基于DecisionSpace的海上叢式井平臺位置優(yōu)選方法

和鵬飛，韓耀圖，林家昱，袁則名

1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452

2.中海石油（中國）有限公司天津分公司海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室，天津 300451

基于DecisionSpace的海上叢式井平臺位置優(yōu)選方法

和鵬飛1，韓耀圖2，林家昱2，袁則名1

1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452

2.中海石油（中國）有限公司天津分公司海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室，天津 300451

海洋油氣開發(fā)具有高風(fēng)險、高投入和受海上環(huán)境條件限制等特點，而平臺位置的選擇問題是影響開發(fā)成本、鉆完井難易程度的首要問題。針對平臺位置優(yōu)選問題，通過對海上叢式井平臺位置選擇因素分析，利用DecisionSpace軟件的最小進尺法和權(quán)重法選擇平臺位置，綜合考慮總進尺數(shù)和作業(yè)難度，采用均勻布點法和位置加密法相結(jié)合的方式得到最優(yōu)平臺位置。最后以渤海某平臺為例進行了技術(shù)應(yīng)用分析，優(yōu)選出的平臺位置既滿足總進尺數(shù)較小又能滿足作業(yè)難度較低的要求。結(jié)果表明該技術(shù)方法應(yīng)用效果較好，對海上平臺位置優(yōu)選具有現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

平臺位置優(yōu)選；叢式井；最小進尺法；權(quán)重法

目前，海上叢式井組軌道設(shè)計缺乏系統(tǒng)研究，但無論如何規(guī)劃鉆井平臺的位置，油田開發(fā)所要求的各待鉆靶點位置均不會改變，但是井槽-靶點的水平位移會隨著鉆井平臺設(shè)計的位置而產(chǎn)生變化。井槽-靶點間的水平位移會直接影響鉆井的工程量、鉆井時長及投資成本。因此平臺位置的合理選擇是降低海上鉆井投資及風(fēng)險、提高油田開發(fā)效益的關(guān)鍵。

1 平臺位置優(yōu)選的原則

平臺位置應(yīng)盡可能地避開淺層地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域，例如斷層、淺層氣等。開發(fā)井平臺位置的選擇要遵循鉆井總進尺和總水平位移最小、整體鉆井難度較低的原則，同時還應(yīng)考慮避讓航道、水下設(shè)施、軍事禁區(qū)、單井的工程風(fēng)險及其他限制條件等，相關(guān)考慮因素如下：

（1）現(xiàn)有設(shè)備能力和工藝技術(shù)必須滿足叢式井作業(yè)要求。

（2）考慮潛力區(qū)并兼顧周邊油田開發(fā)。

（3）考慮依托周邊已有工程設(shè)施，如海底管道及附近可利用的生產(chǎn)設(shè)施。

（4）盡量避開古河道、埋積谷等易發(fā)生復(fù)雜地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域。

（5）單井最大水平位移和井深在可接受范圍內(nèi)，盡量減少三維井和高水垂比井。

（6）考慮復(fù)雜地層，如淺層氣和斷層的因素影響。

（7）盡可能避免繞障作業(yè)。

2 常用平臺位置優(yōu)選方法研究

叢式井平臺位置優(yōu)選的目的是降低鉆井施工難度，控制鉆完井總成本最小，基于此目前主要有三種目標(biāo)模型：“水平位移之和最小”、“總井深之和最小”、“總井深與總水平位移之和最小”。其中“水平位移之和最小”是當(dāng)前較符合工程實際的規(guī)劃模型，因此，目前常采用平臺-靶點水平位移之和最小為指標(biāo)的鉆井平臺位置優(yōu)選方法。

當(dāng)叢式井平臺個數(shù)、叢式井平臺與待鉆井的隸屬關(guān)系均已知時，等同于單井平臺位置優(yōu)選問題。只要將每一個叢式井平臺以及隸屬于該平臺的所有待鉆井作為一個子問題，按照典型的選址問題逐個求解即可。

該問題的數(shù)學(xué)描述如下：

（1）已知條件：待鉆井井?dāng)?shù)為N，靶點坐標(biāo)為Ti（Xi，Yi），i=1～N。

（2）優(yōu)化目標(biāo)：平臺位置P（XP，YP）。

以“平臺-靶點水平位移平方和最小”為優(yōu)選指標(biāo)，建立如下無約束規(guī)劃問題。

該模型最優(yōu)解：

式中：Xp為平臺p的原始X坐標(biāo)，m；Yp為平臺p的原始Y坐標(biāo)，m；Xi為鉆第i口井的X坐標(biāo)，m； Yi為鉆第i口井的Y坐標(biāo)，m；為平臺p的最優(yōu)X坐標(biāo)，m；為平臺p的最優(yōu)Y坐標(biāo)，m；N為待鉆井井?dāng)?shù)；為待鉆N口井的平均X坐標(biāo)，m；為待鉆N口井的平均Y坐標(biāo)，m。

顯然，以“井口水平位移平方和最小”為優(yōu)選指標(biāo)時，平臺的最佳位置P就是隸屬于該平臺的所有待鉆井的井底坐標(biāo)所對應(yīng)的中心。“中心法”實際上就是以“平臺-靶點水平位移平方和最小”為優(yōu)選指標(biāo)，方法簡單，計算工作量小，但考慮因素較少，通常只能作為平臺位置優(yōu)選的初選點。

3 基于DecisionSpace的平臺位置優(yōu)選方法研究

平臺位置優(yōu)選時可用DecisionSpace軟件進行平臺位置的選擇，常用的方法有最小進尺法和權(quán)重法，最小進尺法得到的設(shè)計軌道總長度最短，權(quán)重法施工難度較低，因此如何將二者結(jié)合選出最優(yōu)的平臺位置，成為研究的關(guān)鍵。

3.1 DecisionSpace簡介

DecisionSpace軟件是由 Halliburton旗下的Landmark公司研發(fā)的鉆井設(shè)計專用軟件，包括Asset View（三維可視化鉆井基本模塊）、3D Drill Viewkm（三維可視化鉆井知識管理模塊）、Asset Planner（井眼軌跡總體設(shè)計）、TracPlanner（軌道設(shè)計模塊）和Precision Target（精確目標(biāo)設(shè)計）五大部分。

最小進尺法與權(quán)重法是DecisionSpace中平臺位置優(yōu)選常用的兩種方法，在操作過程中將井號與對應(yīng)的靶點坐標(biāo)輸入DecisionSpace軟件后，可用最小進尺法或權(quán)重法查看平臺的初步位置。

3.2 平臺位置優(yōu)選方法的研究原理

在最小進尺法與權(quán)重法之間的區(qū)域，必然存在能夠滿足井眼軌道總長度較短同時施工難度較小這樣的最優(yōu)點，可以采取均勻布點法（粗選法，見圖1）和位置加密法（細(xì)選法，見圖2） 相結(jié)合的方式，選出最優(yōu)的平臺位置。

圖1 均勻布點法

圖2 位置加密法

將最小進尺法與權(quán)重法確定的平臺位置連線，然后以此直線為對稱軸，以直線中點為中心，作一個正方形，用豎直線將正方形n等分，在節(jié)點處進行均勻布點，每一點即為初選的平臺位置。比較各平臺位置的鉆井總進尺、最大水平位移、水垂比、扭方位井?dāng)?shù)、最大井深等數(shù)據(jù)，做出最終的權(quán)衡，粗選出平臺位置。

根據(jù)粗選的結(jié)果，采用位置加密法，以粗選出來的平臺位置為中心，在周圍劃分更細(xì)的網(wǎng)格以均勻布置若干口井，進行細(xì)選，再綜合計算出來的鉆井總進尺、最大水平位移、水垂比、扭方位井?dāng)?shù)、最大井深等數(shù)據(jù)，最終選出最優(yōu)的平臺位置。

采用均勻布點法和位置加密法相結(jié)合的方式選出的平臺位置，不僅能保證鉆井總進尺較小而且鉆井施工難度低，能有效降低鉆井成本。

3.3 實例分析

以渤海某油田為例，基于DecisionSpace軟件采用均勻布點法和位置加密法相結(jié)合的方式進行平臺位置優(yōu)選分析。

該油田建立平臺一座，鉆井8口，將井號與對應(yīng)的靶點坐標(biāo)輸入DecisionSpace軟件，分別用最小進尺法和權(quán)重法查看平臺的初步位置，確保其不在航道、軍事禁區(qū)及其他限制條件內(nèi)。

如圖3所示，最小進尺法選出的平臺位置總進尺最小，但有三口反扣井，扭方位大，施工難度較如圖4所示的權(quán)重法大，因此可以用均勻布點法先粗選平臺位置。

將圖1所示的平臺9個位置采用均勻布點法分布在最小進尺法平臺位置與權(quán)重法平臺位置之間。施工難度與井眼軌道總長度對比見表1。

圖3 最小進尺法平臺位置

圖4 權(quán)重法平臺位置

通過分析可以看出最小進尺法扭方位度數(shù)大于135°的共有2口井，施工難度大；權(quán)重法雖然只有1口但井眼軌道總長度較最小進尺法多563.48 m；平臺位置1～3，雖然節(jié)省進尺數(shù)較多但反扣井均為兩口，施工難度大不予考慮；平臺位置4、5、6與8、9同平臺位置7相比，扭方位井?dāng)?shù)較多，因此通過綜合分析對比，平臺位置7施工難度較低，節(jié)省進尺244.2 m，初步選擇位置7。

將位置7采用位置加密法進一步細(xì)分，具體分法如圖2所示。再將平臺8個位置作施工難度與井眼軌道總長度分析對比，將各個參數(shù)列在表2中。

通過對比分析（見表2），可以看出位置10扭方位井?dāng)?shù)較其他井少，最大水平位移最小，總進尺也相對較小，可以作為最終優(yōu)選的平臺位置。

從表3可以看出，將優(yōu)選出來的平臺位置10，與最小進尺法平臺位置對比，反扣井?dāng)?shù)量減少1口，扭方位井?dāng)?shù)及度數(shù)均明顯減小，有效降低了現(xiàn)場作業(yè)難度；與權(quán)重法平臺位置相比扭方位井?dāng)?shù)相同，但最大水平位移較小，施工難度整體相當(dāng)，同時總進尺減少309.14 m，能夠有效降低鉆井成本。

4 結(jié)束語

本文詳細(xì)介紹了海上叢式井平臺位置優(yōu)選需要考慮的因素，通過基于DecisionSpace軟件選出的最小進尺法和權(quán)重法平臺位置，綜合考慮總進尺數(shù)和作業(yè)難度，采用均勻布點法和位置加密法得到最優(yōu)平臺位置，優(yōu)選出的平臺位置既滿足總進尺數(shù)較小又能滿足作業(yè)難度較低的要求，研究成果對渤海油田鉆完井前期研究設(shè)計具有現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

表1 平臺位置初選對比

表2 平臺位置細(xì)選對比

表3 平臺位置優(yōu)選結(jié)果對比

[1]葛云華，鄢愛民，高永榮，等.叢式水平井鉆井平臺規(guī)劃[J].石油勘探與開發(fā)，2006，32（5）：94-100.

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[3]SY/T5505-2006，叢式井平臺布置[S].

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[6]蘇義腦.水平井井眼軌道控制[M].北京：石油工業(yè)出版社，2000：8-11.

L ocation optimization method of offshore platform for cluster wells based on DecisionSpace

HE Pengfei1，HAN Yaotu2，LIN Jiayu2，YUAN Zeming1
1.CNOOC EnerTech-Drilling&Production Co.，Tianjin 300451，China
2.State Key Laboratory of Offshore OilExploitation，CNOOC China Limited Tianjin Branch，Tianjin 300451，China

The offshore oil and gas development has the characteristics of high risk，high investment and restriction by marine environment.The platform location selection is the most important problem affecting development cost and well drilling and well completion.In this paper，the research on location optimization method of offshore platform for cluster wells is carried out.The selection factors of the platform location optimization are analyzed.The platform location is selected by minimum drilling footage method and weight method based on the software DecisionSpace，then the optimized platform location is determined with the combination of minimum drilling footage method and weighting method in comprehensive consideration of totaldrilling footage and operation difficulties.This location optimization method is applied in an offshore platform in Bohai Sea for example，the optimized platform location has the features of shorter drilling footage and less operation difficulty，which proves this method has a good applied effect.

platform location optimization；cluster wells；minimum drilling footage method；weight method

和鵬飛（1987-），男，甘肅白銀人，工程師，2010年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）石油工程專業(yè)，一直從事海洋石油鉆井監(jiān)督相關(guān)技術(shù)研究與應(yīng)用工作。Email：hepf2@qq.com

2017-03-10

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.04.006

國家科技重大專項“渤海油田高效開發(fā)示范工程”（2016ZX05058）的相關(guān)研究內(nèi)容。