钻井远程专家决策支持系统及其在元坝103H井的应用

1钻井远程专家决策支持系统及其在元坝103H井的先导试验张军1赵金海1杨传书1，2崔杰2（1.中国石化石油工程技术研究院，北京1001012.中国石化石油工程胜利分院（中石化胜利石油管理局钻井工艺研究院）东营257017）[摘要]川东北元坝地区地貌山高壑深、井场分散，雨季长、地质灾害频发，交通不便而且危险很大；地下存在陆相地层可钻性差、高陡构造井斜严重，地层岩性变化大、压力系统复杂、易塌、易漏，“高压、高产、高含硫”勘探风险大等世界级钻井技术难题，造成的钻井复杂情况多、机械钻速慢、钻井周期长。围绕“钻井提速”这一主线，以元坝地区工程地质环境为中心，充分利用钻井信息技术成果，集成构建了钻井远程专家决策支持系统1.0版，建设了“石油工程专家决策支持系统研究中心”。以元坝103H井现场施工为应用对象，利用邻井地质设计、工程设计、实钻数据以及本井的设计数据、已钻数据和实钻实时数据，共同形成了可视化远程决策支持平台，实现了基于三维工程地质环境的钻井、测井和录井信息的集成展示。中国石化石油工程管理部、西南油气田分公司工程处、工程院决策支持研究中心、工程院胜利分院远程决策支持中心的有关领导及技术专家，均可依托这个共同的平台实时浏览现场信息，并开展技术决策，为这口高难度超深水平井的安全高效准确地质导向起到了积极作用。先导试验为石油工程专家决策支持系统的研发完善提供的宝贵经验，为重点井关键施工环节的远程专家决策支持探索了一条有效途径。[关键词]元坝地区；专家决策；支持平台；远程传输；元坝103H井；地质导向[基金项目]863计划项目“超深井钻井关键技术研究”(2006AA06A19)，中国石化重大科技攻关项目“元坝地区优质快速钻井关键技术研究”(P09084)，中国石化石油工程先导项目“钻井远程专家决策支持系统在元坝勘探开发中的先导试验”部分研究成果2RemoteDecision-makingSupportSystemforDrillingExpertsanditsPilotTestatwellYuanba103HZhangJun1ZhaoJinHai1YangChuanShu1,2CuiJie2ZhangHuiPing2YuanShiSheng2(1.SINOPECResearchInstituteofPetroleumEngineering,BeijingChina,1001012.SINOPECResearchInstituteofPetroleumEngineering–ShengliBranch(DrillingTechnologyResearchInstituteofShengliOilfield,SINOPEC)DongyingShandong,China,257107)Abstract:ThenaturalenvironmentofChuandongbeiYuanbaAreaisverycomplexanddangeroussuchasdiversityofterrain,longrainyseason,andfrequentgeologicaldisasters.Also,wellfielddispersioncombinedwithinconvenienttransportationmakesdrillingmoredifficult.Alltheseobstaclescreateseveralworld-classexplorationdrillingpuzzles:diversityofpetrographicformation,complexityofpressuresystem,collapse,losscirculation,andhighriskofsulfurleak.So,theexplorationdrillinginthisareafacesfrequentunexpectedevents,lowROP,andlongdrillingcycle.Takingallaboveintoconsideration,makinguseofdrillinginformationtechnologybecomesanecessarymethodtoincreasetheROPinthisarea.Therefore,petroleumengineeringexpertsdecisionsupportsystemresearchcenterisconstructedalongwithremotedecision-makingsupportsystemfordrillingexperts(version1.0)installed.TheapplicationofthesysteminwellYuanba103Hsetsuparemote3Ddecision-makingplatformtodisplaydrillinginformation,welllogginginformation,andmudlogginginformation.Themostimportantadvantageoftheplatformismakinguseofdesigndata,completeddrillingdata,andinstantdrillingdataofwellYuanba103Halongwithrelateddatafromadjacentwells.Theplatformprovidesamediaforrelatedleadersandtechniqueexpertsfromdifferentdisciplinestoviewreal-timesceneofthedrillingsite,andmakingtechniquedecisions.TheplatformhaspositiveeffectonwellYuanba103Hthatisaultra-deephorizontalwell.Thewholepilottestnotonlygivesbackprice-lessexperiencetoupdateRDSSDE,butalsoprovesthesuperiorsofRDSSDE.Keywords:YuanbaArea,expertdecision-making,supportplatform,remote,wellYuanba103h,geo-steeringdrilling3迅速发展的信息技术在石油工业中得到了越来越广泛的应用，也在推动着石油工业飞速发展。世界著名的剑桥能源研究协会（CERA）公布的一项研究成果指出，由多项新型数字化技术构成的“数字油田”，在未来5～10年增加的全球原油储量将超过伊拉克现有原油储量或拉丁美洲原油总储量，同时能够提高油气采收率，降低生产成本，提高产量。因此世界各大石油公司都把信息化作为核心战略之一。20世纪80年代中期以后，随着随钻测量、随钻测井、随钻地层评价、钻井动态信息实时采集处理等先进技术的推广应用，基于信息的远程决策指挥系统逐渐在世界各大石油公司投入应用。目前，BP、Amoco、Mobil等石油公司相继开发、建立了自己的计算机网络系统与工程分析指挥中心。BP公司在休斯顿建立了墨西哥湾深水勘探作业和可视化决策指挥中心[1](OVC)，它综合先进的可视化、通讯和数据处理系统创建了一个高度交互及面向项目的钻井作业支持设施。OVC已经在富有挑战性的深水井钻探工程中取得了明显的效益，缩短了工程周期，改进了决策反应速度，提高了决策质量。国内中海油、中石油通过引进建立了较为先进的钻井信息系统，中石化一直致力于具有自主知识产权的软件系统开发，开发了一些应用软件，如人工神经网络评价地层伤害、套管设计、泥浆设计、钻头选型、事故诊断分析专家系统等，目前的现状是，开发的单项应用软件很多，但各单项软件之间没有联系，不能信息共享，集成决策的水平较低且处于起步阶段。将各项软件集成为一体，并提高其决策支持水平是现代钻井及至各专业领域软件发展的趋势[2]。1远程专家决策支持系统概述为了实现钻井过程的最优决策，特别是重点探井的关键施工环节或一般井钻井现场出现重大井下事故时，往往需要石油勘探开发和石油工程不同部门、不同领域的专家前往现场协同工作。传统方式是靠开会和商量协调，并以口头和手工方式进行。远程专家决策支持系统将从根本上改变这种传统方式。远程专家决策支持系统实质和目的是：利用多媒体技术和网络通讯技术建立一个能够进行不同地域、多层次、多群组协同工作的环境，不同地方、不同部门的工程技术人员将不必赶往钻井现场，而是通过计算机网络，实现远程互动，共同致力于现场问题的研究和解决。因此，建立基于网络环境下的钻井远程专家决策支持系统将是钻井软科学的进一步发展的目标。随着勘探开发难度的加大，石油工程面临着更多更大的难题。为了集中优势科研力量解决好石油工程技术难题，中国石化于2009年正式成立了石油工程技术研究院。主要从事石4油钻井、完井、测录井、测试、储层改造及海洋石油工程等专业技术的发展规划、攻关研究、技术支持、产品研发及推广应用。信息与标准化所从石油工程院成立之初就决定联合石油工程胜利分院的技术力量共同做好石油工程信息化的研究和开发工作。笔者在2010年承担了中国石化石油工程管理部的先导项目“钻井远程专家决策支持系统在元坝勘探开发中的先导试验”和中石化信息管理部的软件开发项目“中国石化石油工程决策支持系统”。石油工程信息化的钻井远程决策技术是一个很重要的研究领域，“十二五”期间必须开发出一套集成化的决策支持系统，争取在集成化系统总体设计、钻井决策模型的建立、决策推理模型的建立、信息共享平台的建立、不同地域多个专家协同决策支持以及实用软件开发等方面有所创新。2钻井远程专家决策系统V1.0版川东北元坝地区地貌山高壑深、井场分散，气候雨季长、地质灾害频发，交通不便而且危险很大；地下存在陆相地层可钻性差、高陡构造井斜严重，地层岩性变化大、压力系统复杂、易塌、易漏，“高压、高产、高含硫”勘探风险大等世界级钻井技术难题，造成的钻井复杂情况多、机械钻速慢、钻井周期长。围绕“钻井提速”这一主线，以元坝地区工程地质环境为中心，充分利用工程院胜利分院钻井信息技术成果，实现该地区重点井的施工信息技术支持，信息所与胜利分院信息中心组成的项目组集成开发完善了钻井远程专家决策支持系统V1.0版，建设了“石油工程专家决策支持系统研究中心”。钻井远程专家决策支持系统V1.0版充分利用邻井地质设计、工程设计、实钻数据以及本井的设计数据、已钻数据和实钻实时数据等技术成果和资料，该系统包括了钻井综合信息导航模块、钻井工程辅助计算模块和地质导向监控模块。2.1钻井综合信息导航模块 该模块主要是提供重点关注区块的地质、井位分布、邻井的信息比较等信息，分为区块及邻井钻井信息导航、钻井设计信息浏览和井场实时信息浏览三部分。2.1.1区块及邻井钻井信息导航该部分对目标井所在元坝地区进行地理信息导航，将OpenGL技术应用到真三维显示控件的编制中，实现了地质真三维图形显示，能实时加载设计轨道、靶区、实钻轨迹、信息盒、测井曲线、地层等多种信息。在定向井、水平井的钻井施工过程中，通过及时掌握现场的生产情况，借助软件提供的直观图形展示功能，了解当前的实钻轨迹、中靶情况等信息数据，5以便迅速有效地制定出各项决策，保证安全、优质、快速地完成钻井施工任务并命中目标层位，为后续作业过程提供一个良好的基础。图1.元坝地区井眼轨迹三维可视化场景界面在该系统中还可以以拟三维的方式，对井位关系、井身结构进行展示对比。如图1中，用不同颜色的色段，展示了已钻井钻遇层位，几口邻井的相对位置关系，可以对图形整体进行平移、拖放操作，有助于进行井间对比。2.1.2钻井设计信息浏览可以查阅已钻井及正钻井的设计信息，便于及时掌握正钻井设计信息、实钻信息的对比差异，为下步钻进优化提供信息支持。2.1.3井场实时信息浏览钻井现场综合信息浏览是建立在钻井数据实时采集系统、实时处理分