模糊物元方法评价区域漏失分布特征

侯 冰 陈 勉 朱 静

（1.中国石油大学，北京 102249；2.沈阳工业大学，辽宁沈阳 111003）

钻井及完井作业过程中发生的井漏问题是一项隐蔽的地下工程，存在着大量的模糊性、随机性和不确定性问题。判断漏失的方法通常是通过统计前期漏失地层的地层岩性、漏失工况及漏失通道，从而分析地层漏失原因［1-2］，也可以结合地层力学与物理性质判断漏层特性［3］。经验丰富的钻井工程师通过实钻过程中的钻井和地质信息，例如排量、循环时差等参数综合判断漏失地层的特性［4-5］。随着成像测井技术的发展，通过常规电阻率测井资料结合成像测井资料也可以判断漏失层段及其漏失特征［6］。近年来提出通过数学方法统计漏层特征，根据漏层特性参数间的相互不确定性，利用模糊识别方法预测实际漏层与临井理想漏层的接近程度，可钻前预测不同漏失层位的漏失风险［7］。国外学者主要是采用专家诊断系统，结合钻前的地层裂缝特征和钻井过程中的钻井参数信息诊断漏失风险［8］。这些漏失评估方法主要是针对特定漏失层位进行分析，考虑漏失特征参数主要集中在钻井参数和裂缝特征上。由于裂缝性地层应力敏感性较强，更加需要对构造和应力场特征加以重点分析，尤其是对油田区块的区域性漏失特征评估时，地质特征、钻井工艺技术和钻井液性能等都对地层漏失有较大影响，这时影响漏失的因素更多而且各因素之间的关联性更加复杂，这就需要借助更加有效的数学模型对漏失影响因素进行有效识别，并对不同区域的漏失特征进行综合评价和风险预测。

模糊物元方法是结合模糊数学和物元分析方法消除事物的模糊性和众多影响因素间的不相容性，从而对事物特征进行综合评价的新方法。以塔中Ⅰ号断裂构造带为例，采用模糊物元方法建立起基于欧氏贴近度的漏失模糊物元分析模型，该模型采用反映评价指标特征值之间差异性的参数作为评价漏失指标的权重，减少了权重确定的主观性，通过对塔中Ⅰ号断裂构造带上4个不同位置的典型漏失井进行分析，漏失预测结果与实际情况吻合，验证了该模型的有效性，为不同区域的漏失风险分析提供了参考。

1 影响漏失安全因素及评价指标

塔中1号坡折带是塔里木盆地一个非常重要的油气聚集带，该区碳酸盐岩储层裂缝溶洞发育，漏失溢流等状况严重影响钻井安全。将塔中地区引起漏失的主要原因归纳为地质因素、钻井工艺因素和钻井液性能3类因素，然后对每类因素进行细致区分，得到钻压、密度等共17个评价指标（图1）。

图1 漏失安全评价因素

2 区域漏失特征模糊评价方法

不同漏失评价区域的评价体系M有n项评价指标c，与其相对应的模糊量值分别为μ，以有序三元组R（M,c,μ）作为描述漏失区域的基本元，简称物元。在塔中Ⅰ号断裂构造带上4个不同区域分别选择一口发生漏失事故的井，将看作漏失安全评价的不同体系Mi（i=1, 2, 3, 4），分别对应 TZ27、TZ72、TZ35和TZ2井，利用模糊物元方法对漏失指标体系进行漏失评价，根据选取4口井的实际漏失情况，统计出每种指标的实测数据进行模糊物元分析，具体评价指标取值见表1。

表1 漏失安全评价指标及取值

根据模糊物元理论和漏失评价指标体系，建立区域漏失评价模型的计算步骤。

步骤1：将表1中每口漏失井作为物元中的事物，各漏失指标作为物元中的特征，可以构造漏失复合物元

步骤2：根据步骤1所确定的复合物元计算漏失指标的从优隶属度，根据漏失地层评价指标的技术特点，漏失指标性质以不同符号表示：“↑”表示越大越优型；“↓”表示越小越优型；“↔”表示适中型指标，适中指标Xij采用蓝色字体表示。

越大越优型的漏失评价指标

越小越优型的漏失评价指标

适中型的漏失评价指标

式中，uij指隶属度；Xij为第M区域第i项指标对应的量值；maxXij、minXij分别为各区域评价体系中每一项评价指标所有量值中的最大值和最小值。

步骤3：根据所评价的体系中的最大值或最小值确定最优方案模糊物元，这里仅取最大值组成标准体系的模糊物元，即

步骤4：根据式（5）计算各井的评价指标与标准状况指标之间差的平方值Δij，得到差平方复合模糊物元RΔ，即

步骤5：采用反映评价指标特征值之间的统计参数——变异系数作为评价指标的权重［7］，计算每个漏失评价指标权重，得权重复合物元Rw

步骤6：根据式（6）计算漏失评价的欧氏贴近度RρH，得到

式中，ρHi为第i个漏失评价体系与标准体系之间的相互接近程度。ρHi值越大，表示第i个漏失体系与标准漏失体系越接近；反之，则表示与标准漏失体系相差越远。

由于影响地层漏失因素的复杂性和多样性，所给出的判断矩阵不能保持完全一致，有必要进行一致性检验，为此计算判断矩阵偏离的一致性指标机一致性比断矩的最大特征根；n表示判断因素的个数；RI表示平均随机一致性比率。若随机一致性比率CR＜0.10，则认为判断矩阵具有满意的一致性；否则，应该调整矩阵的元素取值。

3 评价实例

利用上述方法对塔中Ⅰ号断裂构造带4口井的评价指标进行分析，最终由式（6）计算得到4口井的欧氏贴近度结果为

对计算结果进行一致性检验，CR=0. 083，小于0.10，说明计算的结果能够满足评价的真实性。通过统计上述4口井钻井日报中记录的漏失情况，得到每口井实际目的层段的漏失量见表2。

表2 4口井漏失情况统计

从表2可看出,每口井的全井漏失量基本与欧氏贴近度成正比。同时对这4口井所在区域的多口井漏失情况进行了统计，每个区域的漏失情况也与欧氏贴近度基本相符。由此可见，用模糊物元方法对不同区域的漏失情况进行安全评价是可行的。

4 结论

（1）应用模糊物元方法对各项漏失特征参数进行物元分析和综合评价，可以较为准确地评价不同区域地层的漏失状况，为区域地层漏失状况钻前预测提供新思路。

（2）所选区域的特征参数综合考虑原始地层构造特征、钻井参数、钻井液性能，预测结果与漏失统计数据相符，具有一定准确性。

（3）区域漏失物元分析模型操作性强，能够减少人为主观因素，便于形成工程操作软件指导钻井方案设计。

［1］侯冰，陈勉，卢虎，等.库车山前下第三系漏失原因分析及堵漏方法［J］.石油钻采工艺，2009，31（4）：40-44.

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