钻井历史数据分析利用的新视角与启示

汪光太 关 岳 高魁旭 吴 虹

中国石油勘探与生产工程监督中心 （北京 100083）

随着现代计算机和网络通信技术的发展，钻井数据库在推动钻井行业提升管理水平和技术进步方面起着日益重要的基石作用。国内石油行业中最早开始数据库应用研究的专业领域就是钻井工程[1]，目前在各油气田应用的钻井数据库早已由单机版发展到了网络版，以钻井数据库为基础的钻井信息管理系统已完全具有钻井生产实时数据采集、数据审核、数据传输、数据交汇入库、原始数据直接利用等功能。

原始数据直接利用主要体现在对钻井历史数据的自动查询、检索和简单统计方面，而简单统计往往只注重与绩效有关的绩效指标数据的统计，这些原始数据的直接利用提高了生产数据的传递速度和数据共享的辐射能力，改进了办公效率，为钻井生产计划统筹安排、实时调度、物资采购和后勤保障、新井设计参考起到了一定的支持作用。

与国内钻井数据的开环利用状态相比，国外油公司和跨国石油技术服务公司已形成并采用钻井数据信息与知识的闭环管理模式，如图1所示，这种创新的数据利用模式，强化对原始数据的集成整理、深度分析和加工利用，已成为油企增值管理服务不可或缺的有效工具。

对钻井历史数据采用数据挖掘技术进行数据深度分析和加工是构建钻井数据、信息和知识闭环管理模式的关键。由BP石油公司与斯伦贝谢公司合作研发的无风险钻井技术NDS（No Drilling Surprises）技术就是这种数据管理模式的典型范例。NDS技术的核心理念就是从获得的所有数据中提炼出有用的信息并及时有用的信息并及时准确地传递给所需要的人[2]，以此作出计划决定和调整施工设计来实时优化钻井作业过程。

图1 钻井数据应用和加工流程

从钻井历史数据中提取有用信息，往往离不开数据挖掘技术，数据挖掘技术就是要从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的数据中提取隐含在其中的有用信息和知识的过程。目前对数据挖掘方法已开发了许多计算方法[3]，只是计算起来非常繁琐，但若采用数据可视化挖掘方法就可克服这方面的弱点，通过把数据库中的大量数据转化为可视的各种图形，可增加比图表和文字更强大的功能，有助于揭示数据的状况、内在关系和规律等，使用户对数据“看”得更清晰、直观。在实际工作中，采用可视化方法对钻井历史数据进行集成整理分析过程中，不难得出对改进设计、优化施工井段、优选处理流程等方面起指导和辅助决策作用的信息，下面就从深井钻井进度和深井事故统计的可视图形中，深度剖析隐含其中的信息，以得出指导钻井作业的有益启示。

1 深井钻井进度曲线图及特征分析

通常一口井完井后，都会绘制如图2所示的单井设计钻井进度与实钻进度对比图，如把实钻进度曲线上各点的斜率定义为视行程钻速，视行程钻速的大小就决定了钻井进度的快慢。实际上如钻井时间横轴以小时数来记录划分钻井作业时，进度曲线上各点的斜率就等于行程钻速，如钻井时间横轴以天数来记录划分钻井作业时，在辅助作业时间很短情况下视行程钻速可看作近似等于行程钻速。

图2 单井设计钻井进度与实钻进度对比

提速、提效是钻井工程长期关注的主题，提高视行程钻速就有助于“双提”，提高视行程钻速不能仅指望于提高机械钻速，改进设计、提升管理也是非常重要的方面。单井的实钻进度曲线只能看出实钻绩效成果及设计的符合程度，从中不易发现有用信息。

可把同一油田(或同一构造或同一区块)钻井日期相近的多井钻井进度曲线组合到一块组成曲线图，如采用协同管理，拥有并充分利用统一的数据信息交流平台，及时共享经验和技术，那么钻井进度曲线图应相对收敛，如图3中B油田实际钻井进度曲线图所示。

图3 B油田实际钻井进度曲线图

采用相近的技术措施，且操作作业水平比较均衡的各钻井队在C油田承钻的几口井，其钻井进度曲线图也表现出较好的相对收敛性，如图4所示。但如果设计存在差异，未充分利用或甚至没有统一的数据信息交流平台，那钻井进度曲线图就会如图5中那样显得非常分散。

图4 C油田实际钻井进度曲线图

图5 A油田实际钻井进度曲线图

由图2、图3、图4、图5可看出深井钻井进度曲线图所具有的一些共同特征。

（1）深井钻井过程中视行程钻速随钻井深度的增加而逐渐减小，井深5 000m以下视行程钻速出现明显的降速拐点。

（2）提高视行程钻速，有助于缩短钻井以及完井周期。

（3）深井钻井进度曲线图正常情况下具有收敛性特征。

（4）深井最后500m井段占全井钻井周期、完井周期的比重非常高(30%以上)。

2 深井事故统计特征

通常对钻井事故仅采用如图6所示分类计量的办法进行统计，对改进设计、预防钻井事故难以得出有用信息。

图6 按事故类型分类计量统计

钻井事故的发生肯定与事故发生点的井深位置存在关联，通过对2012年所关注的事故井按事故点井深、事故井设计井深及未注水泥塞填井侧钻而顺利解卡的井进行统计，可得出如图7所示统计图，从中发现规律性的东西也不易；但如果按事故井的事故点相对位置(即事故点与设计井深间的距离)进行排序、统计，就会得出图8所示的有明显特点的统计图，图8中事故井的事故点相对位置的中位数是446.5m，如再考虑处理事故所损失的时间，又可得出图9所示的统计图。

图7 2012年度事故井的事故点位置和设计井深情况统计

图8 2012年度事故井的事故相对位置情况统计

图9 2012年度事故井的事故相对位置与处理时间情况统计

由图8和图9不难发现深井最后500m井段具有以下3点特征：

（1）事故占比高：通过对2012年度深井钻井主要复杂事故井进行事故点相对位置排序统计分析，发现深井钻井发生事故时事故点在深井最后500m井段的比例高达50%以上。

（2）解卡成功率较低：2012年统计发现在深井最后500m以内发生事故而卡钻的井，顺利解卡成功率非常低，能不报废井段而顺利解卡的仅占25%左右。

（3）处理事故耗时较长：因为平均井深较深，在最后500m井段内发生事故后，对其进行处理所损失的平均时间相对较长。

以上得出的深井事故统计特征要经得起重复性检验，才有可信度。通过对2011年所关注的事故井进行同样的统计分析，由图10、图11、图12不难看出，深井最后500m井段在事故占比、卡钻后不报废井段的解卡成功率、处理事故所耗时间方面具有类似性。

图10 2011年度事故井的事故点位置和设计井深情况统计

图11 2011年度事故井的事故相对位置情况统计

图12 2011年度事故井的事故相对位置与处理时间情况统计

3 深井最后500m井段的提速启示

3.1 深井最后500m井段现象的主要致因

从深井钻井进度曲线图和深井事故统计得出，最后500m井段事故占比高、卡钻后不报废井段的解卡成功率低、处理事故所耗时间长(注：最后500m只是一个相对值，会随设计、管理和技术进步而发生变化)，其潜在的主要致因有：

（1）地层变得更硬、研磨性强，而使地层可钻性变差。

（2）深井最后500m井段地层存在高温高压，钻井工具和工艺选择受限。

（3）地层压力的当量密度窗口窄，对操作作业也提出了更高的要求。

（4）套管程序制约使井眼环空变窄，激动压力和抽吸压力的影响作用增强，不利于井壁稳定。

（5）深井最后500m井段，实际上意味着终完井眼尺寸较小，钻进时环空尺寸也很小，一旦发生掉块或落物等情况，容易导致卡钻事故，同时狭窄的井眼环空也不利于处理事故。

3.2 深井最后500m井段提速启示

对深井钻井的提速、增效，缩短其钻井周期、完井周期，最具潜力可挖的是最后500m井段，要钻好最后500井段，通过上述可视化分析方法，在如何改进设计、精细操作、改进和优化决策管理方面，提供了一些有益的新思路和启示。

对深井钻井的提速、增效，缩短其钻井周期、完井周期，最具潜力可挖的是最后500m井段，要钻好最后500井段，通过上述可视化分析方法，在如何改进设计、精细操作、改进和优化决策管理方面，提供了一些有益的新思路和启示。

（1）终完井段尽量设计成大尺寸井眼，增加有效环空尺寸，确保井底钻具组合的单边环空径向尺寸应不小于25mm，如Φ168.3mm井眼中避免接入Φ127mm(5")的钻铤。

（2）最后500m井段，应优化钻柱组合，尽量不下稳定器。如某设计井深6 825m的井在钻最后129m时还下稳定器，在因缩径而导致卡钻后，使卡钻处理非常麻烦，最后不得不报废1 000m进尺而打水泥塞侧钻。

（3）存在上部掉块危险和环空尺寸受限时，最好不用螺旋钻铤，避免掉块、落物自锁性卡钻。

（4）钻进最后500m井段，在管理、心态、操作上绝不能松懈，要保持稳定性和持续性。

（5）最后500m井段的视行程钻速很低，短起下钻间距应由根据钻进进尺确定改为根据钻进时间来调整，以防地层长时间浸泡而缩径，减少卡钻风险。

（6）最后500m井段发生卡钻后，在及时测卡点、震击、浸泡(或憋压浸泡)、浸泡震击后不能解卡，就要快速决策，考虑打水泥塞侧钻，不必套铣。

4 结论和建议

通过对深井钻井历史数据的可视化分析，对实现提速和预防钻井事故具有积极的意义，对于深井最后500m井段现象，建议采取以下应对措施。

（1）探索对部分井段采用日费制管理的模式。通过对深井最后500m井段单独实行日费管理，有助于强化管理，积极推进新技术、新工具和新工艺的应用，同时建立数据、经验和技术共享的交流平台。

（2）创新提速、提产的技术合作与外包模式。为节约成本不必进行全井钻完井总承包合作，可只对深井最后500m井段引进技术服务外包。

（3）突出提速重点井段。深井最后500m井段是主攻目标，如果仅以提速为目的，不存在地层特殊性，就应回避如图13所示将相应的技术措施放在浅层位置情况，特别的提速技术集中在浅层段，对提高视行程钻速效果不明显。

图13 B油田实施提速技术措施井段示意图

（4）改进设计。可通过优化井身结构使最后井段的井眼尺寸足够大；设计钻柱组合时避免采用稳定器，单边环空径向尺寸应不小于25mm。

（5）采用小井眼钻井技术。应把成熟配套的小井眼钻井技术引入深井最后500m井段，特别要注重采用控压钻井技术，研发局部欠平衡提速钻井技术。

（6）优选解卡作业。在深井最后500m井段处理卡钻事故时，应尽量避免采用套铣作业方法。

[1]孙海芳，钱浩东，杨成新，等.利用钻井数据库搭建远程钻井辅助决策规划[J].钻采工艺，2011,34(6):1-3.

[2]连志龙，周英操，申瑞臣，等.无意外风险钻井(NDS)技术探讨[J].石油钻采工艺,2009,31(1):90-94.

[3]赵连胜,行飞.数据挖掘的任务、对象和方法[J].内蒙古大学学报：自然科学版，2002，33(2):236-240.