海上油田钻井学习曲线规律研究

朱海峰1刘兆年2

2.中海油研究总院钻采研究院北京100028

摘要：学习曲线可以用于个人和组织，反应了在一定时间内获得的技能或知识的速率。设定合理的学习率和学习曲线，作为项目工期设计和考核的依据，可以达到技术进步和管理提升推动钻完井提效降本的目的。本文通过理论及实际钻井作业分析，建立了陆上钻井学习曲线模型，根据海上实际工况对其进行修正，得到了海上油田钻井学习曲线模型。针对全海域的学习率数据，分析了不同影响因素下，学习率的影响因素和规律。研究表明，学习率的大小除与作业水平相关外，最重要的影响因素为该地区的潜力空间，通过分析该地区的作业潜力，预测该区域的学习率可为海上钻完井工期的预测和考核提供依据。

关键词：学习曲线学习率钻井设计钻井工期

StudyontheLawofDrillingLearningCurveinOffshoreOilField

ZhuHai-feng1，LiuZhao-nian2

（CNOOCInternationalLtd，Drilling&CompletionDepartment1，Beijing100027，China；

CNOOCResearchInstituteDrillingandMiningBranch2，Beijing100028，China）

[Abastract]Thelearningcurvecanbeappliedforinpidualsandorganizationstorespondtotherateofskillorknowledgeacquiredatagiventime.Settingareasonablelearningrateandlearningcurve，asabasisforprojecttimedesignandevaluation，canachievethegoaloftechnologicalprogressandmanagementpromotion.Basedonthetheoryandpracticaldrillingoperation，thispaperestablishesamodeloflanddrillinglearningcurve，whichisrevisedaccordingtotheactualconditionsofthesea，andhasobtainedthemodelofdrillinglearningcurveinoffshoreoilfield.Accordingtothestudyratedataofthewholeoffshorearea，theinfluencefactorsandrulesoflearningrateareanalyzed.Thestudyshowsthatthescaleofthelearningrateisthemostimportantfactorfortheregion'spotentialspace，byanalyzingthepotentialofthearea.Itispredictedthatthestudyrateoftheregioncanprovidethebasisforthepredictionandevaluationofthedrillingandcompletionperiodofthewell.

[Keywords]learningcurve1learningrate2drillingdesign3drillingperiod4

目前国际油价下跌，为科学有效的进行钻井工期的设计和考核，本文开展海上油田钻井学习曲线研究。在经过对大量已钻井数据的统计分析并总结钻井工期规律和优快钻井经验的基础上，首次在工期设计和考核中引入学习率的概念，建立了海上油田钻井学习曲线模型，形成了海上钻完井学习曲线设计方法。该方法达到了以管理提升促进提效和降本的效果，有力促进了质量效益年降本增效目标的完成。

本文针对海上钻完井学习曲线设计方法进行了介绍和讨论，为海上钻完井工期的预测和考核提供依据，并为进一步研究海上钻完井工期预测方法提供思路。

1海上油田学习曲线介绍

1.1国内外钻井学习曲线的研究应用情况

自20世纪80年代起，国内外的研究者们针对钻井学习曲线进行了一系列的研究。1986年，Brett，Millheim等[1]将学习曲线理论应用于钻井领域，并对阿莫科2000多口井的数据进行了统计，建立了钻井周期学习曲线。1997年，Phillips石油公司在中国南海的西江油田钻20口井，投标及实际钻井要求钻井周期后一口比前一口提前0.4天，其依据就是学习曲线。1998年，刘朝全等[2]，对塔里木油田某区块的1991至1993年间的钻井周期通过学习曲线分析，取得满意效果。2005年，lyoho，meize，millheim等[3]，利用学习曲线对墨西哥湾的钻井周期进行了分析。2011年，Wright指出可以利用学习曲线分析非常规油气藏的开发。2012年，Sanyal，Morrow[4]利用学习曲线分析了4000口地热井的钻井周期。但前人的钻井曲线模型都为陆上模型，海上钻井基本都为定向井、水平井和大位移井，陆上钻井模型主要针对直井模型建立，不能准确的反应的出海上钻井的学习规律。

1.2海上油田钻井学习曲线模型

1.2.1陆上钻井学习曲线模型

钻井过程中，行程钻速随所钻深度增加而减少，钻井时间与深度存在函数关系。根据学习曲线的定义，假设第一次完成时间T，第二次通过学习提前完成，第三次学习第二次经验，完成时间将更提前……完成时间与学习收获存在函数关系。

将以上两个因素综合考虑，可以得到陆上钻井学习曲线模型：

（1）

式中：

Tn—钻第n口井的工期，天；

A，b，r为常系数；

（1-r）为学习率。

该模型的使用条件为：同区块、井型、井别、目的层；无重大复杂事故。

1.2.2模型修正

陆上钻井的井型简单，以直井为主，而海上钻井以定向井为主，考虑到陆上与海上钻井工况的差异，需要对陆上钻井学习率模型进行修正。定向井的难度会对钻井工期产生影响。

钻井工期可分为：进尺时间、进尺辅助时间、地层评价时间、固井时间和非生产时间。

（2）

除去和井的情况无关的时间（地面作业时间）：

（3）

钻井时间除MD外，与起下钻速度、起下套管速度和钻井辅助时间有较大关系，但该类因素并不与MD相关：

（4）

单个的参数无法满足对于钻井难度的表征，通过大量调研，得到定向井的难度系数计算公式如下：

（5）

考虑到海上油田定向井难度，对陆上钻井学习率模型进行修正[5]：

（6）

对于不同的难度系数，f（DDI）取值如表1所示。

表1不同难度系数下f（DDI）的取值

2全海域学习率分析

2.1全海域学习率统计

为分析海上钻井学习率，对近年来全海域44个油田（平台），477口井的学习率进行了统计，统计结果如图3所示。

表2全海域学习率统计

2.2不同因素对学习率的影响分析

为分析学习率的影响因素，寻找决定学习率的关键参数，对于可能影响学习率的各因素进行分析，主要包括地层因素、井型因素和机具因素等。

2.1.1地层因素影响分析

渤海地区主要的开发储层为明化镇、东营组和沙河街组，统计分析不同储层开发井的钻井学习率，为分析不同地层学习率对比结果如图3所示。

（a）未排除机具因素

（b）自升式钻井平台式钻井船

图4不同地层学习率对比结果

由对比结果可知：

（1）明化和东营的学习率基本相同；

（2）沙河街学习率反而相对较高，可能原因如下：地层复杂，经验积累和技术进步带来工期较大幅度减少；若处理不当，易产生负学习率。

2.1.2井型因素影响分析

不同井型学习率对比结果如图4所示。

（a）统计结果

（b）拟合结果

图5不同井型学习率对比结果

由图5可知：

（1）从统计结果看，以水平井为主和以定向井为主的学习率基本无差别；

（2）该油田6口井都为大位移井，平均井深4938m，学习率为7%，与常规井为主的平台学习率差不多；

（3）对于不同井深的井，只要井型类似，具有类似学习率。

2.1.3机具因素影响分析井型因素影响分析

不同机具学习率对比结果如图4所示。

（a）渤海地区统计结果

（b）深圳地区统计结果

（c）湛江地区统计结果

图6不同机具学习率对比结果

由统计结果可知：

（1）总体讲，渤海地区钻井船学习率明显高压于模块钻机，钻井船队伍成熟；

（2）深圳地区，基本统计都为模块钻井的学习率平均为3.6%，模块钻机队伍成熟；

（3）湛江地区，全都为自升式钻井平台式钻井船，平均学习率为9.4%。

2.3统计结果分析

对以上统计结果进行分析可以得到如下结论。

表4统计结果分析

分析结果初步确定了各海域、不同地层、不同机具的学习率取值基础值。

3考虑学习率的工期设计讨论

3.1基本原则

从统计结果看，国内海上油田钻井学习率具有普遍性，可以考虑采用学习率进行设计和考核。

对于特殊情况的井，可暂不考虑使用学习率，原因如下：

（1）地质风险明确，但现有钻井技术方案无法保证快速正常钻进的油田（如：易塌易漏地层，井壁不稳定地层等）；

（2）复杂井和高风险井：例如深水井、深井、高温高压井，大位移井、多底井等；

（3）在一种钻井方式下，钻井井数少4口的油田，建议不采用学习率。

学习率根据本油田可学习的程度（潜力）确定，学习的空间（潜力）越大，选取的学习率越高，与平均工期估算方法相比的工期节省率就越高。

3.2基本思路

综合分析本油田近三年作业水平（新油气田要求与邻近油气田进行对比分析），根据当前水平与成熟阶段水平的潜力空间确定项目所处的阶段，设定合理的学习率。

图7油田学习率设计思路

图中：

当前平均工期—近三年平均工期，天；

成熟平均工期—取近三年已钻井工期前1/3井平均工期为成熟工期；

平均工期和最优工期随时间不断变化。

3.4学习率取值

油田学习率可根据学习系数取值，学习系数计算公式如下：

（7）

根据项目所处不同的学习阶段（可学习潜力空间/学习系数）制定相应的学习率：

（1）前期学习阶段（学习系数>0.60），学习率取3～5％；

（2）中期学习阶段（学习系数0.35～0.60），学习率取2～3％；

（3）后期学习阶段（学习系数0.10～0.35），学习率取1～2％；

（4）成熟阶段（学习系数0～0.10），不再设定学习率。

图8不同学习阶段学习率曲线

从图8可以看出，在相同的学习率情况下，井数越多，工期节省率越高，普通海上平台钻井数在20口左右，通过历史经验，现海上作业平均学习率在2%～3%左右，前期设计钻井工期可节省约10%。

4结论

（1）从统计结果看，国内海上油田钻井学习率具有普遍性，可以考虑采用学习率进行设计。

（2）按照学习率根据本油田可学习的程度（潜力）确定，学习的潜力空间越大，选取的学习率越高，无学习空间，则不考虑学习率。

（3）取该油田和临近油田类似井前三年平均工期作为初始工期；取考虑取近一年和近三年作业类似油田（平台）已钻井最快10%井的平均工期或按工序进算的工期作为最优工期；取最优工期的1.1倍作为成熟工期。

（4）通过考虑学习率的工期设计可以更科学的预测实际钻井工期，有效降低设计工期。

参考文献：

[1]Brett，J.F.，&Millheim，K.K.TheDrillingPerformanceCurve：AYardstickforJudgingDrillingPerformance.SPE-15362-MS，1986，January1.

[2]刘朝全，蔡竟仑.钻井学习曲线研究西安石油学院学报（自然科学版），1998，05：23-25+4.

[3]Iyoho，A.W.，Meize，R.A.，Millheim，K.K.，&Crumrine，M.J.LessonsfromintegratedanalysisofGOMdrillingperformance.SPE-97464-PA，2005，March1.

[4]SKSanyal，JWMorrow，MSJayawardena，etc.Geothermalresourceriskinindonesia-Astatisticalinquiry.SGP-TR-191，2001，February2.

[5]刘兆年，刘书杰，孙东征，等．海上油田钻井学习曲线模型的建立中国海上油气，2014，26（5）：70-74．