鉆井實時進度跟蹤分析系統構建研究

溫馨　謝寅溥　張果　羅月

[摘 要]文章針對人工統計鉆井時效的方法存在耗時費力，不夠精確，缺乏自動性、實時性和結果量化性不強等問題，開發了基于井筒工程大數據的鉆井進度跟蹤分析系統，通過對比分析鉆井設計數據和實鉆數據，實現了地層分層、井身結構、鉆井液密度、鉆井進度等參數對比分析，能夠及時了解鉆井施工進度動態、時效分析以及鉆井風險動態提示。在鉆井過程中及時跟蹤鉆井進度，并進行時效分析，有助于鉆井技術人員科學合理地分析鉆井施工時間是否處于最佳狀態，優化鉆井施工方案，提高鉆井作業生產效率，同時鉆井動態風險預警輔助現場鉆井作業，為遠程決策提供技術支撐。

[關鍵詞]鉆井進度;鉆井時效;鉆井決策;風險預警

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2021.04.042

[中圖分類號]F270.7;TP315[文獻標識碼]A[文章編號]1673-0194（2021）04-00-03

0 ? ? 引 言

隨著信息技術和網絡通信技術的發展，鉆井數據庫能夠推動智能鉆井發展，提升工程技術水平和管理水平等。國內石油行業中最早開展數據庫研究的是鉆井專業，通過多年的建設，形成了具有統一規劃、數據編碼規范、數據資源共享的鉆井數據庫，解決了信息孤島、系統與系統之間數據無法共享的難題，減輕了現場數據填報的負擔，加快了數據化井筒建設進程。基于規范數據庫構建的鉆井進度跟蹤分析系統，具有鉆井工程數據采集、傳輸、審核、入庫、進度分析、風險預警等功能[1]。

1 ? ? 系統流程

在鉆井大數據中提煉出有用的信息并及時準確地傳遞給現場鉆井工程師和基地監控中心，以此制訂工程優化方案，并實時優化鉆井作業過程。應用大數據挖掘技術，可以清洗、歸類、整理和抽取鉆井工程的有用信息，為優化設計、優化施工井段、故障復雜預警等提供真實有效的數據支撐。應用可視化技術將數據挖掘成果轉化成各類分析圖形和圖表，有助于揭示數據的內在關系和規律，使數據更好地應用于實際。鉆井作業現場采集實時數據和動態數據，數據經審核后入庫，錄井實時數據在遠程監控中心實時展示，監控人員及時掌握井場動態，應用數據挖掘技術深度分析數據，提煉信息形成鉆井知識庫，為鉆井知識庫和鉆井進度跟蹤系統提供數據支撐，系統自動進行進度分析、時效統計和風險預警，幫助管理人員制訂鉆井工程決策方案，輔助現場鉆井作業。其中，鉆井數據應用流程如圖1所示。鉆井大數據應用已形成了鉆井信息與知識的閉環管理模式，這種應用模式對鉆井數據的集成整理、深度分析和加工利用，已成為油氣田企業增值服務和智能化轉型必不可缺的技術工具。

1.1 ? 鉆井數據庫建設

想要涵蓋全井筒相關專業，并實現數據一體化管理，相關企業的數據庫主體技術框架設計應由兩條主線構成：第一條主線以井的生命周期為主線，通過這條主線，詳細描述井的物理屬性，并將井的各種物理變化數據通過井進行有效串聯，以充分滿足成果數據的管理需求;第二條主線以作業為主線，把圍繞井筒的鉆井、錄井作業事件進行有效關聯，通過關聯把井筒工程的各個專業數據緊密地整合在一個數據庫中，最大限度地擴充井筒工程的數據庫，同時提高數據庫的靈活性，以滿足各專業的數據需求。

1.2 ? 鉆井數據采集

鉆井數據主要包含鉆井設計數據和鉆井工程數據集。基于鉆井數據庫建立的鉆井設計系統，充分吸收多年來的鉆井設計經驗，深度挖掘鉆井成果以支撐鉆井設計。跨專業應用錄井成果和測井數據成果資料來指導鉆井設計，并整合鉆井新技術、新成果、新算法，進而有效提高鉆井設計的質量。鉆井設計數據全部結構化，并存儲在鉆井數據庫中，為鉆井工程分析奠定數據基礎。基于鉆井數據庫建立的鉆井數據采集系統包含基礎數據、井身結構、鉆具組合、鉆井液、井控數據等全部鉆井作業活動采集模塊，具有自動生成鉆井井史和鉆井數據報表的功能，可實現鉆井數據規范采集和數據實時共享。鉆井數據采集系統自動向中石油統建系統推送數據，能夠確保數據的完整性、唯一性和規范性，避免數據重復填報，減輕了現場人員數據填報的工作量，提高了數據質量和數據利用率。

2 ? ? 系統構建

通過對鉆井設計數據和錄井實時數據的對比分析，能夠實現鉆井進度跟蹤和時效統計分析，便于企業及時了解鉆井施工進度動態。分析方法應滿足現場需求，首先進行鉆井進度分析，實現地層分層、井身結構、鉆井液密度、鉆井進度等參數設計和實鉆數據的對比分析;再根據鉆井日報工序進行鉆井時效分析，應用圖示化工具展示全井生產時效和非生產時效的分布比例圖。量化故障類型和非生產時間的占比，根據時效分析結果進行鉆井風險提示，分析復雜情況及事故的原因和處理措施[2]。同時自動提示本井和鄰井已發生的故障和時效分析結果，為下一步鉆井作業進行風險提示和鉆井方案指導，實現安全、快速鉆井的目標。其中，圖2是鉆井進度分析系統流程。

2.1 ? 鉆井進度分析

根據鉆井工程設計、地質設計、錄井動態數據、鉆井動態數據、實時數據，建立鉆井進度實時分析模型。①將鉆井實時數據和設計數據進行對比分析，對比結果存在兩種情況。情況一：實鉆數據與設計數據相吻合。證實鉆井設計科學合理，對現場鉆井作業具有較強的指導作用，且鉆井施工作業嚴格執行設計方案，符合預期效果。根據當前鉆井進度，分層位、分作業階段推送施工方案、鉆井措施，自動繪制待鉆井段計劃進度曲線，對計劃鉆井段的施工具有指導意義，有助于控制施工周期、及時調整施工進度。若地質層位不變，鉆井設計進度與實際進度差異較大，說明本井存在鉆井提速空間，系統自動推送優化的鉆井施工措施、預估鉆井進度，評估實鉆進度與設計進度存在的偏差。情況二：實鉆數據與設計數據相差較大，說明實際地層發生了變化，可能面臨地質重構。系統及時發出提示，需要重新調整施工方案，以應對地層的變化。鉆井措施調整后，系統根據鉆井知識庫，推送新的鉆井決策方案，指導下一步鉆井作業，形成新的鉆井進度分析模型，并在系統中記錄調整后的鉆井措施，分析與原設計措施存在的差別，為相同區塊的下一步部署提供設計參考和依據。②實鉆數據與鄰井對比、與歷史指標對比。通過實鉆數據與鄰井及歷史指標井數據的對比，實時掌握本井施工進度的情況，找出鉆井進度的差異點，進而分析差異原因，以便及時調整施工措施和施工參數，為計劃鉆井的施工點提供參考。通過與鄰井施工進度進行實時對比，方便管理者開展與鄰井的對標競賽，激勵鉆井工程師進一步優化鉆井方案、施工參數，形成良性競爭，促進鉆井作業提速提效。

利用鉆井實時進度跟蹤分析系統，有助于鉆井工程師分析井深、層位及施工參數與鉆井時效關系，及時調整和修改施工方案，實現鉆井提速提效。實時跟蹤鉆井作業過程，開展鉆井進度跟蹤分析，根據實時進度，不斷優化鉆井措施，達到大數據指導鉆井作業的目的。提速提效是鉆井工程長期關注的主體，提高鉆井速度不僅是提高機械鉆速，也是改進設計、提升管理水平重要體現。其中，單井鉆井進度跟蹤曲線能夠查看實鉆進度成果與設計進度的符合程度，并將同一構造、同一區塊的多井鉆井的平均進度曲線組合到一張曲線圖中，對鉆井進度進行直觀分析，以及時共享鉆井經驗和工程信息，如圖3所示。進度跟蹤分析曲線圖具有一些共同的特征：①深井鉆井過程中隨鉆井深度的增加而逐漸減小，井深5 000 m以下鉆速出現明顯的降速拐點;②深井鉆井進度曲線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 ? 鉆井時效統計分析

進行鉆井時效分析首需正確劃分鉆井時效。按照石油天然氣行業標準，鉆井工作總時效等于生產時效加上非生產時效。鉆井時效主要劃分為進尺純鉆時間、進尺其他時間、循環時間、固井時間、輔助時間、停工時間、復雜時間。鉆井工程日報中增加了鉆井工序狀態數據標簽，現場工程師可以判斷測井、固井、輔助時間和事故復雜情況等工況，并在鉆井數據采集系統中錄入時間段、工序及作業內容，實現鉆井時效數據的規范采集。鉆井進度分析系統采用餅狀圖和數據表的形式展示鉆井時效分布，實現鉆井時效的自動統計。其中，時間餅狀圖中顯示各類時間的小時數和所占時間百分比，時效分布隨著每日鉆井動態數據增加而自動更新顯示。非生產時間中的復雜情況和事故是影響鉆井時效的關鍵因素。

2.3 ? 鉆井風險分析

鉆井風險分析模塊可以實現本井鉆井工程設計風險提示、本井已發生的故障提示、鄰井已發生的故障提示。①鉆井工程設計風險提示。鉆井工程設計數據均為結構化數據，自動提取本井鉆井設計中的風險提示，快速查詢本井的設計風險提示，改變了以前工程技術人員需要反復查閱設計文檔的方式，節省了時間，為生產技術管理和遠程支持決策提供了技術支持。②本井已發生的故障提示。以時間為主線，在鉆井進度曲線上以圓點為標記依次顯示本井已發生的故障記錄。鉆井故障主要劃分為復雜、井漏、溢流、事故，并以不同顏色表示以便直觀區分。該故障記錄詳細記錄了故障發生時間、故障類型、發生經過和處理結果等信息，為下一步開展鉆井作業提供風險提示。③鄰井已發生的故障提示。隨著本井鉆井深度加深，以當前井深為中心，系統自動掃描同區塊同層位、同井段的鄰井故障復雜記錄，分析鄰井發生的事故原因，對本井鉆井作業具有重要的參考和指導作用。鄰井故障提示是鉆井施工過程中的重要提示，得到了鉆井人員的密切關注，需要他們及時調整鉆井工藝措施，以規避相關風險。鉆井風險分析模塊主要通過對發生的異常鉆井參數進行系統描述，將異常參數轉換為風險事件進行管理，從井深、時間、事件類別、事件類型、可能性、嚴重程度和過程描述等方面進行記錄、分析和總結，以發揮異常參數的警示和潛在風險提示作用，并借此優化鉆井施工方案，達到避免復雜事故發生、提高鉆井時效的目的。

3 ? ? 現場應用

本研究通過挖掘和利用鉆井工程數據，采用鉆井設計、綜合錄井和鉆井工程等數據自動統計鉆井時效的方法，構建了鉆井進度跟蹤分析系統。該系統在某油田公司鉆井現場推廣應用，有助于實時分析鉆井生產效率和鉆井施工周期，并提出合理性的改進建議。現場技術人員實時分析鉆井作業效率，識別潛在的損失時間，有利于提高生產效率，分析已鉆井段施工過程中的非生產時效，掌握不同非生產時間影響鉆井時效的程度，為優化下部井段施工方案提供參考，豐富現場技術分析手段。

主要參考文獻

[1]錢浩東，溫馨，甘紅梅，等.井筒工程“大數據”的建立與應用實踐

[J].鉆采工藝，2019（2）：38-41.

[2]張繼軍.鉆井時效隨鉆統計分析系統研發與應用[J].錄井工程，2018（3）：82-87.

[3]汪光太，關岳，高魁旭，等.鉆井歷史數據分析利用的新視角與啟示[J].石油工業技術監督，2013（11）：19-23.