斯倫貝謝用大數(shù)據(jù)剖析鉆井液對鉆井效率影響

油服公司斯倫貝謝（Schlumberger）最近完成技術(shù)研究，即從大數(shù)據(jù)分析角度，剖析鉆井液影響鉆井效率因素。

鉆井液對鉆井效率影響的大數(shù)據(jù)分析核心部分是“跨域數(shù)據(jù)分析”。研發(fā)人員雖然早已實現(xiàn)“跨域數(shù)據(jù)分析”整體流程優(yōu)化，但實施起來仍有挑戰(zhàn)性。因為數(shù)據(jù)往往分散在不同領(lǐng)域數(shù)據(jù)庫，調(diào)用十分復(fù)雜，需要研發(fā)人員的多領(lǐng)域?qū)I(yè)知識，才能得到正確結(jié)果。研發(fā)人員定義映射單元數(shù)據(jù)，包括位置、操作符和油井名稱，并統(tǒng)一“疊加”屬性。對接、澄清和處理的各種數(shù)據(jù)集，包含來自斯倫貝謝公司在全球數(shù)千口鉆井信息。

自2016年以來，斯倫貝謝公司開展各種鉆井工程數(shù)據(jù)的融合與互補工作。即將來自不同數(shù)據(jù)庫、不同細節(jié)描述層次的鉆井工程數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)間的融合與互補工作，進行“圖像化”處理。最終，數(shù)據(jù)在顯示屏上進行適當(dāng)排列和可視化處理，還通過各種工況環(huán)境的直觀過濾，實現(xiàn)數(shù)據(jù)深入分析目的。還有從《鉆井日報》的文本評論中，找出起鉆原因及起鉆風(fēng)險等信息。

研發(fā)人員以大數(shù)據(jù)方式，跟蹤鉆井作業(yè)過程中，因鉆具故障而非正常中止鉆進的工況。并且跟蹤鉆井中的井筒完整性措施執(zhí)行進展，非標(biāo)準(zhǔn)鉆進狀態(tài)，以及井眼鉆進作業(yè)。

研發(fā)人員著重跟蹤監(jiān)測實現(xiàn)鉆進總深度（TD）過程中出現(xiàn)問題，或者由于鉆井液性能導(dǎo)致的鉆井征兆與問題。監(jiān)測包括最小值、最大值和中值“聚合度量”。運用這些數(shù)據(jù)信息，進行更高級別的數(shù)據(jù)評估。研發(fā)人員詳細分析影響和因果關(guān)系的統(tǒng)計顯著性。根據(jù)數(shù)據(jù)，創(chuàng)建了幾個此類分析的示例，重點是美國主要油田的水基鉆井液與油基鉆井液對鉆井效率的影響。

研發(fā)人員所編制的工作流程與程序，已分析與解讀全球數(shù)萬口油井的大數(shù)據(jù)。分析成果有望提高鉆井效率和可靠性，最終減少運營商的油井總開支。2019年3月15日，斯倫貝謝和羅克韋爾自動化達成協(xié)議，將組建一家合資公司，合力打造全球第一家全集成數(shù)字油田自動化解決方案提供商，標(biāo)志著油服行業(yè)正加速擴充實力向數(shù)字領(lǐng)域進軍。

美企通過“示蹤劑”與“壓力干擾試井”結(jié)合方式進行試井診斷

美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校推出油田試井作業(yè)新技術(shù)。研發(fā)人員利用油井長期壓力數(shù)據(jù)，進行“干擾試井”的井底狀態(tài)診斷。此方法可以在低滲透油藏中，通過井下巖石裂縫觀察到井眼之間的連通情況。此外，還注入井下示蹤劑，參照井眼內(nèi)的壓力干擾數(shù)據(jù)，進行油井的試井作業(yè)。

此方法特別適用于作業(yè)人員在多個裂縫水平油井之間判斷井下連通情況。而且對于油田的加密井和“母子井”的試井作業(yè)更有優(yōu)勢。作業(yè)人員在美國南部二疊紀(jì)盆地油田的11個井場，使用示蹤劑，包括化學(xué)示蹤劑和放射性支撐劑示蹤劑進行測試。除此之外，還對各個井眼內(nèi)的壓力數(shù)據(jù)，進行井眼之間相互干擾的關(guān)系的分析。在實施過程中，作業(yè)人員編制了使用示蹤劑與進行壓力干擾分析的操作流程。其中壓力干擾數(shù)據(jù)，主要是取自多口裂縫水平井的井組現(xiàn)場的數(shù)據(jù)資料。

作業(yè)人員還利用監(jiān)測井的井眼內(nèi)壓力變化，以及井眼內(nèi)示蹤劑濃度的變化，來進行井下狀態(tài)的監(jiān)測識別，并且評估“源井”和“監(jiān)測井”之間的干擾程度。作業(yè)人員若是發(fā)現(xiàn)示蹤劑的回收率極低，以及井眼內(nèi)壓力響應(yīng)極其微弱，則認為兩口井之間沒有相通的巖層裂縫。此外，實踐證明作業(yè)中對于地下基巖的干擾是有效的。而且還可證明，利用井下示蹤劑和壓力干擾數(shù)據(jù)的組合，可以判斷兩口井之間，或者若干井之間的巖石裂縫通道的狀態(tài)。

作業(yè)人員根據(jù)現(xiàn)場情況，獨立決定施加壓力干擾的強度。而影響壓力干擾強度的因素，一是井眼內(nèi)對于施加壓力的響應(yīng)時間，二是注入井底的示蹤劑的恢復(fù)時間。以此決定采用有效的油藏模型。這一模型用以模擬開采過程中井眼之間的壓力干擾。此方法可用于優(yōu)化加密井方案，確定鄰井井距，以及在未來的油氣井診斷設(shè)計中確定壓裂作業(yè)后的地層裂縫尺寸。

現(xiàn)場人員認為示蹤劑與“壓力干擾試井”結(jié)合方法有兩個特點。

一是基于流體與支撐劑的示蹤劑測試。井眼內(nèi)的流體示蹤劑與壓裂支撐劑示蹤劑相比，則流體示蹤劑沿地層走得更遠。當(dāng)多口評價井進行壓裂作業(yè)期間，各個井眼之間的流體示蹤劑均由巖石裂縫完成回收。之所以壓裂井的流體示蹤劑回收率較高，主要原因是液體更容易通過業(yè)已存在的裂縫網(wǎng)絡(luò)流動。與過去已經(jīng)壓裂作業(yè)過的相鄰井相比，“拉鏈?zhǔn)綁毫丫敝g的“溝通性”會更好。其中原因很可能是經(jīng)過壓裂作業(yè)的油井，由于誘導(dǎo)性未支撐裂縫的“延時”閉合的作用所致。在“拉鏈?zhǔn)健眽毫炎鳂I(yè)時，作業(yè)人員觀察到A層位與B層位的支撐示蹤劑進行交換。

這就意味著兩者之間存在壓力連通。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因，可能是A層位與B層位之間的“隔離層”，在B層位油井作業(yè)時產(chǎn)生連通裂縫。此外，作業(yè)人員使用地層示蹤劑結(jié)果顯示，當(dāng)開展某批油井的壓裂作業(yè)時，這些油井中間以前經(jīng)歷過壓裂的油井，其作業(yè)后的裂縫就稍長一些，效果就稍好些。

二是考慮示蹤劑響應(yīng)的井眼中的綜合壓力響應(yīng)。在作業(yè)現(xiàn)場的井下層位中，使用支撐劑示蹤劑進行井眼之間交換的井，明顯與井眼之間的壓力傳遞形成同步。而這種壓力傳遞可能是由于支撐式壓裂作業(yè)過程中，在現(xiàn)場人員實施壓力干擾時間內(nèi)，裂縫保持開放狀態(tài)下形成的。作業(yè)人員在油層投產(chǎn)200天后，觀察井下的壓力傳遞狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)由井眼內(nèi)部的水示蹤劑數(shù)據(jù)獲得的干擾值，與井下壓力傳遞無關(guān)。這表明有可能油井開采期間，地層裂縫形成閉合。

現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)，從增強的流體示蹤劑和支撐示蹤劑所示，當(dāng)進行A層位與B層位之間的壓力傳遞干擾試驗期間，即在開采約200天后，未觀察到井下有示蹤劑交換現(xiàn)象。這表明兩個地層之間連接裂縫通道，由原來產(chǎn)生裂縫到后來裂縫閉合。其原因可能是支撐劑在裂縫中的沉淀造成的。這進一步證實了IU（誘發(fā)性非支撐）裂縫的存在和重要性。

Sanvean技術(shù)公司安裝“鉆機高頻監(jiān)測頭”提高鉆井效率

美國得州Sanvean技術(shù)公司近期推出鉆機高頻監(jiān)測技術(shù)，進行鉆機故障預(yù)測，提高鉆機作業(yè)效率。監(jiān)測包括鉆機的地面部分，井下部分鉆進動力學(xué)測量與分析。這項技術(shù)改善了對井下鉆具故障的預(yù)測水平，同時也加快了鉆井進度。

目前，北美生產(chǎn)的鉆機配備了電子數(shù)據(jù)記錄儀（EDR）系統(tǒng)，可以采集來自鉆機傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)。系統(tǒng)通常以低頻（0.1-1Hz）記錄鉆機地面設(shè)備的數(shù)據(jù)，從而使得識別井底可能發(fā)生的高頻故障變得更為困難。

研發(fā)人員為了更好掌握鉆井動力學(xué)信號沿鉆柱的傳輸特性，在鉆機“頂驅(qū)”設(shè)備的保護接頭里，嵌入“高頻鉆井動力學(xué)傳感器”。這樣可以在作業(yè)過程中進行采樣和連續(xù)監(jiān)測。傳感器記錄頻率為800Hz或1600Hz。與此同時，鉆機相關(guān)部件也以相同的高頻，對鉆頭、井底鉆具組合（BHA）和井架上面的“頂驅(qū)”設(shè)備保護器接頭進行監(jiān)測。安裝在鉆機各個位置的“高頻鉆井動力學(xué)傳感器”，不僅均配備了相同的硬件、軟件與驅(qū)動系統(tǒng)，還具備進行詳細的動力學(xué)信號分析功能。

美Sanvean技術(shù)公司改裝的鉆機，進行傳感器采集的高頻與低頻信息的整合。即合并了所有的鉆機本身發(fā)出的“高頻地面或井底鉆井動力學(xué)數(shù)據(jù)”，以及低頻EDR（故障記錄）數(shù)據(jù)。進而系統(tǒng)可以識別地面與井下的信號模式所反映的功能性障礙。安裝高頻監(jiān)測頭后的鉆機，不僅具備來自地面設(shè)備與井下的高頻傳感器，還有鉆機原來安裝的低頻地面鉆機監(jiān)測裝置。因此，可以用于鉆機故障的模式識別與分析。

系統(tǒng)可以分析井筒的垂直、位移、切線、曲線和橫向剖面，充分掌握鉆井動力從井下到地面，以及從地面?zhèn)鬟f到井下的全過程。研發(fā)人員發(fā)現(xiàn)，在相對較淺的鉆井深度里，近鉆頭處的故障先兆，可以通過地面?zhèn)鞲衅魉杉母哳l橫向振動信號展現(xiàn)。即使鉆頭鉆到較深井段，作業(yè)人員也會經(jīng)地面?zhèn)鞲衅鳈z測到鉆具的旋轉(zhuǎn)速度，以及井底的沖擊與振動特征。研發(fā)人員在鉆機所在井場的地面與井底，設(shè)計安裝有相同的“高頻鉆井動力學(xué)傳感器”。

這些傳感器的特點，是擁有相同的軟件、硬件，以及驅(qū)動系統(tǒng)。因此，其采集與傳輸?shù)男盘栆彩窍嗤?。這項鉆機改裝，不會產(chǎn)生通常鉆機升級改造時形成的風(fēng)險，即不會由于安裝不同的傳感器，或不同的信號處理系統(tǒng)，而導(dǎo)致信號被錯誤解釋的風(fēng)險。