可溶橋塞實(shí)時(shí)坐封智能判別方法在新疆油田的應(yīng)用

張德君 魏偉 張聞晨 何小東 朱智華 鄭光慧 劉明艷 張輝

關(guān)鍵詞：分段壓裂；橋塞坐封；智能判別；實(shí)時(shí)預(yù)警

0 引言

在非常規(guī)儲(chǔ)層開發(fā)領(lǐng)域，隨著長(zhǎng)水平井大規(guī)模分段壓裂的普及，其配套分段工具的研發(fā)與應(yīng)用也成為目前研發(fā)的熱點(diǎn)方向[1]。2019年開始，新疆油田在瑪湖致密油和吉木薩爾頁(yè)巖油等區(qū)塊大力推廣應(yīng)用可溶橋塞。相比傳統(tǒng)復(fù)合速鉆橋塞，可溶橋塞具有強(qiáng)度高、耐壓可達(dá)70MPa、遇水可溶及溶解時(shí)間可控等優(yōu)點(diǎn)。前期通過投球?qū)崿F(xiàn)橋塞坐封，在壓裂施工結(jié)束后可在返排液中自行溶解，施工作業(yè)后無(wú)須鉆磨，溶解完全后實(shí)現(xiàn)井筒全通徑，可直接投產(chǎn)，為后期油氣開采節(jié)省鉆磨橋塞作業(yè)時(shí)間及成本，提高生產(chǎn)效率[2-3]。

可溶橋塞的坐封效果是保障壓裂施工順利完成的關(guān)鍵。一般在施工開始前，通過電纜、油管等工具下放到指定位置，然后地面投球?qū)崿F(xiàn)坐封，但由于缺乏判斷手段和方法，橋塞坐封效果還是依靠技術(shù)專家現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷[4]。新疆油田非常規(guī)儲(chǔ)層區(qū)塊由于埋藏深且致密，壓裂往往需要大排量大液量才能達(dá)到有效的改造面積，整個(gè)施工過程中壓力較高、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，因此對(duì)于橋塞的坐封性能是個(gè)巨大考驗(yàn)，部分井段由于坐封效果不佳，造成了橋塞失封，導(dǎo)致壓裂施工的重復(fù)改造，給壓后效果帶來(lái)巨大影響[5-6]。同時(shí)，由于壓裂施工井往往地處偏遠(yuǎn)，在多井同步施工的同時(shí)，僅僅依靠現(xiàn)場(chǎng)人力已經(jīng)不能滿足對(duì)日益增多的失封風(fēng)險(xiǎn)控制，隨著新疆油田壓裂遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)完成（圖1） ，為遠(yuǎn)程橋塞坐封的實(shí)時(shí)判斷提供了條件[7]。通過建立橋塞坐封效果的實(shí)時(shí)判斷方法，現(xiàn)場(chǎng)將坐封前后的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳回至基地，在基地的數(shù)據(jù)中心由計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和實(shí)時(shí)分析，可對(duì)橋塞坐封存在異常的情況及時(shí)發(fā)出預(yù)警和提示，同時(shí)推送至專家監(jiān)控平臺(tái)和現(xiàn)場(chǎng)操作人員，給予相關(guān)技術(shù)人員預(yù)警提示和提供決策依據(jù)，將失效風(fēng)險(xiǎn)扼殺在初發(fā)期，后期通過多方法驗(yàn)證，橋塞坐封效果實(shí)時(shí)判斷準(zhǔn)確率達(dá)到95%以上，為保障壓裂施工效果起到了重要作用[8]。

1 橋塞坐封曲線特征研究

通過選取新疆油田已施工井橋塞坐封曲線進(jìn)行圖形特征與數(shù)據(jù)分析，歸納總結(jié)坐封成功與失效曲線的特征，統(tǒng)計(jì)坐封前后數(shù)據(jù)變化，對(duì)曲線形態(tài)進(jìn)行分析、分類，建立不同特征的曲線模板，為判斷算法提供依據(jù)。

1.1 坐封成功曲線

根據(jù)投球工藝，將整個(gè)坐封階段分為送球階段、球落座階段和試擠階段，分析曲線及數(shù)據(jù)特征，該類型曲線有明顯的球落座顯示，且投球階段壓力平穩(wěn)（如圖2），后期起壓效果好，各階段的特征如表1。

將各階段特征對(duì)應(yīng)相應(yīng)的施工曲線，統(tǒng)計(jì)坐封前后的各階段的數(shù)據(jù)，其分布特征為表2。

1.2 坐封異常曲線

統(tǒng)計(jì)坐封異常曲線，同理將橋塞坐封異常段曲線進(jìn)行階段劃分（如表3） ，對(duì)每個(gè)階段的曲線參數(shù)及數(shù)據(jù)變化特征開展統(tǒng)計(jì)（如表4） ，坐封異常曲線主要分為以下三種類型。

2 基于坐封實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的判斷方法研究

由于橋塞數(shù)據(jù)是基于排量和壓力的時(shí)序數(shù)據(jù)，橋塞坐封的各階段未進(jìn)行同步劃分，因此僅憑借實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)無(wú)法對(duì)橋塞坐封效果進(jìn)行智能判別。本文基于前期建立的圖形樣本及數(shù)據(jù)模型，利用圖形關(guān)鍵特征識(shí)別技術(shù)和異常值檢驗(yàn)實(shí)時(shí)算法，在實(shí)時(shí)曲線上對(duì)關(guān)鍵過程進(jìn)行標(biāo)注，同時(shí)針對(duì)異常信息進(jìn)行標(biāo)注，為后期實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整提供依據(jù)。

對(duì)前期各類型典型曲線進(jìn)行Z歸一化處理，剔除部分異常點(diǎn)，得到各類曲線的總體變化趨勢(shì)，利用DTW算法（動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整法）進(jìn)行動(dòng)態(tài)擬合計(jì)算，該算法在時(shí)序數(shù)據(jù)長(zhǎng)度上更具靈活性，能有效消除因?yàn)槭┕r(shí)間不一致造成階段匹配錯(cuò)誤問題（如圖4） ，具體算法為：

通過壓裂監(jiān)控平臺(tái)，在后臺(tái)開展橋塞坐封不同階段開展實(shí)時(shí)曲線與樣本曲線的實(shí)時(shí)比對(duì)，若出現(xiàn)偏差，則實(shí)施預(yù)警提醒，同時(shí)后臺(tái)專家對(duì)推送信息進(jìn)一步審核；若發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)聯(lián)系現(xiàn)場(chǎng)，商討下步措施，具體流程如圖5所示。

3 案例井展示

基于壓裂遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與輔助決策系統(tǒng)模塊[9-10]，通過曲線智能判別技術(shù)對(duì)新疆油田某區(qū)塊的橋塞坐封井開展實(shí)時(shí)判斷。從第三段的實(shí)時(shí)曲線可以看出（如圖6） ，前期送球階段壓力平穩(wěn)，維持在30-40MPa之間。球落座階段，壓力由25上升至58MPa，升幅明細(xì)，試擠階段壓力穩(wěn)定，施工壓力明顯大于同排量下送球壓力。系統(tǒng)通過比對(duì)樣本曲線，判斷坐封成功，在壓裂開始后44分提升橋塞坐封成功，后期施工順利，圓滿完成本段施工，到達(dá)改造目的。

第五段施工（如圖7） ，前期送球階段壓力平穩(wěn)，球落座階段，壓力由25上升至63MPa，升幅明細(xì)，但試劑階段壓力出現(xiàn)抖降，同排量下降幅超過20MPa。系統(tǒng)通過比對(duì)異常樣本曲線，判斷原因?yàn)榍蚵渥惓＃诨乇O(jiān)控屏發(fā)出預(yù)警信息，經(jīng)前后方專家綜合研判認(rèn)為橋塞坐封存在問題，經(jīng)與現(xiàn)場(chǎng)溝通后，停泵重新送球，后期顯示坐封成功，本段壓裂施工順利完成。

4 結(jié)論

1） 針對(duì)可溶橋塞在新疆油田非常規(guī)儲(chǔ)層的大規(guī)模應(yīng)用，本文通過選取新疆油田已施工井橋塞坐封曲線進(jìn)行圖形特征與數(shù)據(jù)分析，歸納總結(jié)了坐封成功與失效曲線的特征，共劃分為5種類型。

2） 利用圖形關(guān)鍵特征識(shí)別技術(shù)和異常值檢驗(yàn)實(shí)時(shí)算法，在實(shí)時(shí)曲線上對(duì)關(guān)鍵過程進(jìn)行標(biāo)注，同時(shí)針對(duì)異常信息進(jìn)行實(shí)時(shí)提醒，為后期實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整提供依據(jù)。

3） 依托壓裂遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與輔助決策系統(tǒng)，開展遠(yuǎn)程橋塞坐封實(shí)時(shí)判斷及失效井段實(shí)時(shí)預(yù)警，及時(shí)率100%，預(yù)警成功率達(dá)95%以上，有效支撐了新疆油田長(zhǎng)水平井分段壓裂順利開展。

4） 后期可進(jìn)一步結(jié)合井筒情況進(jìn)行失效原因分析，針對(duì)固井質(zhì)量差、套管形變、井筒積砂等問題給橋塞坐封帶來(lái)的影響進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)細(xì)分，為橋塞的選型提供依據(jù)。