基于案例推理的井漏智能识别及处理决策研究

基于案例推理的井漏智能识别及处理决策研究

王海彪 李开兴

中海油田服务股份有限公司 天津 300450

摘 要 案例推理在解决信息不完备、机理认识不充分等方面的钻井事故时，具有明显优势。案例推理方法包括案例的表示、检索及重用3个部分，在核心（案例检索）部分，引入界标模型，该模型将当前井录井曲线和例库中井漏录井曲线进行对比，当两种曲线形态达到设定的匹配阈值时，便可实现井漏的提前预警，该方法相对于其他模型更能保留曲线的局部特征和整体趋势，能够有效的消除录井过程中的波动噪声、弱化单个录井数据的影响。

关键词 案例推理；界标模型；井漏；案例检索；案例重用

中图法分类号 TE28； 文献标志码：A

井漏的发生一直对石油工程界提出了较大挑战，一旦井漏发生，势必会造成钻井的中止、增产效益的降低，还有可能还会引起卡钻、井喷或井塌等其它事故。传统的智能识别系统存在规则一致性难以检验、推理效率低下、不符合人类认知规律等。挪威Verdance科技公司开发的钻井风险识别软件DrillEdge，采用了基于案例的推理技术，然而核心算法以及实现过程均未提及。

1 案例推理

该方法能够很好的模拟人类的认知，符合人们的心理认知过程。也能解决在信息不完备、内部机理认识不清楚从而导致无法处理突发状况的问题。将原始的分析事故发生原因及表征现象的问题直接转化为求解相似度问题，降低了计算复杂度。案例推理包括案例表示、案例检索及案例学习三个部分。

1. 1. 案例表示

案例表示直接影响最终案例检索结果的准确性及全面性，需要保证所选参数的合理性及完备性，以防止在实际应用中因数据的不完备造成检索结果的不正确，对比分析案例表示的各种模型以及井漏事故的特点，本文选用适用于表达多种类型知识的框架法对井漏案例进行表示。

1. 2. 案例检索

案例检索方法直接影响到最终检索出可借鉴案例的准确性，案例检索的核心为将当前正钻井的录井数据同案例库中发生漏失的井漏案例录井信息进行比较，当相似度达到设定的阈值时，系统便认定发生对应类型的漏失并自动报警。

界标模型集相似性和数据性于一体，核心思想是当两个由一些转折点和连接这些转折点的曲线组成的特征曲线具有相似转折点时，便认为这两幅图是相似的。

检索时需要对数据做初步处理，设时间序列（（ ， ）， ，（ ， ）， ，（ ， ）），其中 是第 个界标在原始时间序列中对应的时间， 是第 个时间序列点对应的特征参数值，数据处理步骤如下：

（1）MDPP（Minima Distance/Percentage Principle）处理

通过设置最小时间距离 和特征参数最小变化幅度 实现界标序列的精简，当时间序列和特征参数序列满足下面公式时将从界标序列中删除^[1]。

（1）

将对曲线形态影响至关重要的点称为关键点，利用检索关键点法实现对关键点的检索，设以下函数模型能拟合时间序列：

（2）

式中： 为时间序列关键点集合， 为第i段的绝对误差项， 为时间序列的拟合函数， 为系数向量。

（2）振幅变换

为消除振幅平移和时间缩放对相似性计算结果带来的影响，将振幅限定在[-1，1]之间，振幅变换公式：

（3）

（3）分段分析

利用最大似然函数和最小二乘法拟合出各个分段的线性拟合函数 ，利用 作为曲线形态相似性比较的单元，线性拟合方程为：

（4）

构建似然函数，利用最小二乘法求得 、 的最大似然估计为：

（5）

利用该公式可求各分段的线性拟合函数 ，设两个进行相似性判别的时间序列 和 ，两段曲线之间的相似距离定义为：

（6）

式中： 为 序列中相邻的两个关键点 、 拟合的曲线相似单元， 为该两个关键点占 序列总长度的百分比。 当相似距离同设定的距离阈值 比较时，基于以下公式判定两条时间序列是否相似：

（7）

通过以上方法实现两条特征参数曲线的匹配，当两条曲线的相似距离满足距离阈值要求时，系统将预警。

2 井漏事故的定量计算

在井漏事故的识别中，选取总池体积、流量差、大钩负荷、立压、相对流量和钻速六个特征参数^[2]。

另外，为确保识别结果的准确性，需要对每个参数的重要性进行判定，选取层次分析法模型判定。

通过构建判断矩阵、最优传递矩阵并经一致性矩阵判别后，各个参数的权重值分别为：总池体积——35.33%、流量差——16.16%、相对流量——16.16%、立管压力——11.04%、大钩负荷——13.52、钻时——7.8%。

将钻井过程中的实时录井曲线同案例库中的发生井漏时的录井曲线作对比，得出其中的相似距离，基于统计学，设置相似距离阈值为0.3，为确保堵漏方案的准确性和经济性，使用安全性、经济性、高效性三个决策指数优选堵漏方案。

3 矿场应用

四川油田川西北地区西部为龙门山北段冲断带，北部为米仓山南缘冲断带，基于地震剖面解释，属于典型的断块油藏，其储集层以碳酸盐岩为主。储层岩石中发育溶蚀孔洞，整体构造形态为盆地周缘及内部的复杂冲断褶皱，钻井期间，易发生井漏。

以川西北收集的部分已钻实例井为例，其中川3A1、川3A2为发生小漏的案例井，川6B1、川6B2为发生中漏的案例井，川7C1、川7C2为发生大漏的案例井，川N是正常钻进案例井。为保证检索结果的实时性和准确性，采用顺序扫描及滑动5个数据的检索模式。

通过川西北井漏案例与非井漏案例之间的相似距离求取，当两个案例之间的相似距离小于阈值0.3时系统便自动实现井漏预警，并根据决策指数权重值方法优选出最佳的井漏处理方案，确保堵漏成功的同时最小化井漏处理成本。

4 结论

1）在运用测井曲线实现井漏智能识别时，首次引入界标模型根据曲线形态来实现井漏的识别，能更好的保留曲线的局部特征和整体趋势，能有效消除噪声波动。

2）该方法能适应测井资料获取不充分甚至缺失的钻井工况，避免单一参数的影响，实用性强。

3）从应用效果看，识别结果和真实值拟合度高，能从多个处理方案中优选出最佳井漏处理方案，满足现场应用的精度要求，在后续油田钻井中具有较好的应用前景。

参考文献

[1] Hayatolgheibi M, Mazinan A H. Heading angle and depth control of micro-ROVs using adaptive minimum-degree pole placement (MDPP) approach[J]. Marine Systems & Ocean Technology. 2017, 1(12): 13-28

[2] 王海彪. 井漏智能识别及处理决策研究[D]. 西南石油大学, 2017

2018年11月20日收到国家科技重大专项“钻井工程一体化软件”（2016ZX05020-006）资助。