汪光太 關 岳 高魁旭 吳 虹

中國石油勘探與生產工程監(jiān)督中心 （北京 100083）

隨著現(xiàn)代計算機和網(wǎng)絡通信技術的發(fā)展，鉆井數(shù)據(jù)庫在推動鉆井行業(yè)提升管理水平和技術進步方面起著日益重要的基石作用。國內石油行業(yè)中最早開始數(shù)據(jù)庫應用研究的專業(yè)領域就是鉆井工程[1]，目前在各油氣田應用的鉆井數(shù)據(jù)庫早已由單機版發(fā)展到了網(wǎng)絡版，以鉆井數(shù)據(jù)庫為基礎的鉆井信息管理系統(tǒng)已完全具有鉆井生產實時數(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的績效指標數(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數(shù)據(jù)的傳遞速度和數(shù)據(jù)共享的輻射能力，改進了辦公效率，為鉆井生產計劃統(tǒng)籌安排、實時調度、物資采購和后勤保障、新井設計參考起到了一定的支持作用。

與國內鉆井數(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服務公司已形成并采用鉆井數(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)挖掘技術進行數(shù)據(jù)深度分析和加工是構建鉆井數(shù)據(jù)、信息和知識閉環(huán)管理模式的關鍵。由BP石油公司與斯倫貝謝公司合作研發(fā)的無風險鉆井技術NDS（No Drilling Surprises）技術就是這種數(shù)據(jù)管理模式的典型范例。NDS技術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確地傳遞給所需要的人[2]，以此作出計劃決定和調整施工設計來實時優(yōu)化鉆井作業(yè)過程。

圖1 鉆井數(shù)據(jù)應用和加工流程

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，數(shù)據(jù)挖掘技術就是要從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機的數(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，通過把數(shù)據(jù)庫中的大量數(shù)據(jù)轉化為可視的各種圖形，可增加比圖表和文字更強大的功能，有助于揭示數(shù)據(jù)的狀況、內在關系和規(guī)律等，使用戶對數(shù)據(jù)“看”得更清晰、直觀。在實際工作中，采用可視化方法對鉆井歷史數(shù)據(jù)進行集成整理分析過程中，不難得出對改進設計、優(yōu)化施工井段、優(yōu)選處理流程等方面起指導和輔助決策作用的信息，下面就從深井鉆井進度和深井事故統(tǒng)計的可視圖形中，深度剖析隱含其中的信息，以得出指導鉆井作業(yè)的有益啟示。

1 深井鉆井進度曲線圖及特征分析

通常一口井完井后，都會繪制如圖2所示的單井設計鉆井進度與實鉆進度對比圖，如把實鉆進度曲線上各點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度的快慢。實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，進度曲線上各點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 單井設計鉆井進度與實鉆進度對比

提速、提效是鉆井工程長期關注的主題，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械鉆速，改進設計、提升管理也是非常重要的方面。單井的實鉆進度曲線只能看出實鉆績效成果及設計的符合程度，從中不易發(fā)現(xiàn)有用信息。

可把同一油田(或同一構造或同一區(qū)塊)鉆井日期相近的多井鉆井進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)驗和技術，那么鉆井進度曲線圖應相對收斂，如圖3中B油田實際鉆井進度曲線圖所示。

圖3 B油田實際鉆井進度曲線圖

采用相近的技術措施，且操作作業(yè)水平比較均衡的各鉆井隊在C油田承鉆的幾口井，其鉆井進度曲線圖也表現(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，那鉆井進度曲線圖就會如圖5中那樣顯得非常分散。

圖4 C油田實際鉆井進度曲線圖

圖5 A油田實際鉆井進度曲線圖

由圖2、圖3、圖4、圖5可看出深井鉆井進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。

（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行統(tǒng)計，對改進設計、預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)生點的井深位置存在關聯(lián)，通過對2012年所關注的事故井按事故點井深、事故井設計井深及未注水泥塞填井側鉆而順利解卡的井進行統(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相對位置(即事故點與設計井深間的距離)進行排序、統(tǒng)計，就會得出圖8所示的有明顯特點的統(tǒng)計圖，圖8中事故井的事故點相對位置的中位數(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位置和設計井深情況統(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點特征：

（1）事故占比高：通過對2012年度深井鉆井主要復雜事故井進行事故點相對位置排序統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)深井鉆井發(fā)生事故時事故點在深井最后500m井段的比例高達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：因為平均井深較深，在最后500m井段內發(fā)生事故后，對其進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)得起重復性檢驗，才有可信度。通過對2011年所關注的事故井進行同樣的統(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位置和設計井深情況統(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，會隨設計、管理和技術進步而發(fā)生變化)，其潛在的主要致因有：

（1）地層變得更硬、研磨性強，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，不利于井壁穩(wěn)定。

（5）深井最后500m井段，實際上意味著終完井眼尺寸較小，鉆進時環(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，在如何改進設計、精細操作、改進和優(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，在如何改進設計、精細操作、改進和優(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，應優(yōu)化鉆柱組合，盡量不下穩(wěn)定器。如某設計井深6 825m的井在鉆最后129m時還下穩(wěn)定器，在因縮徑而導致卡鉆后，使卡鉆處理非常麻煩，最后不得不報廢1 000m進尺而打水泥塞側鉆。

（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，短起下鉆間距應由根據(jù)鉆進進尺確定改為根據(jù)鉆進時間來調整，以防地層長時間浸泡而縮徑，減少卡鉆風險。

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

4 結論和建議

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

（1）探索對部分井段采用日費制管理的模式。通過對深井最后500m井段單獨實行日費管理，有助于強化管理，積極推進新技術、新工具和新工藝的應用，同時建立數(shù)據(jù)、經(jīng)驗和技術共享的交流平臺。

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

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

圖13 B油田實施提速技術措施井段示意圖

（4）改進設計?？赏ㄟ^優(yōu)化井身結構使最后井段的井眼尺寸足夠大；設計鉆柱組合時避免采用穩(wěn)定器，單邊環(huán)空徑向尺寸應不小于25mm。

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

（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.利用鉆井數(shù)據(jù)庫搭建遠程鉆井輔助決策規(guī)劃[J].鉆采工藝，2011,34(6):1-3.

[2]連志龍，周英操，申瑞臣，等.無意外風險鉆井(NDS)技術探討[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、對象和方法[J].內蒙古大學學報：自然科學版，2002，33(2):236-240.