)，未發(fā)生一起固井施工事故，有效地保證了施工安全。

6 結(jié)束語

通過對目前固井水泥漿現(xiàn)場檢測存在數(shù)據(jù)資料查詢不便、利用度不高、共享困難、信息孤島等問題，設(shè)計(jì)了包含管理系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和文件系統(tǒng)三大模塊的固井水泥漿現(xiàn)場性能檢測信息化管理系統(tǒng)。通過信息化手段完善現(xiàn)場檢測管理，一方面實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)化監(jiān)督管理，能夠?qū)崟r(shí)查看檢測信息，掌握最新動(dòng)態(tài)；另一方面維護(hù)了檢測數(shù)據(jù)的客觀性、及時(shí)性及公正性。通過運(yùn)用固井水泥漿現(xiàn)場性能檢測信息化管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對水泥漿質(zhì)量有效監(jiān)督，為水泥漿體系優(yōu)選、施工參數(shù)優(yōu)化提供參考依據(jù)，為水泥漿現(xiàn)場性能檢測數(shù)據(jù)管理等提供重要的支持，確保入井流體質(zhì)量，推動(dòng)固井信息化建設(shè)，助力油公司全面掌握固井資料。