基于DecisionSpace的海上丛式井平台位置优选方法

和鹏飞，韩耀图，林家昱，袁则名

1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452

2.中海石油（中国）有限公司天津分公司海洋石油高效开发国家重点实验室，天津 300451

基于DecisionSpace的海上丛式井平台位置优选方法

和鹏飞1，韩耀图2，林家昱2，袁则名1

1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452

2.中海石油（中国）有限公司天津分公司海洋石油高效开发国家重点实验室，天津 300451

海洋油气开发具有高风险、高投入和受海上环境条件限制等特点，而平台位置的选择问题是影响开发成本、钻完井难易程度的首要问题。针对平台位置优选问题，通过对海上丛式井平台位置选择因素分析，利用DecisionSpace软件的最小进尺法和权重法选择平台位置，综合考虑总进尺数和作业难度，采用均匀布点法和位置加密法相结合的方式得到最优平台位置。最后以渤海某平台为例进行了技术应用分析，优选出的平台位置既满足总进尺数较小又能满足作业难度较低的要求。结果表明该技术方法应用效果较好，对海上平台位置优选具有现实指导意义。

平台位置优选；丛式井；最小进尺法；权重法

目前，海上丛式井组轨道设计缺乏系统研究，但无论如何规划钻井平台的位置，油田开发所要求的各待钻靶点位置均不会改变，但是井槽-靶点的水平位移会随着钻井平台设计的位置而产生变化。井槽-靶点间的水平位移会直接影响钻井的工程量、钻井时长及投资成本。因此平台位置的合理选择是降低海上钻井投资及风险、提高油田开发效益的关键。

1 平台位置优选的原则

平台位置应尽可能地避开浅层地质灾害区域，例如断层、浅层气等。开发井平台位置的选择要遵循钻井总进尺和总水平位移最小、整体钻井难度较低的原则，同时还应考虑避让航道、水下设施、军事禁区、单井的工程风险及其他限制条件等，相关考虑因素如下：

（1）现有设备能力和工艺技术必须满足丛式井作业要求。

（2）考虑潜力区并兼顾周边油田开发。

（3）考虑依托周边已有工程设施，如海底管道及附近可利用的生产设施。

（4）尽量避开古河道、埋积谷等易发生复杂地质灾害的区域。

（5）单井最大水平位移和井深在可接受范围内，尽量减少三维井和高水垂比井。

（6）考虑复杂地层，如浅层气和断层的因素影响。

（7）尽可能避免绕障作业。

2 常用平台位置优选方法研究

丛式井平台位置优选的目的是降低钻井施工难度，控制钻完井总成本最小，基于此目前主要有三种目标模型：“水平位移之和最小”、“总井深之和最小”、“总井深与总水平位移之和最小”。其中“水平位移之和最小”是当前较符合工程实际的规划模型，因此，目前常采用平台-靶点水平位移之和最小为指标的钻井平台位置优选方法。

当丛式井平台个数、丛式井平台与待钻井的隶属关系均已知时，等同于单井平台位置优选问题。只要将每一个丛式井平台以及隶属于该平台的所有待钻井作为一个子问题，按照典型的选址问题逐个求解即可。

该问题的数学描述如下：

（1）已知条件：待钻井井数为N，靶点坐标为Ti（Xi，Yi），i=1～N。

（2）优化目标：平台位置P（XP，YP）。

以“平台-靶点水平位移平方和最小”为优选指标，建立如下无约束规划问题。

该模型最优解：

式中：Xp为平台p的原始X坐标，m；Yp为平台p的原始Y坐标，m；Xi为钻第i口井的X坐标，m； Yi为钻第i口井的Y坐标，m；为平台p的最优X坐标，m；为平台p的最优Y坐标，m；N为待钻井井数；为待钻N口井的平均X坐标，m；为待钻N口井的平均Y坐标，m。

显然，以“井口水平位移平方和最小”为优选指标时，平台的最佳位置P就是隶属于该平台的所有待钻井的井底坐标所对应的中心。“中心法”实际上就是以“平台-靶点水平位移平方和最小”为优选指标，方法简单，计算工作量小，但考虑因素较少，通常只能作为平台位置优选的初选点。

3 基于DecisionSpace的平台位置优选方法研究

平台位置优选时可用DecisionSpace软件进行平台位置的选择，常用的方法有最小进尺法和权重法，最小进尺法得到的设计轨道总长度最短，权重法施工难度较低，因此如何将二者结合选出最优的平台位置，成为研究的关键。

3.1 DecisionSpace简介

DecisionSpace软件是由 Halliburton旗下的Landmark公司研发的钻井设计专用软件，包括Asset View（三维可视化钻井基本模块）、3D Drill Viewkm（三维可视化钻井知识管理模块）、Asset Planner（井眼轨迹总体设计）、TracPlanner（轨道设计模块）和Precision Target（精确目标设计）五大部分。

最小进尺法与权重法是DecisionSpace中平台位置优选常用的两种方法，在操作过程中将井号与对应的靶点坐标输入DecisionSpace软件后，可用最小进尺法或权重法查看平台的初步位置。

3.2 平台位置优选方法的研究原理

在最小进尺法与权重法之间的区域，必然存在能够满足井眼轨道总长度较短同时施工难度较小这样的最优点，可以采取均匀布点法（粗选法，见图1）和位置加密法（细选法，见图2） 相结合的方式，选出最优的平台位置。

图1 均匀布点法

图2 位置加密法

将最小进尺法与权重法确定的平台位置连线，然后以此直线为对称轴，以直线中点为中心，作一个正方形，用竖直线将正方形n等分，在节点处进行均匀布点，每一点即为初选的平台位置。比较各平台位置的钻井总进尺、最大水平位移、水垂比、扭方位井数、最大井深等数据，做出最终的权衡，粗选出平台位置。

根据粗选的结果，采用位置加密法，以粗选出来的平台位置为中心，在周围划分更细的网格以均匀布置若干口井，进行细选，再综合计算出来的钻井总进尺、最大水平位移、水垂比、扭方位井数、最大井深等数据，最终选出最优的平台位置。

采用均匀布点法和位置加密法相结合的方式选出的平台位置，不仅能保证钻井总进尺较小而且钻井施工难度低，能有效降低钻井成本。

3.3 实例分析

以渤海某油田为例，基于DecisionSpace软件采用均匀布点法和位置加密法相结合的方式进行平台位置优选分析。

该油田建立平台一座，钻井8口，将井号与对应的靶点坐标输入DecisionSpace软件，分别用最小进尺法和权重法查看平台的初步位置，确保其不在航道、军事禁区及其他限制条件内。

如图3所示，最小进尺法选出的平台位置总进尺最小，但有三口反扣井，扭方位大，施工难度较如图4所示的权重法大，因此可以用均匀布点法先粗选平台位置。

将图1所示的平台9个位置采用均匀布点法分布在最小进尺法平台位置与权重法平台位置之间。施工难度与井眼轨道总长度对比见表1。

图3 最小进尺法平台位置

图4 权重法平台位置

通过分析可以看出最小进尺法扭方位度数大于135°的共有2口井，施工难度大；权重法虽然只有1口但井眼轨道总长度较最小进尺法多563.48 m；平台位置1～3，虽然节省进尺数较多但反扣井均为两口，施工难度大不予考虑；平台位置4、5、6与8、9同平台位置7相比，扭方位井数较多，因此通过综合分析对比，平台位置7施工难度较低，节省进尺244.2 m，初步选择位置7。

将位置7采用位置加密法进一步细分，具体分法如图2所示。再将平台8个位置作施工难度与井眼轨道总长度分析对比，将各个参数列在表2中。

通过对比分析（见表2），可以看出位置10扭方位井数较其他井少，最大水平位移最小，总进尺也相对较小，可以作为最终优选的平台位置。

从表3可以看出，将优选出来的平台位置10，与最小进尺法平台位置对比，反扣井数量减少1口，扭方位井数及度数均明显减小，有效降低了现场作业难度；与权重法平台位置相比扭方位井数相同，但最大水平位移较小，施工难度整体相当，同时总进尺减少309.14 m，能够有效降低钻井成本。

4 结束语

本文详细介绍了海上丛式井平台位置优选需要考虑的因素，通过基于DecisionSpace软件选出的最小进尺法和权重法平台位置，综合考虑总进尺数和作业难度，采用均匀布点法和位置加密法得到最优平台位置，优选出的平台位置既满足总进尺数较小又能满足作业难度较低的要求，研究成果对渤海油田钻完井前期研究设计具有现实指导意义。

表1 平台位置初选对比

表2 平台位置细选对比

表3 平台位置优选结果对比

[1]葛云华，鄢爱民，高永荣，等.丛式水平井钻井平台规划[J].石油勘探与开发，2006，32（5）：94-100.

[2]闫铁，徐婷，毕雪亮，等.丛式井平台井口布置方法[J].石油钻探技术，2013，41（2）：13-16.

[3]SY/T5505-2006，丛式井平台布置[S].

[4]刘晓艳，施亚楠，李培丽.丛式井组总体防碰与钻井顺序优化技术及应用[J].石油钻采工艺，2012，34（2）：9-12.

[5]苏义脑，孙宁.我国水平井钻井技术的现状与展望[J].石油钻采工艺，1996，18（6）：14-20.

[6]苏义脑.水平井井眼轨道控制[M].北京：石油工业出版社，2000：8-11.

L ocation optimization method of offshore platform for cluster wells based on DecisionSpace

HE Pengfei1，HAN Yaotu2，LIN Jiayu2，YUAN Zeming1
1.CNOOC EnerTech-Drilling&Production Co.，Tianjin 300451，China
2.State Key Laboratory of Offshore OilExploitation，CNOOC China Limited Tianjin Branch，Tianjin 300451，China

The offshore oil and gas development has the characteristics of high risk，high investment and restriction by marine environment.The platform location selection is the most important problem affecting development cost and well drilling and well completion.In this paper，the research on location optimization method of offshore platform for cluster wells is carried out.The selection factors of the platform location optimization are analyzed.The platform location is selected by minimum drilling footage method and weight method based on the software DecisionSpace，then the optimized platform location is determined with the combination of minimum drilling footage method and weighting method in comprehensive consideration of totaldrilling footage and operation difficulties.This location optimization method is applied in an offshore platform in Bohai Sea for example，the optimized platform location has the features of shorter drilling footage and less operation difficulty，which proves this method has a good applied effect.

platform location optimization；cluster wells；minimum drilling footage method；weight method

和鹏飞（1987-），男，甘肃白银人，工程师，2010年毕业于中国石油大学（北京）石油工程专业，一直从事海洋石油钻井监督相关技术研究与应用工作。Email：hepf2@qq.com

2017-03-10

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.04.006

国家科技重大专项“渤海油田高效开发示范工程”（2016ZX05058）的相关研究内容。