鉆井液用處理劑質(zhì)量數(shù)字化智能評價方法研究

胡延霞 張建卿 侍德益

(中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司長慶鉆井總公司 陜西西安 710021)

世界能源需求的加劇促進(jìn)了石油鉆井業(yè)的進(jìn)步，也帶來了石油鉆井技術(shù)創(chuàng)新，在石油鉆井工作過程中常常會產(chǎn)生循環(huán)流體[1]，也稱為鉆井液，組成鉆井液的成分較復(fù)雜，包括乳狀液、沖洗液、泡沫液等，因此處理鉆井液是整個鉆井施工中的關(guān)鍵部分[2]。目前大多鉆井液都使用鉆井液處理劑進(jìn)行處理，隨著鉆探深度的增加，鉆井面對的問題越來越多，對鉆井液用處理質(zhì)量的要求也越來越高，急需對鉆井液用處理劑進(jìn)行質(zhì)量評價。因此，該文設(shè)計了新的數(shù)字化智能評價方法，為后續(xù)的鉆井技術(shù)發(fā)展提供參考。

1 鉆井液用處理劑質(zhì)量數(shù)字化智能評價方法設(shè)計

1.1 測試鉆井液處理劑性能

在進(jìn)行數(shù)字化智能評價之前，首先要測試選取的鉆井液處理劑的基礎(chǔ)性能。由于鉆井液在應(yīng)用的過程中應(yīng)該具備抗高溫性、潤滑性及抗鹽鈣侵?jǐn)_等性能。在該項(xiàng)性能中，其抗鹽鈣侵?jǐn)_性能非常重要，在實(shí)際鉆井過程中為防止地層發(fā)生水化，都會在水相中添加少量鹽分，以保證井壁的穩(wěn)定性。

1.2 構(gòu)建鉆井液處理劑評價指標(biāo)體系

鉆井液抗鹽鈣性能測試完畢后即可設(shè)計處理劑的評價指標(biāo)，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)的評價指標(biāo)體系。受多方面因素影響，鉆井液處理劑首先要滿足環(huán)保性評價指標(biāo)，即鉆井液處理劑必須能夠?qū)崿F(xiàn)生物降解，可以將生物降解指標(biāo)在0.05 以內(nèi)的處理劑稱為易，0.01～0.05 稱為較難，低于0.01則最難，接下來調(diào)整鉆井液抗鹽鈣侵?jǐn)_等級[3]。根據(jù)評價指標(biāo)，對液用處理劑進(jìn)行化學(xué)含量評價，最常見的就是進(jìn)行NO3-、Cl-含量進(jìn)行測定，在指定的檢測濃度內(nèi)可以使用無極放電燈發(fā)射輻射譜線，檢測試劑樣品的質(zhì)量濃度，接下來進(jìn)行生物降解性評價，選取的封堵材料種類較多，包括ZF1、ZF2、ZF3，根據(jù)待測物的需氧量進(jìn)行檢測，將待測物裝入錐形瓶中，進(jìn)行混合、稀釋，由于生物能否有效降解與廢水中的有機(jī)物種類及其含量密切相關(guān)，因此需要提前對處理劑進(jìn)行預(yù)處理，為后續(xù)的智能評價體系作基礎(chǔ)。在構(gòu)架評價指標(biāo)過程中一定要注意鉆井液用處理劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異，建立符合實(shí)際評價需求的智能化指標(biāo)，為后續(xù)智能評價系統(tǒng)的構(gòu)建作基礎(chǔ)。

1.3 實(shí)現(xiàn)鉆井液用處理劑質(zhì)量數(shù)字化智能評價

依拖鉆井液用處理劑質(zhì)檢數(shù)據(jù)庫平臺，對鉆井鉆井液處理劑的質(zhì)檢結(jié)果通過評分的方式完成鉆井液用處理劑的優(yōu)選，系統(tǒng)主要包括指標(biāo)項(xiàng)獲取模塊、關(guān)聯(lián)性獲取模塊、加權(quán)值計算模塊和測試數(shù)據(jù)獲取模塊。

指標(biāo)項(xiàng)獲取模塊用來獲取某處理劑在評分系統(tǒng)中用于評判該處理劑的性能的功能性指標(biāo)，關(guān)聯(lián)性獲取模塊用于獲取某處理劑各指標(biāo)項(xiàng)與其性能之間的關(guān)聯(lián)性，關(guān)聯(lián)性至少包括一級關(guān)系、二級關(guān)系、三級關(guān)系及四級關(guān)系；其中級別越大表示關(guān)聯(lián)性越強(qiáng)[4]。加權(quán)值計算模塊，用于根據(jù)各所述指標(biāo)項(xiàng)與所述鉆井液用處理劑的性能之間的關(guān)聯(lián)性，選取各所述指標(biāo)項(xiàng)對應(yīng)的第一加權(quán)值和第二加權(quán)值；第一加權(quán)值采用德爾菲法進(jìn)行專家評分后獲取各指標(biāo)權(quán)值，第二加權(quán)法采用熵權(quán)法進(jìn)行數(shù)據(jù)計算獲得個指標(biāo)權(quán)值，最后通過第一和第二加權(quán)值計算獲得綜合加權(quán)值[5-6]。測試數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取鉆井液用處理劑與所述指標(biāo)項(xiàng)對應(yīng)的測試數(shù)據(jù)。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或者供應(yīng)商提供的測試標(biāo)準(zhǔn)，對各鉆井液用處理劑進(jìn)行物理、化學(xué)性能測試，得到各指標(biāo)項(xiàng)對應(yīng)的測試數(shù)據(jù)。其中第一計算模塊，用于求取各所述測試數(shù)據(jù)與對應(yīng)加權(quán)值之積，得到對應(yīng)各指標(biāo)項(xiàng)的分?jǐn)?shù)；第二計算模塊，用于求取各指標(biāo)項(xiàng)的分?jǐn)?shù)之和，得到鉆井液用處理劑的綜合分?jǐn)?shù)。

根據(jù)上述選取的鉆井液處理劑評價指標(biāo)及鉆井液處理劑性能評價體系，可以構(gòu)建鉆井液處理劑智能化評價系統(tǒng)，首先，需要進(jìn)行指標(biāo)查詢，即根據(jù)樣品名稱或型號進(jìn)行查詢型號、樣品名稱、檢測的項(xiàng)目、檢測項(xiàng)目的評價指標(biāo)、指標(biāo)權(quán)重、指標(biāo)的上限、指標(biāo)的下限、分值系數(shù)、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、熵權(quán)法權(quán)重展示和分析等，按廠家和報告計算出各個樣品的得分，導(dǎo)出到Excel。

其次，需要進(jìn)行質(zhì)檢樣品動態(tài)智能評分，可按樣品名稱、型號、生產(chǎn)廠家、3 個時間范圍對審核通過并且合格的質(zhì)檢樣品進(jìn)行評分，然后進(jìn)行處理劑優(yōu)選智能評分，可按分類、樣品名稱、3 個時間范圍對審核通過并且合格的質(zhì)檢樣品進(jìn)行評分。可查詢評分排名、型號、樣品名稱、項(xiàng)目、指標(biāo)、未加權(quán)分值、熵權(quán)法權(quán)重（%）、指標(biāo)權(quán)重（%）、上限、下限、分值系數(shù)、檢測均值、熵權(quán)法得分、加權(quán)得分、總分、熵權(quán)法總分。并可按總分和熵權(quán)法總分進(jìn)行排名。選擇一個樣品可顯示詳細(xì)評分表及不同廠家不同時間的評分變化折線圖，不同廠家不同時間的熵權(quán)法評分折線圖。同理，并按廠家加權(quán)得分和熵權(quán)法得分生成評分柱狀圖。選擇一個廠家顯示詳細(xì)評分表，并顯示同廠家不同時間的加權(quán)得分和熵權(quán)法得分變化折線圖。

評分處理后需要進(jìn)行質(zhì)檢報告數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，根據(jù)樣品名稱、抽樣地點(diǎn)、檢驗(yàn)編號、生產(chǎn)廠家、樣品編號、審核結(jié)果、檢驗(yàn)結(jié)果、檢驗(yàn)日期、取樣日期、生產(chǎn)日期等選擇質(zhì)檢報告，輸入修改的型號，修改的名稱，修改的供貨單位，修改的生產(chǎn)廠家，修改的抽樣地點(diǎn)，修改的受檢單位，進(jìn)行批量修改質(zhì)檢報告，接下來進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化檢查及維護(hù)，修改技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)名稱和藥品代碼規(guī)范化，列出未在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)里的樣品名稱或型號，批量修改樣品名稱或型號。

最后，進(jìn)行評價指標(biāo)及評分標(biāo)準(zhǔn)管理，智能分析指標(biāo)權(quán)重，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化智能評價。通過對鉆井液用處理劑的性能進(jìn)行綜合評分進(jìn)行同類但不同廠家、不同生產(chǎn)時間的處理劑進(jìn)行優(yōu)選得出鉆井液用處理劑的優(yōu)劣情況，避免了人工疏漏或者誤判，提高了評估的準(zhǔn)確度和工作效率。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

選取某鉆井工程的X 鉆探區(qū)域進(jìn)行鉆探，首先需要選取鉆探區(qū)域的鉆井液潤滑劑，利用鉆頭功率傳遞效應(yīng)，與該鉆探區(qū)域的井壁摩擦狀態(tài)進(jìn)行選取，鉆井潤滑劑的類型有很多，包括主成分為天然瀝青的潤滑劑、主成分為脂肪酯甲酸的潤滑劑，還包括主成分為乙氧化銨、聚丙三醇的潤滑劑，將這些潤滑劑進(jìn)行Green Lube 環(huán)保處理，綜合TR-1對其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化測定，此時潤滑劑的性能測定結(jié)果具體見表1。

表1 潤滑劑性能測定結(jié)果（測定溫度50 ℃）

由表1可知，這3種潤滑劑的基礎(chǔ)性能雖然存在一定的差異，但總體來看差異較小，因此可以證明此時使用的潤滑劑性能良好，選取H1 鉆井液進(jìn)行進(jìn)一步處理，將H1 與H2 和H3 進(jìn)行充分混合，測試此時的粘稠變化情況，具體見圖1。

圖1 H1粘稠變化情況

由圖1可知，隨著混合時間的增加，其粘稠度呈先增加后下降最后保持平衡的趨勢變化。使用上述選取的潤滑劑對鉆井液的綜合影響進(jìn)行評價，首先需要選取評價使用的加重劑，常見的加重劑主要按照粒度進(jìn)行劃分，普通加重劑的晶石粒度約在13.00～40.00 μm之間，微粉加重劑的晶石粒度約在0.50～1.90 μm之間，超細(xì)加重粉的晶石粒度約在0.05～0.13 μm之間。該實(shí)驗(yàn)選取鉆井液用水溶性加重鹽抑制劑有機(jī)鹽Weigh2進(jìn)行處理，為后續(xù)的評價作基礎(chǔ)。

根據(jù)構(gòu)建的鉆井液用處理劑數(shù)字化智能評價體系，結(jié)合上述的處理過程，設(shè)計數(shù)字化智能評價指標(biāo)的計算公式如下。

式（1）中，X為粘稠系數(shù)；β為評價權(quán)重；r為標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)，可以使用該鉆井液用質(zhì)量數(shù)字化智能評價指標(biāo)進(jìn)行后續(xù)的評價效果分析。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

分別使用該文設(shè)計的鉆井液用處理劑質(zhì)量數(shù)字化智能評價方法和傳統(tǒng)的鉆井液用處理劑質(zhì)量評價方法對選取區(qū)域使用的鉆井液用處理器進(jìn)行質(zhì)量評估，分別計算兩種評價方法的評價指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果具體見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表2 可知，該文設(shè)計的鉆井液用處理劑數(shù)字化智能評價方法的評價指標(biāo)數(shù)值高，證明設(shè)計的鉆井液用處理劑數(shù)字化智能評價方法的評價效果較好，具有有效性。

3 結(jié)語

綜上所述，隨著能源需求的擴(kuò)大，鉆井技術(shù)也在逐漸進(jìn)步，在實(shí)際鉆井過程中鉆井液處理對環(huán)境保護(hù)和鉆井成功進(jìn)行具有重要意義，因此急需對鉆井液用處理劑進(jìn)行質(zhì)量評價。該文構(gòu)建了鉆井液用處理劑數(shù)字化智能評估系統(tǒng)，設(shè)計了新的數(shù)字化智能評價方法并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，該數(shù)字化智能評價方法的評價指標(biāo)數(shù)值較高，證明該評價方法的評級效果較好，具有有效性，有一定的應(yīng)用價值，可以作為后續(xù)鉆井液處理的參考。