基于大數(shù)據(jù)時(shí)代鉆井工程技術(shù)一體化平臺的建設(shè)

摘要：當(dāng)前我國的油田行業(yè)發(fā)展迅猛，特別是大數(shù)據(jù)時(shí)代到來后，油田鉆井與開采中大力推廣了大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、人工智能等技術(shù)，大大提高了油田生產(chǎn)水平。油田項(xiàng)目中鉆井工程的實(shí)施難度大，為響應(yīng)數(shù)字化、智能化發(fā)展的號召，各個(gè)油田應(yīng)加大資金與技術(shù)投入，集中精力建設(shè)鉆井工程技術(shù)一體化平臺，在該平臺內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成與信息共享，打造兼具動態(tài)查詢、生產(chǎn)協(xié)調(diào)、統(tǒng)計(jì)分析等功能的智能化平臺?；诖耍攸c(diǎn)分析了大數(shù)據(jù)時(shí)代下鉆井工程技術(shù)一體化平臺的建設(shè)路徑，對石油開采具有指導(dǎo)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)時(shí)代；鉆井工程；一體化平臺；建設(shè)

一、前言

信息技術(shù)的穩(wěn)步發(fā)展改變了人們的生產(chǎn)生活，當(dāng)前我國邁入了大數(shù)據(jù)時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與人工智能技術(shù)被應(yīng)用到了方方面面。油田行業(yè)中的鉆井工程難度大，單純依賴原先的方式與技術(shù)難以從整體上保障鉆井工程質(zhì)量與效果，一些大型油田企業(yè)嘗試用人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建一體化平臺，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享、動態(tài)分析、智能監(jiān)控。由于鉆井工程技術(shù)一體化平臺的功能全面、優(yōu)勢突出，在油田行業(yè)內(nèi)值得大力推廣，各個(gè)油田企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身情況，增大在鉆井工程技術(shù)一體化平臺建設(shè)中的投入。

二、鉆井工程技術(shù)一體化平臺建設(shè)背景

（一）石油企業(yè)信息化發(fā)展需要

當(dāng)前石油石化穩(wěn)步發(fā)展的態(tài)勢下，行業(yè)內(nèi)提出了信息化發(fā)展的新要求，在此目標(biāo)下各大石油企業(yè)都在嘗試數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型，而鉆井工程技術(shù)一體化平臺建設(shè)恰好是信息化發(fā)展的一大表現(xiàn)。當(dāng)前許多油田企業(yè)都在原有基礎(chǔ)上擴(kuò)大了業(yè)務(wù)范圍，并陸續(xù)開辟了新業(yè)務(wù)，在此條件下做好信息化管理極為重要，而通過鉆井工程技術(shù)一體化平臺有助于生產(chǎn)信息的全過程管理，為企業(yè)業(yè)務(wù)、生產(chǎn)等提供參考[1]。

（二）鉆井新業(yè)務(wù)發(fā)展的需要

建設(shè)鉆井工程技術(shù)一體化平臺也是新業(yè)務(wù)發(fā)展的切實(shí)需求，一些油田企業(yè)經(jīng)歷了漫長的發(fā)展周期，在長期發(fā)展的過程中，原有鉆井?dāng)?shù)據(jù)庫暴露了結(jié)構(gòu)、功能方面的諸多不足，為解決這些問題，以大數(shù)據(jù)時(shí)代為前提引入新技術(shù)建設(shè)一體化平臺極為重要，通過重構(gòu)數(shù)據(jù)庫，引入新技術(shù)，可使一體化平臺能為新業(yè)務(wù)提供便捷。

三、鉆井工程的大數(shù)據(jù)技術(shù)

油田企業(yè)構(gòu)建鉆井工程技術(shù)一體化平臺時(shí)，數(shù)據(jù)采集與處理是關(guān)鍵，為保障數(shù)據(jù)的完整性與準(zhǔn)確性，應(yīng)引入識別感知、云存儲等智能技術(shù)，形成鉆井大數(shù)據(jù)技術(shù)體系，具體可從以下幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn)：

（一）數(shù)據(jù)采集

鉆井工程項(xiàng)目中涉及了諸多工作，在各類工作中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量龐大，數(shù)據(jù)類型多、作用各有不同[2]。為構(gòu)建大數(shù)據(jù)系統(tǒng)相關(guān)人員需通過多路徑和源頭來采集信息，在此條件下實(shí)現(xiàn)海量碎片化信息的統(tǒng)一歸集，形成用戶業(yè)務(wù)范圍覆蓋的指標(biāo)體系。鉆完井過程的前端應(yīng)布設(shè)多個(gè)數(shù)據(jù)埋點(diǎn)，依據(jù)既定的作業(yè)路徑、獲取的多維數(shù)據(jù)生成采集操作的程序方案，這一過程是大數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)任務(wù)。油田工程現(xiàn)場的諸多信息保存不便，為此要注意捕捉現(xiàn)場信息，相關(guān)人員在采集實(shí)地信息時(shí)不應(yīng)局限于作業(yè)大數(shù)據(jù)E—R圖。與一般的結(jié)構(gòu)化信息有所不同，大數(shù)據(jù)時(shí)代下的鉆井工程中數(shù)據(jù)包含結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化三種，如多種靜態(tài)的結(jié)構(gòu)化信息、視頻資料、音頻文件、留存信息、圖片信息。在采集各類數(shù)據(jù)時(shí)可選擇的采集方法較多，如可利用分布式結(jié)構(gòu)來采集。首先，配備智能傳感裝置，借助現(xiàn)場錄井儀、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、智能邊界安防等獲取鉆井全過程數(shù)據(jù)；其次，在既有數(shù)據(jù)庫中采集多源信息，從生產(chǎn)運(yùn)行管理、ERP、財(cái)務(wù)運(yùn)營等已有系統(tǒng)中篩選和提取信息；最后，實(shí)現(xiàn)紙質(zhì)材料電子化處理，并確保地質(zhì)類網(wǎng)站順利接入數(shù)據(jù)庫。

（二）處理存儲

鉆井工程中的數(shù)據(jù)量龐大，處理時(shí)的技術(shù)要求較高，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)保存，可引入分布式儲存技術(shù)，如分布式NoSQL。以Hadoop資源池和MPP數(shù)據(jù)庫展開分析，構(gòu)建整體運(yùn)行框架[3]。針對鉆井環(huán)節(jié)所涉及的多維度數(shù)據(jù)，采用ETL/ELT技術(shù)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化處理、載入與整合，搭建完整的數(shù)據(jù)保存子系統(tǒng)，利用該子系統(tǒng)的功能來存儲數(shù)據(jù)。在用ETL/ELT技術(shù)統(tǒng)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：如發(fā)現(xiàn)有空數(shù)據(jù)或者缺失數(shù)據(jù)，應(yīng)立即補(bǔ)充完整，遇到無法處理的數(shù)據(jù)時(shí)做好標(biāo)記；替換無效數(shù)據(jù)；構(gòu)成主外鍵約束，替換非法數(shù)據(jù)，或者將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入錯(cuò)誤文件再統(tǒng)一處理；在數(shù)據(jù)表的關(guān)聯(lián)關(guān)系前提下合并處理數(shù)據(jù)，全部字段應(yīng)對應(yīng)縮影，以保障后續(xù)查詢和調(diào)用的便捷性；適當(dāng)調(diào)整源數(shù)據(jù)中提取的信息格式，為錄入提供便捷。因?yàn)殂@井工程中的數(shù)據(jù)具有海量性，在項(xiàng)目實(shí)施中應(yīng)實(shí)施綜合化處理，以保障所采集到的數(shù)據(jù)與現(xiàn)場情況相匹配，確保數(shù)據(jù)可在后續(xù)工作中發(fā)揮作用。

（三）交互共享

大數(shù)據(jù)時(shí)代下建設(shè)的鉆井工程技術(shù)一體化平臺，其中的數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)體系應(yīng)具備交互共享的特點(diǎn)。鉆井工程中的各個(gè)部門與崗位人員應(yīng)了解前期數(shù)據(jù)采集與處理的重要性，積極履行各自的工作職責(zé)，采用信息化技術(shù)構(gòu)建共享平臺，確保該平臺投入使用后不同部門之間可協(xié)同工作；全面開展平臺監(jiān)管，達(dá)到數(shù)據(jù)交互與共享。實(shí)際的工作中相關(guān)崗位人員不僅要采用一般的數(shù)據(jù)交互技術(shù)，也需增加鉆井領(lǐng)域的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使大數(shù)據(jù)系統(tǒng)和共享平臺包含以下部分：（1）信息總控系統(tǒng)，油田企業(yè)需為全部交換節(jié)點(diǎn)配備監(jiān)控、管理與跟蹤設(shè)備，并將這些設(shè)備規(guī)范部署于勘探調(diào)度數(shù)據(jù)中心；（2）網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，將其分布于業(yè)務(wù)項(xiàng)目的各級前端，由該系統(tǒng)負(fù)責(zé)不同點(diǎn)之間的信息傳送，對總控系統(tǒng)負(fù)責(zé)；（3）異構(gòu)云橋，整個(gè)鉆井工程中負(fù)責(zé)提取、轉(zhuǎn)換與推送信息，在存在關(guān)聯(lián)的不同部門之間建立交互數(shù)據(jù)橋；（4）信息服務(wù)總線，起中介作用，兼具管理、監(jiān)控、調(diào)動功能，也需負(fù)責(zé)服務(wù)整合與編排，以保障在鉆井工程中能達(dá)到信息交互與共享；（5）資源服務(wù)清單，在此支持下需遵循標(biāo)準(zhǔn)化管理要求，將資源類型整理為目錄清單。

四、鉆井大數(shù)據(jù)一體化分析平臺

（一）鉆井大數(shù)據(jù)分析平臺架構(gòu)

鉆井工程大數(shù)據(jù)一體化分析平臺架構(gòu)中，包含三個(gè)層面：數(shù)據(jù)層、分析層與用戶端。平臺數(shù)據(jù)來源多樣，主要包括了錄井witsml流數(shù)據(jù)、WellView鉆完井日報(bào)系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)性信息，今后伴隨平臺功能日益多樣化和性能的加強(qiáng)，還能引入油藏、壓裂、成本管控等各方面的信息[4]。將此平臺投入實(shí)際使用，借助自主開發(fā)的插件工具，能夠把錄井witsml流數(shù)據(jù)不借助人工操作存儲在數(shù)據(jù)庫內(nèi)；利用預(yù)先編寫的SQL指令，讀取WellView數(shù)據(jù)庫中的信息并反饋出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)化信息。數(shù)據(jù)庫在運(yùn)算數(shù)據(jù)方面具有非常高的效率，基于在數(shù)據(jù)層面增加工況分析模塊，能夠直接對錄井witsml流數(shù)據(jù)實(shí)施高質(zhì)量的預(yù)處理。而在分析層面，主要包括鉆完井的各個(gè)主體模塊，在借助Spotfire 軟件的基礎(chǔ)上，能夠通過可視化面板處理各項(xiàng)分析任務(wù)，其內(nèi)部嵌入的AI算法模塊更是能夠?yàn)闆Q策提供重要參考。用戶端的使用對象為管理人員和鉆井工程師。在油田項(xiàng)目實(shí)施過程中，有關(guān)人員可直接在公司內(nèi)網(wǎng)中使用電腦端完成登錄，從而通過可視化面板完成查詢、分析以及交互等操作。

（二）數(shù)據(jù)層面

鉆井工程大數(shù)據(jù)一體化分析平臺中，鉆完井?dāng)?shù)據(jù)能為遠(yuǎn)程服務(wù)、決策提供數(shù)據(jù)支撐，數(shù)據(jù)源為WellView系統(tǒng)數(shù)據(jù)、錄井?dāng)?shù)據(jù)。油田企業(yè)中利用WellView系統(tǒng)采集、管理鉆井?dāng)?shù)據(jù)，此系統(tǒng)通過結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫完成人工錄入、存儲等操作，在進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入時(shí)最小時(shí)間維度為十五分鐘，數(shù)據(jù)錄入間隔時(shí)長為二十四小時(shí)。在系統(tǒng)運(yùn)作期間，可通過SQL語句快速訪問WellView數(shù)據(jù)庫，并且還能把數(shù)據(jù)庫內(nèi)的信息自動化地連接到平臺之中。錄井需要在工作期間憑借實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)備好的傳感器進(jìn)行鉆進(jìn)數(shù)據(jù)的收集，再把這些信息存儲到數(shù)據(jù)庫中，此環(huán)節(jié)需使用和錄井?dāng)?shù)據(jù)一致的五秒錄入時(shí)間維度、間隔自動化讀取。

（三）工況判斷模塊

鉆井工程大數(shù)據(jù)一體化分析平臺中，工況判斷模塊為其中的關(guān)鍵構(gòu)成，該模塊為內(nèi)嵌形式，通過設(shè)定參數(shù)或閾值，可排除路徑數(shù)據(jù)中的極值、噪點(diǎn)，從而保障數(shù)據(jù)結(jié)果的準(zhǔn)確度。某油田企業(yè)中的工況判斷模塊可自動對旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、滑動鉆進(jìn)、起鉆、下鉆、下劃眼、倒劃眼、上洗井、下洗井、靜止循環(huán)等工況加以精準(zhǔn)判定。錄井?dāng)?shù)據(jù)存儲于實(shí)時(shí)鉆參數(shù)據(jù)庫以后，工況識別模塊可自動對比各項(xiàng)數(shù)據(jù)與設(shè)定閾值，結(jié)合對比結(jié)果自動給錄井?dāng)?shù)據(jù)打上工況標(biāo)簽，此結(jié)果可直接顯示在分析層的工況可視化部分。

Spotfire 軟件的快速篩選功能可使平臺的工況判斷模塊更為精準(zhǔn)，工況可視化面板中選中旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工況后，快速篩選數(shù)據(jù)庫內(nèi)該工況下的錄井參數(shù)。在此判斷過程中的錄井?dāng)?shù)據(jù)為鉆頭測深、大鉤高度、大鉤懸重、鉆壓、排量。鉆井工程師分析50口井的錄井?dāng)?shù)據(jù)，利用人工標(biāo)定工況的方式加以檢驗(yàn)后，工況判斷模塊的準(zhǔn)度基本達(dá)80%以上。工況判斷模塊在判斷的過程中也需對錄井?dāng)?shù)據(jù)實(shí)施二次處理與分類，得到的結(jié)果可作為分析模塊的前置條件，后續(xù)搭建分析平臺時(shí)也可利用這些數(shù)據(jù)?，F(xiàn)階段的一些油田企業(yè)中，一旦井下遇到了復(fù)雜情況，工況判斷模塊的判斷準(zhǔn)度將無法保障，后續(xù)針對這一情況可將通過WellView內(nèi)填寫的井下復(fù)雜情況標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間段自動標(biāo)注錄井?dāng)?shù)據(jù)的復(fù)雜情形，為人工分析提供便捷。

（四）分析層面

鉆井工作中涵蓋了多個(gè)主體，在分析層面必須要制作相應(yīng)的主體，以供用戶端實(shí)時(shí)了解和讀取。如圖1所示，可憑借JavaScript 開源庫 Echarts，使用最小曲率法估算鉆井軌跡（以藍(lán)色線條表示），實(shí)現(xiàn)對鉆井軌跡監(jiān)測、設(shè)計(jì)軌跡（以綠色線條表示）的直接明了的對比分析，如此得出的對比結(jié)果更加精確，能通過用戶端了解兩者的偏差值和幅度。

五、實(shí)例分析

以某油田4口開發(fā)井為研究對象，該油田的油藏地質(zhì)認(rèn)識較為全面，A、B井和C、D井分別為第1、2批次井。4口井2開作業(yè)中所使用的鉆具組合完全相同，井型、完鉆井深、最大井斜的相關(guān)參數(shù)雖有差異但差值較小。二開鉆具組合為：φ228.6mm旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向+φ228.6mm隨鉆測井工具+φ209.6mm隨鉆測量工具+φ209.6mm聲波測井工具+φ203.2mm浮閥+φ196.9mm+φ139.0mm加重鉆桿+φ0.139.7鉆桿。

將A、B兩井鉆完以后，利用工況可視化模塊、錄井?dāng)?shù)據(jù)可分析得知具體工況，從而得出旋轉(zhuǎn)鉆井參數(shù)，再使用可視化面板將結(jié)果立體化呈現(xiàn)出來。當(dāng)二開φ311mm井段B井鉆進(jìn)到六百五十米時(shí)要提高頂驅(qū)轉(zhuǎn)動速度，將其控制在每分鐘95～100轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，鉆至八百五十米至完鉆的頂驅(qū)轉(zhuǎn)速控制在每分鐘105～110轉(zhuǎn)范圍內(nèi)；A、B兩個(gè)井段的鉆進(jìn)操作要區(qū)別對待，鉆至一千三百米時(shí)將頂驅(qū)轉(zhuǎn)速提高到每分鐘100轉(zhuǎn)。此鉆井工程項(xiàng)目中所選定提高排量的起始斜深、轉(zhuǎn)速有所差異，在800～100r/min1900m井段，B井的平均機(jī)械鉆速比A井高。通過Landmark 水力參數(shù)模擬檢驗(yàn)高轉(zhuǎn)速的施工安全性與可行性后，后續(xù)C井與D井在二開φ311mm鉆至800m的部位，進(jìn)一步增大頂驅(qū)轉(zhuǎn)速，保持在105～120r/min之間，后續(xù)的鉆進(jìn)作業(yè)中保持這一轉(zhuǎn)速不變。

鉆井參數(shù)呈非正態(tài)分布，當(dāng)完成C、D井的鉆進(jìn)任務(wù)后利用斯皮爾曼等級方式展開分析，得到4口井轉(zhuǎn)速、排量、平均鉆壓與機(jī)械轉(zhuǎn)速之間的聯(lián)系。將機(jī)械轉(zhuǎn)速作為因變量，轉(zhuǎn)速、排量、平均鉆壓的控制相對容易，將這些作為自變量，其中，P代表發(fā)生幾率，當(dāng)P＜0.05時(shí)說明自變量與因變量之間為顯著關(guān)系，P＜0.01時(shí)意味著二者為非常顯著關(guān)系。相關(guān)系數(shù)表示自變量、因變量之間的相關(guān)關(guān)系，相關(guān)數(shù)值越大，意味著二者的關(guān)系越緊密、越相關(guān)，矩陣行數(shù)為參與相關(guān)性計(jì)算的鉆井參數(shù)組數(shù)。結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，轉(zhuǎn)速與機(jī)械鉆速之間有緊密聯(lián)系，相關(guān)性最大，說明在鉆井工作中應(yīng)盡可能提高機(jī)械鉆速。

六、結(jié)語

當(dāng)前我國邁入了大數(shù)據(jù)時(shí)代，在此時(shí)代下的油田鉆井作業(yè)中應(yīng)改變原先的作業(yè)方式與管理模式，利用大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代化技術(shù)構(gòu)建鉆井工程技術(shù)一體化平臺，借助該平臺的各項(xiàng)功能全過程監(jiān)測鉆井狀態(tài)、采集與分析鉆井?dāng)?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)智能化管理、流程化管控，及時(shí)解決鉆井作業(yè)中遇到的各種問題。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：川慶鉆探長慶鉆井總公司）