统计分析技术提升新型钻头使用效益

时间:2020-09-25 10:40 来源:杂志 作者: 徐昉 江钻石油机


随着钻井技术的发展以及实际钻井情况的日益复杂化,业内专家一致认为钻井界应该从大规模的数据中寻找趋势,而不应该依靠个人的直觉来理解新技术钻头的价值和性能。在评估新产品和新技术及其对钻井性能的影响时,钻井界依赖传统的比较经验和“直觉”。但这种方法存在着很大的问题,因为即使是在同一个井场或位置,具体的钻井实况都是千差万别的,从来没有任何两口井是以同样的方式进行钻进的。
 
以前,在钻头选型方面最常用的惯例是进行同类试验,即工程师会在匹配定义具体钻井应用的所有不同因素方面找到最接近的邻井对比相关参数。然而,这几乎是不可能做到的,因为有太多影响钻井性能的因素是不可控的。例如,只要稍微改变一下螺杆钻具的过盈配合,就可以极大地改变其传递扭矩的能力。实际上,服务提供商应该在意一种产品是否比竞争对手或上一代产品更好,而在于如何确保产品能够合理的应用。随着钻井工业朝着靠更多数据驱动决策方向的发展,这个解决方案似乎是必须“做大”,即从宏观数据方面着手。
 
  
图1
图1 展示了RipSaw PDC钻头应用交替变化的后倾角设计,以此来控制过渡区的切削齿吃入深度。大规模测试和对产品使用结果的统计分析是正确定义和量化产品性能的一种严格的方法,它需要大量的产品应用以及大量的邻井数据作为依据,但这恰恰是钻井界应该努力做到的,而不应依赖于快速简单的同类比较方法。
 
最近,美国阿特拉公司的技术人员决定使用统计分析技术对大规模数据集进行分析,以量化其新型RipSaw钻头带来的实际性能改进。该技术的应用在美国德克萨斯州西部钻进的12¼英寸的直井中间段。该层段被钻井工业界公认为是过渡性地层钻井的最大挑战之一。该公司首先广泛查询了其钻头应用数据库中过去180天内12¼英寸井段的钻井情况,发现有128家不同的钻井作业商共钻了2147口井,下井次数为3264,钻井进尺超过1100万英尺。另外,阿特拉公司已经开始对新系列钻头产品进行测试,因此其数据集中包括了采用新技术钻头所进行的434次下井钻进和180万英尺的钻井进尺,以确保查询结果具有实际的统计意义。
 
既然从如此大的数据集开始进行统计分析,因而就有必要从不同于典型性能指标的角度来进行具体的分析。其总体分析的重点是发现数据集中的趋势,而不是分析单次下井的情况。在此过程中,该公司的工程师们试验了各种技术,其中包括找出一套旧的牙轮钻头性能分析资料,并将其应用在PDC钻头上。
 
在该层段钻井的一个关键方面是一只钻头是否能一次下井就从套管鞋一直钻到底。在通过该层段的大约三分之一到四分之三的过程中,钻井人员会遇到Cherry和Brushy Canyon地层,这两种地层会导致PDC钻头切削结构的损坏。据统计数据显示,大约有三分之一的钻井作业不会通过这部分井段。
 
在数据集中分离出钻离套管鞋的首次钻井情况,并创建了一个风险曲线图,该图描述了钻头能够钻抵给定距离的统计概率。结果表明,该公司的新型钻头有80%的机会钻到5150英尺的测量深度,而竞争对手的钻头只有50%的机会钻抵这一深度。相同过滤数据的方框图和触须图表明,新型钻头的下四分位运行将是几乎任何其它类型钻头的上四分位运行,也就是说,该公司这种新型钻头的钻井性能下限已达到了其它类型钻头性能的上限水平。
 
 
图2
图2显示,RipSaw钻头的四分位间距更小,说明其钻井性能更加一致。该公司的新型钻头在失效前吸收更多能量的机会更大。另一种方法是绘制相同的风险曲线图,但使用总能量作为性能指标,以百万磅-转数为单位,这是当钻头在井底时施加在钻头上的总转数乘以钻压的总和。该技术曾被用于牙轮钻头,以预测其轴承的可靠性。考虑到数据集中轴承失效的情况,必须对固定切削齿PDC钻头使用不同的度量。技术人员对数据集进行了过滤,以确定钻头的钝化状态表明它们已经到了其工作寿命的极限。由于严重的损坏,钻头已无法修复或是已经磨损到了钻头刀翼的顶部。这描述出钻头在必须被起出井眼前所能承受的总能量。
 
在美国,约百分之五十的在用钻机都集中在二叠纪盆地区域,因此即使是很小的性能增长也意味着巨大的成本节约。通过统计分析,阿特拉公司能够证明并量化其新技术钻头所取得的成果。在这项研究中,通过计算出434次新钻头每英尺所节约的成本,发现总的成本节约超过了7400万美元,即每口井可节省171000美元的钻井成本。
 
 
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