溫馨　謝寅溥　張果　羅月

[摘 要]文章針對(duì)人工統(tǒng)計(jì)鉆井時(shí)效的方法存在耗時(shí)費(fèi)力，不夠精確，缺乏自動(dòng)性、實(shí)時(shí)性和結(jié)果量化性不強(qiáng)等問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了基于井筒工程大數(shù)據(jù)的鉆井進(jìn)度跟蹤分析系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)比分析鉆井設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和實(shí)鉆數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了地層分層、井身結(jié)構(gòu)、鉆井液密度、鉆井進(jìn)度等參數(shù)對(duì)比分析，能夠及時(shí)了解鉆井施工進(jìn)度動(dòng)態(tài)、時(shí)效分析以及鉆井風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)提示。在鉆井過(guò)程中及時(shí)跟蹤鉆井進(jìn)度，并進(jìn)行時(shí)效分析，有助于鉆井技術(shù)人員科學(xué)合理地分析鉆井施工時(shí)間是否處于最佳狀態(tài)，優(yōu)化鉆井施工方案，提高鉆井作業(yè)生產(chǎn)效率，同時(shí)鉆井動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警輔助現(xiàn)場(chǎng)鉆井作業(yè)，為遠(yuǎn)程決策提供技術(shù)支撐。

[關(guān)鍵詞]鉆井進(jìn)度;鉆井時(shí)效;鉆井決策;風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2021.04.042

[中圖分類(lèi)號(hào)]F270.7;TP315[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1673-0194（2021）04-00-03

0 ? ? 引 言

隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，鉆井?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)能夠推動(dòng)智能鉆井發(fā)展，提升工程技術(shù)水平和管理水平等。國(guó)內(nèi)石油行業(yè)中最早開(kāi)展數(shù)據(jù)庫(kù)研究的是鉆井專(zhuān)業(yè)，通過(guò)多年的建設(shè)，形成了具有統(tǒng)一規(guī)劃、數(shù)據(jù)編碼規(guī)范、數(shù)據(jù)資源共享的鉆井?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)，解決了信息孤島、系統(tǒng)與系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)無(wú)法共享的難題，減輕了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)填報(bào)的負(fù)擔(dān)，加快了數(shù)據(jù)化井筒建設(shè)進(jìn)程?；谝?guī)范數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建的鉆井進(jìn)度跟蹤分析系統(tǒng)，具有鉆井工程數(shù)據(jù)采集、傳輸、審核、入庫(kù)、進(jìn)度分析、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等功能[1]。

1 ? ? 系統(tǒng)流程

在鉆井大數(shù)據(jù)中提煉出有用的信息并及時(shí)準(zhǔn)確地傳遞給現(xiàn)場(chǎng)鉆井工程師和基地監(jiān)控中心，以此制訂工程優(yōu)化方案，并實(shí)時(shí)優(yōu)化鉆井作業(yè)過(guò)程。應(yīng)用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，可以清洗、歸類(lèi)、整理和抽取鉆井工程的有用信息，為優(yōu)化設(shè)計(jì)、優(yōu)化施工井段、故障復(fù)雜預(yù)警等提供真實(shí)有效的數(shù)據(jù)支撐。應(yīng)用可視化技術(shù)將數(shù)據(jù)挖掘成果轉(zhuǎn)化成各類(lèi)分析圖形和圖表，有助于揭示數(shù)據(jù)的內(nèi)在關(guān)系和規(guī)律，使數(shù)據(jù)更好地應(yīng)用于實(shí)際。鉆井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)審核后入庫(kù)，錄井實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心實(shí)時(shí)展示，監(jiān)控人員及時(shí)掌握井場(chǎng)動(dòng)態(tài)，應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)深度分析數(shù)據(jù)，提煉信息形成鉆井知識(shí)庫(kù)，為鉆井知識(shí)庫(kù)和鉆井進(jìn)度跟蹤系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行進(jìn)度分析、時(shí)效統(tǒng)計(jì)和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，幫助管理人員制訂鉆井工程決策方案，輔助現(xiàn)場(chǎng)鉆井作業(yè)。其中，鉆井?dāng)?shù)據(jù)應(yīng)用流程如圖1所示。鉆井大數(shù)據(jù)應(yīng)用已形成了鉆井信息與知識(shí)的閉環(huán)管理模式，這種應(yīng)用模式對(duì)鉆井?dāng)?shù)據(jù)的集成整理、深度分析和加工利用，已成為油氣田企業(yè)增值服務(wù)和智能化轉(zhuǎn)型必不可缺的技術(shù)工具。

1.1 ? 鉆井?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

想要涵蓋全井筒相關(guān)專(zhuān)業(yè)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一體化管理，相關(guān)企業(yè)的數(shù)據(jù)庫(kù)主體技術(shù)框架設(shè)計(jì)應(yīng)由兩條主線(xiàn)構(gòu)成：第一條主線(xiàn)以井的生命周期為主線(xiàn)，通過(guò)這條主線(xiàn)，詳細(xì)描述井的物理屬性，并將井的各種物理變化數(shù)據(jù)通過(guò)井進(jìn)行有效串聯(lián)，以充分滿(mǎn)足成果數(shù)據(jù)的管理需求;第二條主線(xiàn)以作業(yè)為主線(xiàn)，把圍繞井筒的鉆井、錄井作業(yè)事件進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)，通過(guò)關(guān)聯(lián)把井筒工程的各個(gè)專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)緊密地整合在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中，最大限度地?cái)U(kuò)充井筒工程的數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)提高數(shù)據(jù)庫(kù)的靈活性，以滿(mǎn)足各專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)需求。

1.2 ? 鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集

鉆井?dāng)?shù)據(jù)主要包含鉆井設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和鉆井工程數(shù)據(jù)集?；阢@井?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)建立的鉆井設(shè)計(jì)系統(tǒng)，充分吸收多年來(lái)的鉆井設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，深度挖掘鉆井成果以支撐鉆井設(shè)計(jì)。跨專(zhuān)業(yè)應(yīng)用錄井成果和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)成果資料來(lái)指導(dǎo)鉆井設(shè)計(jì)，并整合鉆井新技術(shù)、新成果、新算法，進(jìn)而有效提高鉆井設(shè)計(jì)的質(zhì)量。鉆井設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)全部結(jié)構(gòu)化，并存儲(chǔ)在鉆井?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)中，為鉆井工程分析奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。基于鉆井?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)建立的鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)包含基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、井身結(jié)構(gòu)、鉆具組合、鉆井液、井控?cái)?shù)據(jù)等全部鉆井作業(yè)活動(dòng)采集模塊，具有自動(dòng)生成鉆井井史和鉆井?dāng)?shù)據(jù)報(bào)表的功能，可實(shí)現(xiàn)鉆井?dāng)?shù)據(jù)規(guī)范采集和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享。鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動(dòng)向中石油統(tǒng)建系統(tǒng)推送數(shù)據(jù)，能夠確保數(shù)據(jù)的完整性、唯一性和規(guī)范性，避免數(shù)據(jù)重復(fù)填報(bào)，減輕了現(xiàn)場(chǎng)人員數(shù)據(jù)填報(bào)的工作量，提高了數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)據(jù)利用率。

2 ? ? 系統(tǒng)構(gòu)建

通過(guò)對(duì)鉆井設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和錄井實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，能夠?qū)崿F(xiàn)鉆井進(jìn)度跟蹤和時(shí)效統(tǒng)計(jì)分析，便于企業(yè)及時(shí)了解鉆井施工進(jìn)度動(dòng)態(tài)。分析方法應(yīng)滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)需求，首先進(jìn)行鉆井進(jìn)度分析，實(shí)現(xiàn)地層分層、井身結(jié)構(gòu)、鉆井液密度、鉆井進(jìn)度等參數(shù)設(shè)計(jì)和實(shí)鉆數(shù)據(jù)的對(duì)比分析;再根據(jù)鉆井日?qǐng)?bào)工序進(jìn)行鉆井時(shí)效分析，應(yīng)用圖示化工具展示全井生產(chǎn)時(shí)效和非生產(chǎn)時(shí)效的分布比例圖。量化故障類(lèi)型和非生產(chǎn)時(shí)間的占比，根據(jù)時(shí)效分析結(jié)果進(jìn)行鉆井風(fēng)險(xiǎn)提示，分析復(fù)雜情況及事故的原因和處理措施[2]。同時(shí)自動(dòng)提示本井和鄰井已發(fā)生的故障和時(shí)效分析結(jié)果，為下一步鉆井作業(yè)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)提示和鉆井方案指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)安全、快速鉆井的目標(biāo)。其中，圖2是鉆井進(jìn)度分析系統(tǒng)流程。

2.1 ? 鉆井進(jìn)度分析

根據(jù)鉆井工程設(shè)計(jì)、地質(zhì)設(shè)計(jì)、錄井動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、鉆井動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，建立鉆井進(jìn)度實(shí)時(shí)分析模型。①將鉆井實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)比結(jié)果存在兩種情況。情況一：實(shí)鉆數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)相吻合。證實(shí)鉆井設(shè)計(jì)科學(xué)合理，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鉆井作業(yè)具有較強(qiáng)的指導(dǎo)作用，且鉆井施工作業(yè)嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)方案，符合預(yù)期效果。根據(jù)當(dāng)前鉆井進(jìn)度，分層位、分作業(yè)階段推送施工方案、鉆井措施，自動(dòng)繪制待鉆井段計(jì)劃進(jìn)度曲線(xiàn)，對(duì)計(jì)劃鉆井段的施工具有指導(dǎo)意義，有助于控制施工周期、及時(shí)調(diào)整施工進(jìn)度。若地質(zhì)層位不變，鉆井設(shè)計(jì)進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度差異較大，說(shuō)明本井存在鉆井提速空間，系統(tǒng)自動(dòng)推送優(yōu)化的鉆井施工措施、預(yù)估鉆井進(jìn)度，評(píng)估實(shí)鉆進(jìn)度與設(shè)計(jì)進(jìn)度存在的偏差。情況二：實(shí)鉆數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)相差較大，說(shuō)明實(shí)際地層發(fā)生了變化，可能面臨地質(zhì)重構(gòu)。系統(tǒng)及時(shí)發(fā)出提示，需要重新調(diào)整施工方案，以應(yīng)對(duì)地層的變化。鉆井措施調(diào)整后，系統(tǒng)根據(jù)鉆井知識(shí)庫(kù)，推送新的鉆井決策方案，指導(dǎo)下一步鉆井作業(yè)，形成新的鉆井進(jìn)度分析模型，并在系統(tǒng)中記錄調(diào)整后的鉆井措施，分析與原設(shè)計(jì)措施存在的差別，為相同區(qū)塊的下一步部署提供設(shè)計(jì)參考和依據(jù)。②實(shí)鉆數(shù)據(jù)與鄰井對(duì)比、與歷史指標(biāo)對(duì)比。通過(guò)實(shí)鉆數(shù)據(jù)與鄰井及歷史指標(biāo)井?dāng)?shù)據(jù)的對(duì)比，實(shí)時(shí)掌握本井施工進(jìn)度的情況，找出鉆井進(jìn)度的差異點(diǎn)，進(jìn)而分析差異原因，以便及時(shí)調(diào)整施工措施和施工參數(shù)，為計(jì)劃鉆井的施工點(diǎn)提供參考。通過(guò)與鄰井施工進(jìn)度進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比，方便管理者開(kāi)展與鄰井的對(duì)標(biāo)競(jìng)賽，激勵(lì)鉆井工程師進(jìn)一步優(yōu)化鉆井方案、施工參數(shù)，形成良性競(jìng)爭(zhēng)，促進(jìn)鉆井作業(yè)提速提效。

利用鉆井實(shí)時(shí)進(jìn)度跟蹤分析系統(tǒng)，有助于鉆井工程師分析井深、層位及施工參數(shù)與鉆井時(shí)效關(guān)系，及時(shí)調(diào)整和修改施工方案，實(shí)現(xiàn)鉆井提速提效。實(shí)時(shí)跟蹤鉆井作業(yè)過(guò)程，開(kāi)展鉆井進(jìn)度跟蹤分析，根據(jù)實(shí)時(shí)進(jìn)度，不斷優(yōu)化鉆井措施，達(dá)到大數(shù)據(jù)指導(dǎo)鉆井作業(yè)的目的。提速提效是鉆井工程長(zhǎng)期關(guān)注的主體，提高鉆井速度不僅是提高機(jī)械鉆速，也是改進(jìn)設(shè)計(jì)、提升管理水平重要體現(xiàn)。其中，單井鉆井進(jìn)度跟蹤曲線(xiàn)能夠查看實(shí)鉆進(jìn)度成果與設(shè)計(jì)進(jìn)度的符合程度，并將同一構(gòu)造、同一區(qū)塊的多井鉆井的平均進(jìn)度曲線(xiàn)組合到一張曲線(xiàn)圖中，對(duì)鉆井進(jìn)度進(jìn)行直觀分析，以及時(shí)共享鉆井經(jīng)驗(yàn)和工程信息，如圖3所示。進(jìn)度跟蹤分析曲線(xiàn)圖具有一些共同的特征：①深井鉆井過(guò)程中隨鉆井深度的增加而逐漸減小，井深5 000 m以下鉆速出現(xiàn)明顯的降速拐點(diǎn);②深井鉆井進(jìn)度曲線(xiàn)圖正常情況下具有收斂特征;③深井最后500 m井段占全井鉆井周期比重30%以上[3]。

2.2 ? 鉆井時(shí)效統(tǒng)計(jì)分析

進(jìn)行鉆井時(shí)效分析首需正確劃分鉆井時(shí)效。按照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，鉆井工作總時(shí)效等于生產(chǎn)時(shí)效加上非生產(chǎn)時(shí)效。鉆井時(shí)效主要?jiǎng)澐譃檫M(jìn)尺純鉆時(shí)間、進(jìn)尺其他時(shí)間、循環(huán)時(shí)間、固井時(shí)間、輔助時(shí)間、停工時(shí)間、復(fù)雜時(shí)間。鉆井工程日?qǐng)?bào)中增加了鉆井工序狀態(tài)數(shù)據(jù)標(biāo)簽，現(xiàn)場(chǎng)工程師可以判斷測(cè)井、固井、輔助時(shí)間和事故復(fù)雜情況等工況，并在鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)中錄入時(shí)間段、工序及作業(yè)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)鉆井時(shí)效數(shù)據(jù)的規(guī)范采集。鉆井進(jìn)度分析系統(tǒng)采用餅狀圖和數(shù)據(jù)表的形式展示鉆井時(shí)效分布，實(shí)現(xiàn)鉆井時(shí)效的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)。其中，時(shí)間餅狀圖中顯示各類(lèi)時(shí)間的小時(shí)數(shù)和所占時(shí)間百分比，時(shí)效分布隨著每日鉆井動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)增加而自動(dòng)更新顯示。非生產(chǎn)時(shí)間中的復(fù)雜情況和事故是影響鉆井時(shí)效的關(guān)鍵因素。

2.3 ? 鉆井風(fēng)險(xiǎn)分析

鉆井風(fēng)險(xiǎn)分析模塊可以實(shí)現(xiàn)本井鉆井工程設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)提示、本井已發(fā)生的故障提示、鄰井已發(fā)生的故障提示。①鉆井工程設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)提示。鉆井工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)均為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，自動(dòng)提取本井鉆井設(shè)計(jì)中的風(fēng)險(xiǎn)提示，快速查詢(xún)本井的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)提示，改變了以前工程技術(shù)人員需要反復(fù)查閱設(shè)計(jì)文檔的方式，節(jié)省了時(shí)間，為生產(chǎn)技術(shù)管理和遠(yuǎn)程支持決策提供了技術(shù)支持。②本井已發(fā)生的故障提示。以時(shí)間為主線(xiàn)，在鉆井進(jìn)度曲線(xiàn)上以圓點(diǎn)為標(biāo)記依次顯示本井已發(fā)生的故障記錄。鉆井故障主要?jiǎng)澐譃閺?fù)雜、井漏、溢流、事故，并以不同顏色表示以便直觀區(qū)分。該故障記錄詳細(xì)記錄了故障發(fā)生時(shí)間、故障類(lèi)型、發(fā)生經(jīng)過(guò)和處理結(jié)果等信息，為下一步開(kāi)展鉆井作業(yè)提供風(fēng)險(xiǎn)提示。③鄰井已發(fā)生的故障提示。隨著本井鉆井深度加深，以當(dāng)前井深為中心，系統(tǒng)自動(dòng)掃描同區(qū)塊同層位、同井段的鄰井故障復(fù)雜記錄，分析鄰井發(fā)生的事故原因，對(duì)本井鉆井作業(yè)具有重要的參考和指導(dǎo)作用。鄰井故障提示是鉆井施工過(guò)程中的重要提示，得到了鉆井人員的密切關(guān)注，需要他們及時(shí)調(diào)整鉆井工藝措施，以規(guī)避相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。鉆井風(fēng)險(xiǎn)分析模塊主要通過(guò)對(duì)發(fā)生的異常鉆井參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)描述，將異常參數(shù)轉(zhuǎn)換為風(fēng)險(xiǎn)事件進(jìn)行管理，從井深、時(shí)間、事件類(lèi)別、事件類(lèi)型、可能性、嚴(yán)重程度和過(guò)程描述等方面進(jìn)行記錄、分析和總結(jié)，以發(fā)揮異常參數(shù)的警示和潛在風(fēng)險(xiǎn)提示作用，并借此優(yōu)化鉆井施工方案，達(dá)到避免復(fù)雜事故發(fā)生、提高鉆井時(shí)效的目的。

3 ? ? 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

本研究通過(guò)挖掘和利用鉆井工程數(shù)據(jù)，采用鉆井設(shè)計(jì)、綜合錄井和鉆井工程等數(shù)據(jù)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)鉆井時(shí)效的方法，構(gòu)建了鉆井進(jìn)度跟蹤分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)在某油田公司鉆井現(xiàn)場(chǎng)推廣應(yīng)用，有助于實(shí)時(shí)分析鉆井生產(chǎn)效率和鉆井施工周期，并提出合理性的改進(jìn)建議?，F(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員實(shí)時(shí)分析鉆井作業(yè)效率，識(shí)別潛在的損失時(shí)間，有利于提高生產(chǎn)效率，分析已鉆井段施工過(guò)程中的非生產(chǎn)時(shí)效，掌握不同非生產(chǎn)時(shí)間影響鉆井時(shí)效的程度，為優(yōu)化下部井段施工方案提供參考，豐富現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)分析手段。

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