张继军
中国石油长城钻探工程有限公司录井公司
中图分类号: TE132.1
文献标识码: A
收稿日期: 2018-08-9
网络出版日期: 2018-11-06
版权声明: 2018
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作者简介:
作者简介：张继军 工程师,1983年生,2011年毕业于西南石油大学油气井工程专业,现在长城钻探工程有限公司录井公司从事录井实时钻井风险评价技术研发与推广工作。通信地址:124010 辽宁省盘锦市兴隆台区77号。电话:(0427)7822336。E-mail:jjz.gwdc@cnpc.com.cn
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摘要
针对目前人工钻井时效统计方法存在耗时费力,不够精确,缺乏自动性、实时性和结果量化性不强等问题,基于综合录井高频数据自动分析钻机状态,结合人工观察记录低频数据,研究开发了钻井时效随钻统计分析软件系统。通过现场挂接综合录井仪和地质数据采集仪,随钻提取各项录井实时数据,实现了钻井时效自动统计和精确计算、时效分析结果实时量化展示。现场应用表明,依靠钻井时效随钻统计分析系统可以实现现场钻井时效实时自动统计分析,有助于钻井技术人员更科学合理地分析当前钻井时效是否处于最佳状态,提升施工方改进和优化钻井施工方案的能力。
关键词：
钻井时效通常是指钻井生产中各种作业工况的时间及其所占钻井工作总时间的百分比。在钻井过程中,钻井时效是反映钻井施工状况的重要数据资料。目前现场技术人员根据钻井日报分析钻井时效,找出技术优势、存在的问题和差距,寻求提高钻井水平、加快钻井速度的对策[1]。由于钻井日报多为人工填写的观察记录,存在耗时费力、不够精确等问题,导致钻井时效无法实现随钻统计分析,缺乏实时性和自动性,结果量化性不强,无法充分发挥钻井时效对于钻进过程中优化生产组织和技术支持的应用价值。为了解决上述问题,设计开发了钻井时效随钻统计分析系统,在现场挂接综合录井仪和地质数据采集仪,随钻提取各项录井实时数据,实现了钻井时效自动统计和精确计算,时效分析结果实时量化展示,有助于钻井施工方降低非生产时间,提高钻井施工效率。
为了实现钻井时效随钻实时统计分析,需要根据可获取数据的特征设计满足自动性、准确性和实时性的统计分析系统流程[2]。目前可获取的数据主要有两类,分别为综合录井数据和地质录井数据。综合录井数据的优点是采集频率高,最小记录间隔为秒级,可以实时自动识别钻进、划眼、起下钻等动态钻井工况,缺点是无法识别测井、固井等持续时间较长的静态工况;地质录井数据(主要指其中的钻井工况日志)优点是能够同时记录动态和静态钻井工况,缺点是采集频率低(最小记录间隔是15 min)、误差大、实时性差。为此,采用综合录井数据和地质录井数据相结合的方式,可最大程度上实现钻井时效随钻实时统计分析。 图1为钻井时效随钻统计分析系统流程,分为数据采集和数据分析两部分[3]。
实时采集综合录井数据和地质录井数据,分析两种数据记录时间戳,确定开钻时间作为两种数据统计分析的统一起始时间;通过截取综合录井数据实时判断动态工况、提取地质录井数据中钻井工况日志判断静止工况;按照时间序列对比分析,同时校准每个工况开始时间和结束时间,形成合并的工况记录,用于后续的钻井时效数据分析。
通过采集综合录井数据和地质录井数据,完成数据采集并进行后续数据分析。分析方法应该满足现场需求,首先进行钻井时效分析,主要统计全井时效、非生产时效、生产时效;其次基于钻井时效分析结果进行非生产时效分析,主要量化非生产时间种类和占比;再次根据非生产时效分析结果进行钻井风险分析,主要是描述复杂情况及事故的原因和处理措施;最后基于以上分析结果进行钻井施工进度分析,主要是整体展示影响施工进度的因素。
系统采用C/S架构模型,分为数据采集、处理、存储和可视化4部分。数据采集部分连接综合录井仪和地质数据采集仪两种数据源,实现对统计钻井时效所需数据的实时采集,并具备自动续传功能;数据处理部分实现对数据实时处理,包括依靠综合录井数据自动判断动态工况、依靠地质数据(钻井工况日志)识别静态工况、对动态和静态两项钻井工况记录合二为一,并统计生成实时钻井时效;数据存储部分将数据处理结果存储在随钻钻井时效数据库,便于提取和利用;可视化部分根据数据分析方法实现对钻井时效统计分析结果实时展示(图2)。
根据钻井时效随钻统计分析系统流程图和系统架构图,该系统设计了实时数据接收和导入模块、钻机状态自动分析模块、钻井时效自动统计模块、钻井风险分析描述模块和钻进施工进度分析模块共5项功能模块,主要功能分述如下。
2.2.1 实时数据接收和导入模块
按照数据产生的频率分类,钻井现场能够获取的钻井工况实时数据分为两种:一种是通过综合录井仪传感器实时自动测量的高频数据,另一种是依靠人工记录输入的低频数据。如图3所示,实时数据接收和导入模块的主要功能是实时获取高频数据和低频数据。综合录井仪以秒级自动采集井深、钻头位置、立管压力、悬重、转盘转速、大钩高度等数据,可以通过截取网络端口或直接读取数据库的方式实时获取综合录井高频数据。现场录井技术人员以规定的最小统计时间分辨率(一般为15 min),描述现场钻井工况并记录到地质数据采集仪的数据库系统中,可以通过授权登录或文本导入方式获取地质数据采集仪的数据库中低频钻井工况记录数据。利用综合录井高频数据可以实现钻机状态自动分析判断,使部分钻井工况时间统计精确到秒级。通过自动分析判断识别的钻井工况与地质数据采集仪中人工记录的钻井工况记录比较可知,一方面自动分析判断钻井工况可以校验人工记录的钻井工况时间,提高人工记录钻井工况时间精度,另一方面人工记录的钻井工况可以补齐综合录井仪无法自动识别
的测井、固井、辅助等钻井工况。
2.2.2 钻机状态自动分析模块
通常情况下,钻井过程中现场技术人员通过观察钻机运行情况人工判断和记录钻机状态,根据钻机状态统计相应钻井工况时间。现场区分不同钻井工况最小统计时间分辨率是15 min,对于单井钻井工况时间分析工作, 15 min分辨率的钻井时效评价结果存在较大误差。为此部分钻井状态可改由综合录井仪自动识别,以降低人工判断和记录钻机工况误差。但是通过观察发现这些自动识别的钻井状态信息存在不准确或缺失问题,制约了录井数据在钻井时效实时分析技术中的应用,造成现有钻井时效分析仅依靠钻井日报数据,无法满足钻井时效分析自动性、实时性和高精度要求。为解决该问题,系统设计了钻机状态自动分析模块,将钻机活动分为大钩移动、转盘旋转、钻井液泵开关、钻头接触井底和坐卡瓦5种基本作业活动,根据井深、钻头位置、转盘转速、立管压力和大钩载荷等综合录井参数实时判断钻机活动,如图4所示。通过上述作业活动的组合可以全面动态监测钻机状态,实现钻机状态自动分析判别。
2.2.3 钻井时效自动统计模块
要做好钻井时效分析,主要是对时效进行正确划分。按照石油天然气行业标准[4],钻井工作总时效等于生产时效加上非生产时效。钻井时效自动统计模块的功能主要是实现钻井过程中钻井时效的自动统计,其中动态工况可以根据钻机状态自动分析结果进行计算,为实现自动实时分析,对综合录井时间数据增加了钻机状态数据标签,对每种钻机状态分配识别码,并将钻机状态标识码和时间数据按照井场数据传输格式封装发送至钻井时效自动统计模块,用于统计各个动态工况的起始时间、结束时间和时间类别,实现钻机动态工况时间自动计算统计[5];对于依靠钻机状态自动分析不能判断的测井、固井、辅助时间和事故复杂情况等静态工况可以利用人工观察记录进行补充,将钻机状态分析结果无法确定的工况时间段与人工观察记录进行时间比较,通过时间检索补齐全部钻井工况起始时间、结束时间和时间类别,从而完成钻井时效随钻统计分析系统钻井时效数据的完整自动统计。图5为钻井时效自动统计界面。
2.2.4 钻井风险分析描述模块
非生产时间中的复杂情况和事故是严重影响钻井时效的关键因素[6]。钻井风险分析描述模块主要是通过对发生的异常钻井参数系统描述,将异常参数转换为风险事件进行管理,从井深、时间、报告类型、事件类别、事件类型、机理、可能性、严重程度和详细描述等方面进行记录、分析和总结,发挥异常参数的警示和潜在风险提示作用(图6),并借此优化钻井施工方案,达到避免恶性事故发生、提高钻井时效的目的。
2.2.5 钻进施工进度分析模块
钻进施工进度分析模块主要是实时显示井深和累计施工天数关系,包含钻进施工进度曲线、风险时间、地层信息和施工参数等要素。该模块从地质数据库中提取整米数据实时绘制钻进施工进度曲线,并提取地层分层数据和施工参数实时绘制层位剖面及施工参数信息曲线,如图7所示。利用实时钻井施工进度图有助于钻井技术人员分析井深、层位及施工参数与钻井时效关系,最终为钻井施工方改进优化钻井措施提供依据。
辽河油区X井是风险预探水平井,设计导眼井井深3 695.9 m,水平段侧钻点3 080.0 m。该井施工难度大,设计施工周期长,利用该软件系统随钻统计分析钻井时效,有助于实时掌握钻井生产效率和技术支持对钻井施工周期的影响,提出合理性改进建议。
通过精细统计起钻作业时间,评价起钻作业效率,减小起钻过程潜在损失时间。如图8所示,对起钻时效进行精细分析,将设计、实际操作时间和最佳表现(根据施工队伍历史作业统计数据得出)进行对比,总结出设计和实际偏差以及最佳表现和实际偏差,得出操作改进建议。实际起钻时间比设计多114 min,主要影响因素是实际起钻速度慢于设计;实际起钻时间比最佳表现多172 min,主要影响因素是实际起钻速度慢于最佳表现且实际接单根时间多于最佳表现。建议在起钻之前充分清洁井筒,保证起钻过程顺利,提高起钻速度;对操作人员进行接单根操作训练,提高接单根操作熟练程度,减小接单根时间。
通过统计非生产时间,分析导致非生产时间的原因,有针对性地提出降低非生产时间的措施。2017年10月25日至2018年3月8日实时钻井时间统计结果如图9所示,利用软件系统完成非生产时效统计分析,可以发现非生产时间占用100.5 h。通过对非生产时间和原因进行统计分析,量化总非生产时间、井筒问题非生产时间、钻机故障非生产时间和井下事故非生产时间(图10)。全井非生产故障时有发生,例如:在地层1处多发井筒问题,导致非生产时间增加,原因是地层1处为泥岩,存在缩径复杂情况,造成频繁划眼通过,建议在下步井段钻进过程中提高钻井液抑制性,降失水;在地层2处多发井下事故,原因是深部地层岩石硬度强,导致牙轮磨损严重,机械钻速过慢,建议选用适合地层2处的PDC钻头钻进;钻机修理时间56 h,建议增加钻机保养次数;二开测井过程中地层原因导致的测井遇阻划眼时间、测井仪器落井打捞时间占比较大,建议后续施工过程中测井前做好通井工作。
与传统完井后统计钻井时效相比,随钻统计分析钻井时效更有助于现场技术人员实时分析钻井作业效率,识别潜在的损失时间,提高生产效率,分析已钻井段施工过程中非生产时效,掌握不同非生产时间影响钻井时效程度,为优化下部井段施工方案提供了参考,丰富了现场技术分析手段。
本文通过对钻井现场数据的挖掘与利用,研究了利用综合录井数据和钻井操作描述等数据自动统计钻井时间方法,解决了综合录井仪工况数据不准确或缺失问题,降低了依靠人工观察统计钻井时间误差,实现了钻井时效随钻统计分析,在研究和应用的过程中取得如下认识:
(1)在钻井过程中评价钻井时效,有助于科学合理地分析钻井施工时间是否处于最佳状态,协助钻井技术人员分析生产效率和技术支持决策。
(2)发挥综合录井数据采集高频、实时性技术优势,升级现有依靠钻井日报数据分析钻井时效方法,建立实时钻井时效自动统计工作流程,可以提升施工方钻井优化能力。
(3)基于实时数据的钻井时效分析方法,应该在数据接口兼容性方面继续增强,满足现场对不同仪器型号和不同钻井日报时间格式提取的要求。
The authors have declared that no competing interests exist.
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钻井时效分析在提高钻井速度中的作用 [J]. |
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