吳寶玉, 張樹東, 胡振平, 齊寶權(quán), 楊爭(zhēng)發(fā)

(中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司測(cè)井公司, 重慶 400021)

0 引 言

隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)通過(guò)同步跟蹤近鉆頭地層情況,及時(shí)了解地下儲(chǔ)層的情況[1-2],根據(jù)儲(chǔ)層展布和物性作出調(diào)整,提高對(duì)目的層和有利部位的鉆遇率。隨鉆實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)是構(gòu)建隨鉆遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制中心的關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)采集、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸與網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢與顯示、數(shù)據(jù)存貯等系統(tǒng)研究,設(shè)計(jì)井場(chǎng)隨鉆實(shí)時(shí)解碼及遠(yuǎn)程傳輸設(shè)備,在服務(wù)器端基于集群服務(wù)器與遠(yuǎn)程接收軟件構(gòu)建了遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)處理中心,并開發(fā)了基于web的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)發(fā)布系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆井現(xiàn)場(chǎng)信息的采集、存儲(chǔ)、傳輸、共享、分析,達(dá)到對(duì)鉆井施工過(guò)程進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)的目的。同時(shí),為油田管理者進(jìn)行科學(xué)決策實(shí)時(shí)提供現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和圖形,實(shí)時(shí)監(jiān)控井眼軌跡和鉆頭儲(chǔ)層位置[3-4],及時(shí)修正和調(diào)整導(dǎo)向指令,從而達(dá)到遠(yuǎn)程指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工作、提高鉆井時(shí)效與質(zhì)量、控制鉆井成本的目的。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)

為建立隨鉆數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)運(yùn)行架構(gòu),在數(shù)據(jù)采集發(fā)送服務(wù)器中,基于SQL SERVER 2005平臺(tái)[5],建立了水平井遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)鉆數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)釆集發(fā)送服務(wù)器安裝了水平井遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)鉆數(shù)據(jù)庫(kù),并配套有數(shù)據(jù)接收、發(fā)送、轉(zhuǎn)存和管理軟件(C/S)。井場(chǎng)分別裝有隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)采集軟件,將采集的隨鉆數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到數(shù)據(jù)采集/發(fā)送服務(wù)器中,數(shù)據(jù)采集/發(fā)送服務(wù)器通過(guò)數(shù)據(jù)接收軟件,將隨鉆數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù),并實(shí)時(shí)地通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存軟件,將隨鉆數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到水平井遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)鉆數(shù)據(jù)庫(kù),而且,數(shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)存服務(wù)器配套有通過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接收與轉(zhuǎn)存軟件,將井場(chǎng)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)傳回?cái)?shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)存基地服務(wù)器中,供各用戶使用。

1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)遠(yuǎn)傳與網(wǎng)絡(luò)發(fā)布系統(tǒng)基本框架采用B/S架構(gòu),實(shí)時(shí)信息中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線圖模塊采用C/S架構(gòu),各個(gè)井場(chǎng)的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸,并存儲(chǔ)于中心數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。用戶通過(guò)客戶端訪問(wèn)服務(wù)器,實(shí)現(xiàn)對(duì)隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的遠(yuǎn)程查詢工作。體統(tǒng)主要由隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)程傳輸、遠(yuǎn)程接收、服務(wù)中間件和網(wǎng)絡(luò)發(fā)布4個(gè)子系統(tǒng)組成。隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布系統(tǒng)功能見(jiàn)圖1。

圖1 隨鉆測(cè)井參數(shù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

1.2 采集技術(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)屬于隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸與網(wǎng)絡(luò)發(fā)布系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集端,主要功能是采集實(shí)時(shí)隨鉆數(shù)據(jù),解析成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式,遠(yuǎn)程傳輸?shù)交?為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示和查詢提供數(shù)據(jù)支持。前端采集數(shù)據(jù)包括從儀器自動(dòng)采集的隨鉆伽馬、鉆時(shí)、氣測(cè)等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及常規(guī)錄井巖屑描述等手工整理數(shù)據(jù),采集軟件通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)聽MWD/LWD、綜合錄井儀廣播接口或儀器數(shù)據(jù)庫(kù),動(dòng)態(tài)獲取儀器鉆、錄、測(cè)等各項(xiàng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),并解析成wits格式標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù),進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程不間斷傳輸,前端采集軟件可支持斯倫貝謝、貝克休斯、哈里伯頓等多家公司的測(cè)井系列。隨鉆實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)主要包括深度數(shù)據(jù)、時(shí)間數(shù)據(jù)、鉆井?dāng)?shù)據(jù)、鉆井平臺(tái)數(shù)據(jù),隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)(伽馬、電阻率、中子等)、井斜數(shù)據(jù)、鉆頭數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)等。

由于隨鉆測(cè)井實(shí)時(shí)返回的數(shù)據(jù)量較大,如果對(duì)每口井都建立1個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)文件,則用戶訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí),數(shù)據(jù)傳輸速度將會(huì)變得很低,需要優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。同時(shí),鉆井作業(yè)區(qū)遠(yuǎn)離信號(hào)基站,數(shù)據(jù)通信會(huì)時(shí)斷時(shí)續(xù)。為了避免這種情況影響隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程傳輸,設(shè)計(jì)了2種數(shù)據(jù)傳輸方法:在通信通暢的條件下選用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)遠(yuǎn)程連接,以保證數(shù)據(jù)通信速度;在通信不暢的條件下使用基于Windows Stoket網(wǎng)絡(luò)編程接口的客戶端/服務(wù)器程序,以保證在通信中斷時(shí)保存斷點(diǎn)時(shí)狀態(tài),在通信恢復(fù)后自動(dòng)恢復(fù)隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)傳輸。

1.3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)Web方式顯示

圖2 C/S模式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示總體架構(gòu)圖

隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)遠(yuǎn)傳及網(wǎng)絡(luò)發(fā)布系統(tǒng)主要目的是實(shí)現(xiàn)井場(chǎng)隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)顯示,以根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析施工情況。這些數(shù)據(jù)是網(wǎng)絡(luò)查詢系統(tǒng)呈現(xiàn)的主要數(shù)據(jù)。隨鉆數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)通過(guò)使用圖形編程,把從井場(chǎng)傳回的數(shù)據(jù)直觀地顯示在web界面上,并將數(shù)據(jù)進(jìn)行分類瀏覽,提供客戶端控件和相應(yīng)工具軟件下載。針對(duì)隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)安全性和實(shí)時(shí)性要求高等特點(diǎn)以及測(cè)井圖形顯示較復(fù)雜的要求,系統(tǒng)采用B/S與C/S結(jié)合模式[6-7]。其中,實(shí)時(shí)信息中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線、實(shí)時(shí)地質(zhì)導(dǎo)向模塊采用C/S架構(gòu),通過(guò)在網(wǎng)站中調(diào)用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線控件或?qū)崟r(shí)地質(zhì)導(dǎo)向控件,以中間件為數(shù)據(jù)中間平臺(tái),作為web實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示的方法,其構(gòu)架圖如圖2所示。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢、隨鉆井斜數(shù)據(jù)表等相關(guān)信息查詢采用B/S架構(gòu)。各個(gè)井場(chǎng)數(shù)據(jù)通過(guò)Internet網(wǎng)或者公司內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程發(fā)送,中心數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器接收系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)存儲(chǔ),最終通過(guò)web直接實(shí)時(shí)顯示。web實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示主要包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢、隨鉆井斜數(shù)據(jù)表、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線以及實(shí)時(shí)地質(zhì)導(dǎo)向等。

1.4 隨鉆數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布

隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布系整體功能分為6個(gè)模塊:實(shí)時(shí)信息、井基本信息、用戶管理、消息管理、系統(tǒng)管理、上傳與下載。

實(shí)時(shí)信息功能模塊針對(duì)測(cè)井實(shí)時(shí)信息的查詢?cè)O(shè)計(jì),分為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線顯示、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢、隨鉆井斜數(shù)據(jù)查詢和隨鉆錄井?dāng)?shù)據(jù)查詢4部分。隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)查詢都是基于單井為最小單位的查詢。因此,系統(tǒng)必須配備對(duì)井的基本信息的管理功能。井的基本信息模塊分為井的信息管理、基本信息查詢、信息維護(hù)以及狀態(tài)查詢4部分。不同的用戶賦予不同的查詢權(quán)限,有利于對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)和隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的保護(hù)。用戶管理主要功能是用戶的增加、刪除,用戶資料的維護(hù),用戶的權(quán)限管理以及用戶密碼修改和重置。系統(tǒng)用戶之間需要互相溝通交流、發(fā)送消息,上下機(jī)構(gòu)之間需要發(fā)送和接收通知,據(jù)此,系統(tǒng)設(shè)置了消息管理功能模塊,此模塊包括了消息接收和消息發(fā)布兩大功能[8-10]。

系統(tǒng)的查詢基本對(duì)象為單井,單井有自己的所屬井隊(duì)、公司以及地區(qū)和構(gòu)造位置,不同的單井的屬性不同,增加新井時(shí)可能會(huì)伴隨著地區(qū)和構(gòu)造位置等屬性參數(shù)的變動(dòng),同時(shí)公司對(duì)下屬機(jī)構(gòu)的管理,可能會(huì)帶來(lái)井隊(duì)等機(jī)構(gòu)的變化。因此,設(shè)置了系統(tǒng)管理功能,主要針對(duì)機(jī)構(gòu)和參數(shù)的管理,包括機(jī)構(gòu)管理和參數(shù)管理兩大功能。查詢實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線圖需要用到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線控件,上傳下載功能模塊為用戶提供控件下載,使得在未安裝實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)控件的情況下能夠方便、快速地安裝[11-13]。另外,在工作中,系統(tǒng)用戶之間、機(jī)構(gòu)之間需要共享資料,上傳下載功能模塊提供了資料上傳與下載功能。

1.5 隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)服務(wù)中間件系統(tǒng)

圖3 數(shù)據(jù)服務(wù)中間件邏輯模型示意圖

數(shù)據(jù)服務(wù)中間件系統(tǒng)是客戶訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的接口,可簡(jiǎn)單描述為工作過(guò)程:應(yīng)用邏輯層提出數(shù)據(jù)請(qǐng)求,數(shù)據(jù)服務(wù)中間件解析請(qǐng)求,從自身的配置數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取有關(guān)該應(yīng)用邏輯的配置信息(該信息包含了應(yīng)用所需使用的數(shù)據(jù)源的信息),根據(jù)信息描述與數(shù)據(jù)服務(wù)器建立連接,如果連接成功,則可執(zhí)行應(yīng)用邏輯的數(shù)據(jù)訪問(wèn)操作。數(shù)據(jù)服務(wù)中間件是用來(lái)連接數(shù)據(jù)服務(wù)器和客戶應(yīng)用的中間軟件層(見(jiàn)圖3)。隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)服務(wù)中間件系統(tǒng)屬于隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸與網(wǎng)絡(luò)發(fā)布系統(tǒng)中的一部分,主要功能是響應(yīng)各用戶對(duì)數(shù)據(jù)的查詢請(qǐng)求,從中心數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中提取相應(yīng)的數(shù)據(jù),通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到各用戶客戶端[14-16]。為保證服務(wù)器能隨時(shí)接收和下載數(shù)據(jù),隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)遠(yuǎn)程接收系統(tǒng)和隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)服務(wù)中間件系統(tǒng)必須一直處于運(yùn)行狀態(tài)。

2 應(yīng)用情況

川慶測(cè)井隨鉆數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng),在四川油氣田18個(gè)油井的現(xiàn)場(chǎng)施工中進(jìn)行了推廣應(yīng)用。該系統(tǒng)能進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)捕獲、解析,并傳回基地服務(wù)器,使油區(qū)管理者進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示和查詢,快速分析決策[17-20]。

圖4 A井實(shí)時(shí)曲線顯示與鄰井對(duì)比圖(左圖是某井的隨鉆實(shí)時(shí)曲線,右圖是該井的鄰井測(cè)井曲線)

圖4是在A井應(yīng)用該系統(tǒng)的隨鉆數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示與鄰井的對(duì)比圖。通過(guò)實(shí)時(shí)對(duì)比,確定A井在3 658.7、3 697.7 m和3 814.3 m分別進(jìn)入不同的3個(gè)層段。從自然伽馬成像可實(shí)時(shí)看出,進(jìn)入龍1a后至4 600 m,軌跡總體上是保持緩慢下切的趨勢(shì),上傾1.5°左右。4 200～4 600 m段方位伽馬所測(cè)的井筒低邊伽馬值總體比井筒高邊伽馬值大40～60 API,也說(shuō)明軌跡是在下切地層,因此,在實(shí)時(shí)導(dǎo)向過(guò)程中在4 400 m以后緩慢增加井斜,將井斜控制在92°～93°度之間,4 550 m以后將井斜增至93°～93.5°,使軌跡稍微靠地層上部鉆進(jìn)。通過(guò)軌跡調(diào)整后,從實(shí)時(shí)伽馬成像看,發(fā)現(xiàn)自4 600 m后,軌跡明顯上切地層,地層傾角3°左右上傾,此時(shí)軌跡開始上返,同時(shí)將井斜調(diào)整穩(wěn)定在92°～93°之間鉆進(jìn)。在4 750～4 865 m井段,方位伽馬所測(cè)井筒高低邊伽馬值和井筒左右伽馬值基本一致,反映該段軌跡基本順儲(chǔ)層鉆進(jìn),因此該段穩(wěn)斜鉆進(jìn)。井段4 896～4 950 m,井筒低邊伽馬值明顯比井筒高邊伽馬值大100 API以上,說(shuō)明后續(xù)地層略變陡,軌跡有下切地層趨勢(shì)。此時(shí),略增井斜,井斜調(diào)至92.5°～93.5°使軌跡基本位于箱體中部,直到完鉆(見(jiàn)圖5)。

該案例中井眼實(shí)鉆情況和設(shè)計(jì)軌跡差別較大,鉆前只能分析出地層的總體趨勢(shì),而無(wú)法確定其中起伏變化。導(dǎo)向過(guò)程中需要通過(guò)實(shí)時(shí)曲線分析,對(duì)設(shè)計(jì)模型不斷修正,恢復(fù)地層的真實(shí)形態(tài)?，F(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)導(dǎo)向工程師通過(guò)實(shí)時(shí)采集和遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)及時(shí)將測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)和錄井?dāng)?shù)據(jù)傳回石油公司和工程服務(wù)基地辦公室,三方專家及時(shí)交流信息,討論調(diào)整鉆進(jìn)決策,通過(guò)伽馬值的高低、曲線特征,確定井眼軌跡在箱體中的相對(duì)位置,分析軌跡的上、下切地層狀況,進(jìn)一步分析地層傾角的變化情況,及時(shí)修正模型,最終完成了1 500 m水平段鉆進(jìn),龍1a地層鉆遇率達(dá)到100%,實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)設(shè)計(jì)目標(biāo),說(shuō)明該系統(tǒng)在隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向中起到了重要作用,能夠?yàn)槎嗳水惖剡M(jìn)行分析和決策提供技術(shù)支持。

圖5 A井完鉆地質(zhì)導(dǎo)向模型圖

3 結(jié)束語(yǔ)

測(cè)井隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)的開發(fā),使測(cè)井解釋人員、鉆井工程師、地質(zhì)工程師能夠在后方應(yīng)用豐富的地質(zhì)數(shù)據(jù)資源,對(duì)隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工程師實(shí)時(shí)調(diào)整鉆井措施,控制鉆具穿行在油藏最佳位置,從而有效提高工作效率,節(jié)約鉆井成本,減少鉆井風(fēng)險(xiǎn),為實(shí)現(xiàn)安全、高效、快速、科學(xué)鉆井提供了重要手段。

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