胡延霞 張建卿 侍德益
(中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司長(zhǎng)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(huì)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(gè)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(duì)的問題越來越多,對(duì)鉆井液用處理質(zhì)量的要求也越來越高,急需對(duì)鉆井液用處理劑進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)。因此,該文設(shè)計(jì)了新的數(shù)字化智能評(píng)價(jià)方法,為后續(xù)的鉆井技術(shù)發(fā)展提供參考。
在進(jìn)行數(shù)字化智能評(píng)價(jià)之前,首先要測(cè)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(rùn)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(huì)在水相中添加少量鹽分,以保證井壁的穩(wěn)定性。
鉆井液抗鹽鈣性能測(cè)試完畢后即可設(shè)計(jì)處理劑的評(píng)價(jià)指標(biāo),構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)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(jí)[3]。根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)液用處理劑進(jìn)行化學(xué)含量評(píng)價(jià),最常見的就是進(jìn)行NO3-、Cl-含量進(jìn)行測(cè)定,在指定的檢測(cè)濃度內(nèi)可以使用無(wú)極放電燈發(fā)射輻射譜線,檢測(cè)試劑樣品的質(zhì)量濃度,接下來進(jìn)行生物降解性評(píng)價(jià),選取的封堵材料種類較多,包括ZF1、ZF2、ZF3,根據(jù)待測(cè)物的需氧量進(jìn)行檢測(cè),將待測(cè)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(duì)處理劑進(jìn)行預(yù)處理,為后續(xù)的智能評(píng)價(jià)體系作基礎(chǔ)。在構(gòu)架評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)需求的智能化指標(biāo),為后續(xù)智能評(píng)價(jià)系統(tǒng)的構(gòu)建作基礎(chǔ)。
依拖鉆井液用處理劑質(zhì)檢數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái),對(duì)鉆井鉆井液處理劑的質(zhì)檢結(jié)果通過評(píng)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(jì)算模塊和測(cè)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(píng)分系統(tǒng)中用于評(píng)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(jí)關(guān)系、二級(jí)關(guān)系、三級(jí)關(guān)系及四級(jí)關(guān)系;其中級(jí)別越大表示關(guān)聯(lián)性越強(qiáng)[4]。加權(quán)值計(jì)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(duì)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(píng)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(jì)算獲得個(gè)指標(biāo)權(quán)值,最后通過第一和第二加權(quán)值計(jì)算獲得綜合加權(quán)值[5-6]。測(cè)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(duì)應(yīng)的測(cè)試數(shù)據(jù)。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或者供應(yīng)商提供的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),對(duì)各鉆井液用處理劑進(jìn)行物理、化學(xué)性能測(cè)試,得到各指標(biāo)項(xiàng)對(duì)應(yīng)的測(cè)試數(shù)據(jù)。其中第一計(jì)算模塊,用于求取各所述測(cè)試數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)加權(quán)值之積,得到對(duì)應(yīng)各指標(biāo)項(xiàng)的分?jǐn)?shù);第二計(jì)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(píng)價(jià)指標(biāo)及鉆井液處理劑性能評(píng)價(jià)體系,可以構(gòu)建鉆井液處理劑智能化評(píng)價(jià)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(hào)進(jìn)行查詢型號(hào)、樣品名稱、檢測(cè)的項(xiàng)目、檢測(cè)項(xiàng)目的評(píng)價(jià)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(bào)告計(jì)算出各個(gè)樣品的得分,導(dǎo)出到Excel。
其次,需要進(jìn)行質(zhì)檢樣品動(dòng)態(tài)智能評(píng)分,可按樣品名稱、型號(hào)、生產(chǎn)廠家、3 個(gè)時(shí)間范圍對(duì)審核通過并且合格的質(zhì)檢樣品進(jìn)行評(píng)分,然后進(jìn)行處理劑優(yōu)選智能評(píng)分,可按分類、樣品名稱、3 個(gè)時(shí)間范圍對(duì)審核通過并且合格的質(zhì)檢樣品進(jìn)行評(píng)分??刹樵?cè)u(píng)分排名、型號(hào)、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(cè)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(gè)樣品可顯示詳細(xì)評(píng)分表及不同廠家不同時(shí)間的評(píng)分變化折線圖,不同廠家不同時(shí)間的熵權(quán)法評(píng)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(píng)分柱狀圖。選擇一個(gè)廠家顯示詳細(xì)評(píng)分表,并顯示同廠家不同時(shí)間的加權(quán)得分和熵權(quán)法得分變化折線圖。
評(píng)分處理后需要進(jìn)行質(zhì)檢報(bào)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(hào)、生產(chǎn)廠家、樣品編號(hào)、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(bào)告,輸入修改的型號(hào),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(bào)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(hào),批量修改樣品名稱或型號(hào)。
最后,進(jìn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)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(píng)價(jià)。通過對(duì)鉆井液用處理劑的性能進(jìn)行綜合評(píng)分進(jìn)行同類但不同廠家、不同生產(chǎn)時(shí)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(píng)估的準(zhǔn)確度和工作效率。
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(rùn)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(rùn)滑劑的類型有很多,包括主成分為天然瀝青的潤(rùn)滑劑、主成分為脂肪酯甲酸的潤(rùn)滑劑,還包括主成分為乙氧化銨、聚丙三醇的潤(rùn)滑劑,將這些潤(rùn)滑劑進(jìn)行Green Lube 環(huán)保處理,綜合TR-1對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)定,此時(shí)潤(rùn)滑劑的性能測(cè)定結(jié)果具體見表1。
表1 潤(rùn)滑劑性能測(cè)定結(jié)果(測(cè)定溫度50 ℃)
由表1可知,這3種潤(rùn)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(shí)使用的潤(rùn)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(cè)試此時(shí)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(shí)間的增加,其粘稠度呈先增加后下降最后保持平衡的趨勢(shì)變化。使用上述選取的潤(rùn)滑劑對(duì)鉆井液的綜合影響進(jìn)行評(píng)價(jià),首先需要選取評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)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(píng)價(jià)體系,結(jié)合上述的處理過程,設(shè)計(jì)數(shù)字化智能評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算公式如下。
式(1)中,X為粘稠系數(shù);β為評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行后續(xù)的評(píng)價(jià)效果分析。
分別使用該文設(shè)計(jì)的鉆井液用處理劑質(zhì)量數(shù)字化智能評(píng)價(jià)方法和傳統(tǒng)的鉆井液用處理劑質(zhì)量評(píng)價(jià)方法對(duì)選取區(qū)域使用的鉆井液用處理器進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估,分別計(jì)算兩種評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)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(jì)的鉆井液用處理劑數(shù)字化智能評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值高,證明設(shè)計(jì)的鉆井液用處理劑數(shù)字化智能評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)效果較好,具有有效性。
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(duì)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(duì)鉆井液用處理劑進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)。該文構(gòu)建了鉆井液用處理劑數(shù)字化智能評(píng)估系統(tǒng),設(shè)計(jì)了新的數(shù)字化智能評(píng)價(jià)方法并進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,該數(shù)字化智能評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值較高,證明該評(píng)價(jià)方法的評(píng)級(jí)效果較好,具有有效性,有一定的應(yīng)用價(jià)值,可以作為后續(xù)鉆井液處理的參考。