CN105550412B - 一种实钻井与设计井符合率的确定方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种实钻井与设计井符合率的确定方法与系统，属于石油天然气钻井技术领域。本发明根据钻井工程设计及实钻数据确定实钻井与设计井的对比项目及其元素值，根据对比项目的重要性设置权重值，通过隶属度函数计算评价项目元素隶属度并构建模糊向量，计算各对应对比项目模糊向量的贴近度，并根据项目权重模块中的各对比项目权重值计算对比项目总的贴近度。本发明利用模糊向量的贴近度来描述实钻井与设计井的符合率，实现了评价的定量化，减少了人为的主观判断，使评价更趋科学化，对于钻井后评估具有非常重要的意义。

Description

一种实钻井与设计井符合率的确定方法及系统
技术领域
本发明涉及一种实钻井与设计井符合率的确定方法与系统，属于石油天然气钻井技术领域。
背景技术
在石油天然气钻井技术领域，钻井工程设计具有非常重要的地位，是知道现场钻井作业施工的标准，操作做指南，如果偏离钻井工程设计或者擅自改动钻井设计，不按钻井设计进行作业施工，极有可能发生钻井复杂情况。目前钻井工程设计一般是根据钻井地质设计，结合邻井实钻数据、钻井行业规范来编写，根据我国石油天然气行业标准SY/T 5333-2012《钻井工程设计格式》，钻井工程设计主要包括井深结构设计、井眼轨道设计、钻井液设计、健康安全环保(HSE)设计、钻井质量要求和钻井失效要求等。钻井工程设计由设计人员完成后，一般经过初审、终审后，由业务主管部门下发至钻井施工单位，钻井施工单元按照钻井工程设计要求进行钻井施工作业，施工作业中有甲方或甲方代表进行监督。施工作业结束后，主管部门进行完钻验收，给出评价，最后施工单位提交根据实钻情况，编写井史等相关材料并提交给甲方。
实钻井与设计井符合率越高，说明现场按照设计施工的程度越高，也说明现场施工的规范性越高。这样，施工过程出现复杂情况的风险就越低。所以，实钻井与设计井符合率的评价是施工单元执行设计、规范施工的重要指标。目前，关于实钻井与设计井的符合率评价整体处于一个“定性”阶段，现场验收时，主要是凭借验收人员的个人经验定性给出结果，例如：“某口井符合率高”、“某口井符合率还不错”、“某口井符合率低”等等，缺乏一套科学、合理的评价方法，明确给出一个“定量”的结果。
发明内容
本发明的目的是提供一种实钻井与设计井符合率的确定方法与系统，以减少实钻井与设计井符合率的确定过程中的主观因素。
本发明为解决上述技术问题提供了一种实钻井与设计井符合率的确定方法，该确定方法包括以下步骤：
1)根据钻井工程设计确定实钻井与设计井的对比项目，并根据设计井数据获取对比项目元素的标准值或取值范围，根据实钻井数据获取对比项目元素的实钻数据值；
2)根据设计井中对比项目元素类型计算实钻井中对应项目元素的隶属度，并根据得到的隶属度构建实钻井对比项目的模糊向量；
3)根据设计井对比项目的元素值构建模糊向量作为标准模型库，该模型库中每个对比项目元素所对应的模糊向量均为1；
4)计算实钻井各对比项目的模糊向量与标准模型库中对应项目模糊向量之间的贴近度，根据各对比项目的权重和对比项目贴近度计算总贴近度，该总贴近度即为实钻井与设计井的符合率。
所述的步骤1)中确定的对比项目包括井深结构、井眼轨道、钻井液、井深质量、钻井失效、井控和HSE。
所述步骤2)中隶属度的计算是根据设计井中对比项目中元素类型选择相应的隶属度函数得到，
若设计井中对比项目中元素取布尔值，且实钻井中对应对比项目元素与之一致，则实钻井中该项目元素的隶属度为1，否则为0；
若设计井中对比项目元素取标准值X，则实钻井中对应对比项目元素的隶属度函 数为
若设计井中对比项目元素取值要求小于等于Y，则实钻井中对应对比项目元素的 隶属度函数为
若设计井中对比项目元素取值要求大于等于Z，则实钻井中对应对比项目元素的 隶属度函数为
其中u为对比项目元素，A(u)为元素u的隶属度。
所述步骤4)中采用的贴近度为格贴近度、海明贴近度、欧几里得贴近度、测度贴近度、最小最大贴近度和最小平均贴近度中任意一种。
所述步骤4)中各对比项目的权重根据对比项目的重要性确定。
所述对比项目中井深结构的元素包括开次井眼尺寸、各开次套管尺寸、各开次套管壁厚和各开次套管下深；对比项目中井眼轨道的元素包括造斜点井深、造斜率、靶点位移、完钻井深、完钻垂深、闭合位移和闭合方位。
所述对比项目中钻井液的元素包括各开次钻井液密度、钻井液失水、钻井液粘度、钻井液屈服值、钻井液塑性粘度、钻井液表观粘度、钻井液动塑比、钻井液流性指数和钻井液稠度系数。
所述对比项目中井身质量的元素包括直井段最大井斜、直井段最大井眼曲率、直井段最大水平位移、平均井径扩大率、靶前位移和水平段段长；钻井时效的元素包括钻井周期、机械钻速、时间利用率；井控的元素包括井控装置级别和井控装备试压值；HSE的元素包括是发生在环境污染、是否发生安全事故和是否发生人员健康事故。
本发明还提供了一种实钻井与设计井符合率的确定系统，该确定系统包括钻井工程设计模块、设计井数据模块、实钻井数据模块、项目权重模块、实钻井评价项目模块、设计井评价项目模块和符合率计算模块，
所述钻井工程设计模块用于提供对比项目及其元素的设计数据，包括元素定值、标准值及取值范围；
设计井数据模块用于根据钻井工程设计模块，获取各对比项目元素的定值、标准值及取值范围；
实钻井数据模块用于根据钻井工程设计模块施工作业形成的实钻数据，获取实钻对比项目元素的实钻值；
项目权重模块用于根据钻井工程设计模块中各对比项目的重要性，设置各一对比项目在钻井工程中的权重值；
实钻井评价项目模块用于根据实钻井数据模块，构建各对比项目的模糊向量；
设计井评价项目模块用于根据设计井数据模块，构建各对比项目的模糊向量；
符合率计算模块用于计算实钻井各对比项目模糊向量与设计井各对比项目模糊向量对应的贴近度，并根据项目权重模块中的各对比项目权重值计算对比项目总的贴近度。
所述符合率计算模块采用的贴近度为格贴近度、海明贴近度、欧几里得贴近度、测度贴近度、最小最大贴近度和最小平均贴近度中任意一种。
本发明的有益效果是:本发明根据钻井工程设计及实钻数据确定实钻井与设计井的对比项目及其元素值，根据对比项目的重要性设置权重值，通过隶属度函数计算评价项目元素隶属度并构建模糊向量，计算各对应对比项目模糊向量的贴近度，并根据项目权重模块中的各对比项目权重值计算对比项目总的贴近度。本发明利用模糊向量的贴近度来描述实钻井与设计井的符合率，实现了评价的定量化，减少了人为的主观判断，使评价更趋科学化，对于钻井后评估具有非常重要的意义。
附图说明
图1是本发明实施例HH96P10井三级井身结构示意图；
图2是本发明实施例HH96P10井井眼轨道设计垂直剖面图；
图3是本发明实施例HH96P10井井眼轨道设计水平投影图；
图4是本发明实施例HH96P10井井眼轨道实钻垂直剖面图；
图5是本发明实施例HH96P10井井眼轨道实钻水平投影图；
图6是本发明实施例HH96P10井二开直井段实钻井斜图；
图7是本发明实钻井与设计井符合率确定系统模块构成关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
本发明根据钻井工程设计及实钻数据，确定实钻井与设计井的评价项目及其元素值，根据评价项目的重要性设置权重值，通过隶属度函数计算一级评价项目元素隶属度并构建模糊向量，计算各对应评价项目模糊向量的贴近度，并根据项目权重模块中的各对比项目权重值计算对比项目总的贴近度作为实钻井与设计井的符合率。
下面以某公司红河油田的HH96P10井为例来对本发明的实钻井与设计井符合率确定过程进行详细说明，本实施例中的HH96P10井为水平井，井身结构如图1所示。具体步骤如下：
1.根据钻井地质设计，邻井实钻数据，钻井行业规范编写钻井工程设计，并形成设计井数据。根据HH96P10井地质设计，邻井红河96井、红河90井实钻数据，钻井行业规范编SY/T 5431-2008《井身结构设计方法》、SY/T 5480-2007《固井设计规范》、SY/T 6426-2005《钻井井控技术规程》等编写钻井工程设计，并形成设计井数据，HH96P10井井眼轨道设计如图2和图3所示。
2.按照钻井工程设计，钻井施工单位进行钻井施工作业，记录实钻井数据。本实施例中HH96P10井由某钻井公司的40679HB钻井队进行施工作业，实钻的井眼轨道如图4和图5所示，直井段的实钻井如图6所示，完钻后记录实钻井数据。
3.根据钻井工程设计，确定实钻井与设计井的对比项目，具体包括井身结构、井眼轨道、钻井液、井深质量、钻井时效、HSE和井控。
4.根据步骤1中形成的设计井数据，获取设计井对比项目元素的标准值或取值范围，本实施例中获取HH96P10井对比项目元素的设计数据具体如下：
(1)井身结构
一开：井眼尺寸374.7mm，套管钢级J55，套管尺寸273.05mm，套管壁厚8.89mm，套管下深301m；
二开：井眼尺寸241.3mm，套管钢级N80，套管尺寸177.8mmmm，套管壁厚8.,05mm，套管下深2177m；
三开：井眼尺寸152.4mm；(因先期裸眼完井，所以不下油层套管)
(2)井眼轨道
造斜点井深1722m，造斜率6.4°/30m,A靶点位移300m，B靶点位移1100m，完钻井深2977.40m，完钻垂深2002.09，闭合位移1100m，闭合方位165°；
(3)钻井液
一开：钻井液密度1.05g/cm3,钻井液失水10-12ml；
二开：钻井液密度1.05-1.15g/cm3,钻井液失水小于7ml，钻井液粘度50-80s，钻井液屈服值5-12Pa，钻井液塑性粘度7-20mPa·s，钻井液流性指数0.4-0.7；
三开：钻井液密度1.05-1.08g/cm3,钻井液失水小于5ml，钻井液粘度45-60s，钻井液屈服值10-15Pa，钻井液塑性粘度15-20mPa·s，钻井液流性指数0.4-0.7；
(4)井身质量
直井段最大井斜3°，直井段最大井眼曲率2.1°/30m，直井段最大水平位移30m，平均井径扩大率小于10％，靶前位移300m，水平段长800m；
(5)钻井时效
钻井周期35天，机械钻速9m/h，时间利用率35％；
(6)井控
井控装置级别35MPa，井控试压大于10分钟压降0.7MPa
(7)HSE
HSE要求不发生环境污染、不发生安全事故、不发生人员健康事故。
5.根据实钻井数据获取对比项目元素的实钻数据值，本实施例中HH96P10井的实钻数据值如下：
(1)井身结构
一开：井眼尺寸374.7mm，套管钢级J55，套管尺寸273.05mm，套管壁厚8.89mm，套管下深309.11m；
二开：井眼尺寸241.3mm，套管钢级N80，套管尺寸177.8mmmm，套管壁厚8.05mm，套管下深2247.5m；
三开：井眼尺寸152.4mm；(因先期裸眼完井，所以不下油层套管)
(2)井眼轨道
造斜点井深1711m，造斜率5.92°/30m,A靶点位移320.55m，B靶点位移1299.79m，完钻井深3181.00m，完钻垂深1995.01，闭合位移1279.99m，闭合方位164.53°；
(3)钻井液
一开：钻井液密度1.05g/cm3,钻井液失水10-12ml；
二开：钻井液密度1.10-1.12g/cm3,钻井液失水小于8ml，钻井液粘度50-75s，钻井液屈服值3.5-10Pa，钻井液塑性粘度5-17mPa·s，钻井液流性指数0.4-0.7；
三开：钻井液密度1.07g/cm3,钻井液失水5ml，钻井液粘度45-70s，钻井液屈服值7-15Pa，钻井液塑性粘度10-20mPa·s，钻井液流性指数0.4-0.7；
(4)井身质量
直井段最大井斜1.63°，直井段最大井眼曲率1.47°/30m，直井段最大水平位移6.94m，平均井径扩大率小于4.9％，靶前位移320.55m，水平段长959.44m；
(5)钻井时效
钻井周期27.5天，机械钻速9.63m/h，时间利用率50.04％；
(6)井控
井控装置级别35MPa，井控试压10分钟压降0.2MPa
(7)HSE
未发生环境污染、未发生安全事故、未发生人员健康事故。
6.根据对比项目中元素所属类型计算实钻井对比项目元素的隶属度。实钻井对比项目元素隶属度函数用Ai(uj)表示，i，j是正整数序列。实钻井对比项目元素的隶属度函数的确定如下：元素用字母u表示，其隶属度函数用A(u)表示。标准值用X表示，上限值用Y表示，下限值用Z表示。
1)如果设计井中对比项目中的元素取布尔值，则实钻井对比项目中对应元素的隶属度函数确定过程为：若实钻井对比项目元素与设计井中相应对比项目元素一致，则A(u)＝1；若实钻井评价项目元素与设计不一致一致，则A(u)＝0。
例如：钻井设计中要求不要污染当地水源环境，若钻井施工作业中未出现污染事件，则A(u)＝1，如果出现污染当地水源环境事件，则A(u)＝0；本实施例中HH96P10井未发生污染事件，则A(u)＝1。
2)如果设计井中对比项目元素取标准值X，则实钻井对比项目中对应元素的隶属 度函数为
本实施例中HH96P10井钻井设计中要求A靶点位移为300m，而实际钻井施工作业中实钻A靶点位移为320.55m，
则
3)如果设计井中对比项目元素取值要求小于等于Y，则实钻井对比项目中相应元素的隶属度函数为：
例如本实施例中HH96P10井要求二开钻井液失水7ml，而实钻井施工作业中二开钻井液失水是8ml，则根据上述公式计算得到的隶属度为0.8571；钻井时效中要求钻井周期为35天，而实际钻井周期为2705天，经上述公式计算得到的隶属度为1。
4)如果设计井中对比项目元素取值要求大于等于Z，则实钻井对比项目中的相应元素的隶属度函数为：
例如，本实施例中HH96P10井设计要求机械转速为9m/h，而实际钻井施工作业中是9.63M/h，则根据上述计算得到的隶属度为1。
7.构建设计井和实钻井对比项目模糊向量。
设计井一级评价项目模糊向量用Bi表示，实钻井一级对比评价项目的模糊向量用Ci表示，i是正整数序列，用来表示不同的一级评价项目。
本实施例中HH96P10井设计井一级评价项目模糊向量如下：
井身结构：B1＝(1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1)
井眼轨道：B2＝(1，1，1，1，1，1，1，1)
钻井液：B3＝(1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1)
井身质量：B4＝(1，1，1，1，1，1)
钻井时效：B5＝(1，1，1)
井控：B6＝(1，1)
HSE：B7＝(1，1，1)
HH96P10井实钻井一级评价项目模糊向量如下(保留2位小数)：
井身结构：C1＝(1，1，1，1，0.97，1，1，1，1，0.97，1)
井眼轨道：C2＝(0.99，0.93，0.93，0.81，0.93，1.00，0.93，1.00)
钻井液：C3＝(1，1，1，0.84，1，0.70，1，1，1，1，0.83，0.70，0.67，1)
井身质量：C4＝(1，1，1，1，0.93，0.80)
钻井时效：C5＝(1，1，1)
井控：C6＝(1，1)
HSE：C7＝(1，1，1)
8.根据一级对比评价项目的重要性确定对比评价项目的权重。因为HH96P10井是在红河96井区的一口水平井，具有开发准备井的性质，各个评价项目都非常重要，因此设置各个评价项目权重相等。
9.计算设计井与实钻井一级对比评价项目模糊向量对应的贴近度。这里采用海明贴近度，用Ni(Bi,Ci)表示，保留4位小数：
井身结构：N1(B1,C1)＝0.9945
井眼轨道：N2(B2,C2)＝0.9400
钻井液：N3(B3,C3)＝0.9100
井身质量：N4(B4,C4)＝0.9550
钻井时效：N5(B5,C5)＝1.0000
井控：N3(B6,C6)＝1.0000
HSE：N7(B7,C7)＝1.0000
10.各对比项目的权重和对比项目贴近度计算总贴近度，该总贴近度即为实钻井与设计井的符合率。
本实施例中由于对比项目的权重相等，总的贴近度即为对各个贴近度求平均值。各个贴近度求平均值，保留4位小数为0.9714。则HH96P10井实钻井与设计井符合率为97.14％。
此外，根据上述方法本发明还提供了一种实钻井与设计井符合率的确定系统，如图7所示，该系统包括钻井工程设计模块、实钻井数据模块、设计井数据模块、实钻井评价项目模块、设计井评价项目模块、评价项目权重模块、符合率计算模块和符合率输出模块。各模块的的具体功能如下：
钻井工程设计模块用于提供评价项目及其元素的设计数据，包括元素定值、标准值及取值范围；设计井数据模块用于根据钻井工程设计模块，获取各一级评价项目元素的定值、标准值及取值范围；实钻井数据模块用于根据钻井工程设计模块施工作业形成的实钻数据，获取实钻井一级评价项目元素的实钻值；项目权重模块用于根据钻井工程设计模块中评价项目的重要性，设置各一级评价项目在钻井工程中的权重值；实钻井评价项目模块用于根据实钻井数据模块，构建各对比项目的模糊向量，包括井身结构模糊向量、井眼轨道模糊向量、钻井液模糊向量、井身质量模糊向量、钻井时效模糊向量、HSE模糊向量、井控模糊向量；设计井评价项目模块用于根据设计井数据模块，构建各一级评价项目的模糊向量，包括井身结构模糊向量、井眼轨道模糊向量、钻井液模糊向量、井身质量模糊向量、钻井时效模糊向量、HSE模糊向量、井控模糊向量；符合率计算模块用于计算实钻井各评价项目模糊向量与设计井各评价项目模糊向量对应的贴近度，并根据项目权重模块中的各对比项目权重值计算对比项目总的贴近度；输出模块用于输出各评价项目的贴近度，输出实钻井与设计井的符合率。
利用本发明对某公司所属油气田，红河油田、大牛地气田、渭北油田、洛河油田、泾河油田及杭锦旗区块等300多口水平井、定向井进行了符合率评价，均得到了甲方、乙方(钻井施工单位)的认可，认为符合率评价科学、合理，并且是一个口径，实现了标准化。这对于规范施工单位现场施工、标准化操作、认真执行钻井工程设计具有重要的意义。
最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限定本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种实钻井与设计井符合率的确定方法，其特征在于，该确定方法包括以下步骤：
1)根据钻井工程设计确定实钻井与设计井的对比项目，并根据设计井数据获取对比项目元素的标准值或取值范围，根据实钻井数据获取对比项目元素的实钻数据值；
2)根据设计井中对比项目元素类型计算实钻井中对应项目元素的隶属度，并根据得到的隶属度构建实钻井对比项目的模糊向量；
3)根据设计井对比项目的元素值构建模糊向量作为标准模型库，该模型库中每个对比项目元素所对应的模糊向量均为1；
4)计算实钻井各对比项目的模糊向量与标准模型库中对应项目模糊向量之间的贴近度，根据各对比项目的权重和对比项目贴近度计算总贴近度，该总贴近度即为实钻井与设计井的符合率。
2.根据权利要求1所述的实钻井与设计井符合率的确定方法，其特征在于，所述的步骤1)中确定的对比项目包括井深结构、井眼轨道、钻井液、井深质量、钻井失效、井控和HSE。
3.根据权利要求2所述的实钻井与设计井符合率的确定方法，其特征在于，所述步骤2)中隶属度的计算是根据设计井中对比项目中元素类型选择相应的隶属度函数得到，
若设计井中对比项目中元素取布尔值，且实钻井中对应对比项目元素与之一致，则实钻井中该项目元素的隶属度为1，否则为0；
若设计井中对比项目元素取标准值X，则实钻井中对应对比项目元素的隶属度函数为
若设计井中对比项目元素取值要求小于等于Y，则实钻井中对应对比项目元素的隶属度函数为
若设计井中对比项目元素取值要求大于等于Z，则实钻井中对应对比项目元素的隶属度函数为
其中u为对比项目元素，A(u)为元素u的隶属度。
4.根据权利要求3所述的实钻井与设计井符合率的确定方法，其特征在于，所述步骤4)中采用的贴近度为格贴近度、海明贴近度、欧几里得贴近度、测度贴近度、最小最大贴近度和最小平均贴近度中任意一种。
5.根据权利要求4所述的实钻井与设计井符合率的确定方法，其特征在于，所述步骤4)中各对比项目的权重根据对比项目的重要性确定。
6.根据权利要求5所述的实钻井与设计井符合率的确定方法，其特征在于，所述对比项目中井深结构的元素包括开次井眼尺寸、各开次套管尺寸、各开次套管壁厚和各开次套管下深；对比项目中井眼轨道的元素包括造斜点井深、造斜率、靶点位移、完钻井深、完钻垂深、闭合位移和闭合方位。
7.根据权利要求5所述的实钻井与设计井符合率的确定方法，其特征在于，所述对比项目中钻井液的元素包括各开次钻井液密度、钻井液失水、钻井液粘度、钻井液屈服值、钻井液塑性粘度、钻井液表观粘度、钻井液动塑比、钻井液流性指数和钻井液稠度系数。
8.根据权利要求5所述的实钻井与设计井符合率的确定方法，其特征在于，所述对比项目中井身质量的元素包括直井段最大井斜、直井段最大井眼曲率、直井段最大水平位移、平均井径扩大率、靶前位移和水平段段长；钻井时效的元素包括钻井周期、机械钻速、时间利用率；井控的元素包括井控装置级别和井控装备试压值；HSE的元素包括是发生在环境污染、是否发生安全事故和是否发生人员健康事故。
9.一种实钻井与设计井符合率的确定系统，其特征在于，该确定系统包括钻井工程设计模块、设计井数据模块、实钻井数据模块、项目权重模块、实钻井评价项目模块、设计井评价项目模块和符合率计算模块，
所述钻井工程设计模块用于提供对比项目及其元素的设计数据，包括元素定值、标准值及取值范围；
设计井数据模块用于根据钻井工程设计模块，获取各对比项目元素的定值、标准值及取值范围；
实钻井数据模块用于根据钻井工程设计模块施工作业形成的实钻数据，获取实钻对比项目元素的实钻值；
项目权重模块用于根据钻井工程设计模块中各对比项目的重要性，设置各对比项目在钻井工程中的权重值；
实钻井评价项目模块用于根据实钻井数据模块，构建各对比项目的模糊向量；
设计井评价项目模块用于根据设计井数据模块，构建各对比项目的模糊向量；
符合率计算模块用于计算实钻井各对比项目模糊向量与设计井各对比项目模糊向量对应的贴近度，并根据项目权重模块中的各对比项目权重值计算对比项目总的贴近度。
10.根据权利要求9所述的实钻井与设计井符合率的确定系统，其特征在于，所述符合率计算模块采用的贴近度为格贴近度、海明贴近度、欧几里得贴近度、测度贴近度、最小最大贴近度和最小平均贴近度中任意一种。
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