深水钻井周期学习曲线分析.pdf

第 3 4卷 增刊 2 0 1 2年 9月 石 油 钻 采 工 艺 OI L DRI LLI NG PRODUCTI ON TECHNOLOGY Vo 1 ． 3 4 S up ． S e p t ．2 01 2 文章 编号 1 0 0 0 7 3 9 32 0 1 2S O一0 0 9 1 0 4 深水钻 井周 期学 习曲线分 析 盛磊祥 阳文学 唐海雄 许亮斌 1 ． 中海油研究总院， 北京 1 0 0 0 2 7 ；2 ． 中海油深圳分公司， 广东深圳5 1 8 0 6 7 引用格式盛磊祥， 阳文学， 唐海雄 ， 等 ． 深水钻井周期学习曲线分析 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 1 2 ， 3 4 S 0 9 1 9 4 ． 摘要 钻井周期学习曲线可以用来评价作业者 ／ 承包商的作业技术能力、 管理水平和学习能力。通过钻井周期学习曲线 的参数敏感性分析， 提出影响建井工期的显著因素是最优钻井周期， 考虑到实际操作性， 加强经验积累、 优化管理程序、 提高学 习能力是缩短钻井周期的最经济有效的措施。结合几种不同形式的钻井周期曲线， 分析 出具体作业过程 中可能出现的问题。 通过对南海某区块深水钻井钻井周期的分析， 对该钻井平台及作业者的作业能力进行了简要的评价。提 出的方法和结论可为 作业者合理制定工期计划、 评价承包商作业能力提供参考。 关键词钻井周期 ；学习曲线；敏感性分析 中图分类号 T E 5 2 文献标识码 A Ana l y s i s o n l e a r ni ng c ur v e o f de e p wa t e r dr i l l i n g pe r i o d S H E N G L e i x i a n g ， Y A NG We n x u e ， T A NG H a i x i o n g ， X U L i a n g b i n 1 ． Re s e a r c h I n s t i t u t e o fC h i n a N a t i o n a l O f f s h o r e Oi lfie l d C o r p o r a t i o n ， B e ij i n g 1 0 0 0 2 7 ， C h i n a ； 2 ． C NOO CS h e n z h e n B r a n c hC o m p a n y ， S h e n z h e n 5 1 8 0 6 7 ， C h i n a Ab s t r a c t Dr i l l i n g p e r i o d l e a r n i n g c u r v e c a n b e u s e d t o e v a l u a t e t h e o p e r a t i n g c a p a b i l i t y , ma na g e me n t l e v e l a n d l e a rni n g a b i l i o f o p e r a t o r a n d c o n t r a c t o r ． I n t h i s p a p e r ， s e n s i t i v i t y a n a l y s i s i s d o n e t o p r e s e n t t h a t t h e o p t i mu m d ril l i n g p e rio d i s t h e p r o mi n e n t f a c t or a ffe c t i ng t he d r i l l i n g p e r i o d，b ut i n f a c t ，t h e mo r e a va i l a b l e wa y t o de c r ea s e d r i l l i n g pe r i o d l i e s o n mor e e xpe r i e nc e ，o p t i mi z e d ma n a g e me n t p r o c e d u r e a n d i mp r o v e d l e a r n i n g a b i l i ty． Ac c o r d i n g t o d i ffe r e n t k i n d o f d r i l l i n g p e rio d l e a r n i n g c u r v e ， t h e r e l a t e d a b n o r ma l o p e r a t i n g c o n d i t i o n s a r e i l l u s t r a t e d ． T h e d r i l l i n g p e r i o d l e a rni n g c u r v e i s f o u n d a c c o r d i n g t h e p r a c t i c a l p e r i o d o f o n e o p e r a t o r ． T h e me t h o d a n d c o n c l u s i o n c a n b e r e f e r e n c e d b y o p e r a t o r t o d e s i g n a r e a s o n a b l e d r i l l i n g p r o j e c t t i me a n d r a n k t h e c o n t r a c t o r ’ S o p e r a t i n g c a p a b i l i ty． Ke y wo r d s d r i l l i n g p e r i o d ； l e a rni n g c u r v e ； s e n s i t i v i ty a n a l y s i s 学习曲线的概念在工业界 由来 已久 ， 早在 1 9 3 6 年 ， T ． R Wr i g h t 提出学习曲线的理论 ， 并 由H． As h e r 首次引入航空领域得到应用 ， 后来逐渐扩展到钢铁 、 化工、 建筑 、 电子等行业 ， 得到 了业界 的认可。1 9 8 6 年 ， 美 国 A mo c o石油 公 司的 B r e t t 和 Mi l l h e i m首次 将学习曲线的概念引入钻井行业， 对阿莫科 2 0 0 0 多 口井 的数据进 行 了统计 ， 作 业 区域涉及美 国、 加拿 大 、 中东 、 北海 ， 建立 了钻井周期学 习曲线 。分析发 现钻井周期学习曲线可以用来评估作业者 ／ 承包商 的能力， 当作业者 ／ 承包商在某特定区块进行一系列 类似 的钻井作业时 ， 可以利用钻井周期学习曲线评 估其作业能力和管理水平 ⋯。 l 学习曲线的应 用 1 ． 1 学习曲线的意义 学习 曲线 的概念在工业 生产 中有着 广泛 的应 用 ， 其主要适用于开展重复性 的工作程序 ， 主要描述 了整个过程中组织和个人的效率。B r e t t 和 Mi l l h e i m 将学习曲线首次应用于石油行业， 提出当某一区块 ／ 区域进行一系列井身结构和作业步骤类似井 的钻井 基金项 目国家科技 重大专项“ 深水 油气田开发钻 完井工程 配套技术” 编号 2 0 0 8 Z X0 5 0 2 6 0 1 。 作者简介 盛磊祥 ， 1 9 8 1年生。现从 事深水钻 完井技术 的研 究工作 ， 工程师。 电话 0 1 0 8 4 5 2 3 7 3 6 。E ma i l s h e n g l x c n o o c ． e o m． c a 。 9 2 石油钻采工艺2 0 1 2年 9月 第 3 4卷 增刊 工作时， 钻井周期可以用学习曲线进行拟合， 通过对 学习曲线的分析， 可以评估作业者 ／ 服务商的管理能 力和技术水平， 描述钻井作业遇到的问题 ⋯。钻井 周期学习曲线拟合公式为 Yc l e 一 1 式 中 ， y为第 口井 的钻井 周 期 ， d ；C 为钻 井 周 期附加工期 ， 即第 1口井钻井周期 比最优钻井周期 多用的工时 ， d ；C 为学 习效率 ；C 为最优钻井周 期 ， d 。 表明作业者 ／ 承包商的管理水平及总结学习 经验 、 优化作业程序的能力。G 越大 ， 说明作业者组 织作业的能力越强 ， 能够适应作业环境 ， 及 时总结作 业经验 ， 更新优化作业程序和计划 。c 2 0 ． 5 ， 表示 学习效率较低 ， C级 ；0 ． 5 C ’ 1 ， 表示学习效率 B级 ；c 2 ≥ 1 ， 表示学习效率较高， A级。 c 为在某一特定 区块进行作业 时可实现的最 短钻井周期 ， 表 明了以现有 的技术水平 和装备能力 能够达到的最高效率。它与工艺水平、 装备能力、 井身结构 、 套管程序 、 地质构造 可钻性 有关 。如 果经历一段时间 的作业之后 ， 作业者在某一 区块的 钻井 周期基本保 持 为 G ， 意 味着从 总结经验优 化 作业程序 、 提高管理组织效率方 面已经无法再缩短 钻井周期了 ， 而必须转 向从工艺和技术创新方面去 考虑。 定义第 1口井的钻井周期和最优钻井周期之 比 为 6 c ， 。 c C C 3 ／ c 3 ， 表示 该区块 由于作业环境 、 地 质构造等方面对钻井作业造成的影响程度。如果该 区块的作业环境 、 地质构造 、 作业计划与曾经 的作业 区块类似， 而且作业者有充足的经验， 将使该区块的 作业建井附加工期 比较小 ， 即 接近 1 。如果 远大 于 1 ， 则说明作业者是在全新的区块或者采用新的工 艺进行作业。 学习效率 C ’ 较高的作业者 ／ 承包商能够在系列 井的作业 中较快达到最优钻井周期 C 1 。图 1中学习 效率 由 0 - 3 提高到 1 ， 达到最优钻井周期所需要的井 的数量由约 1 4口减少到 7口， l 5口井 的总建井工时 由 6 6 3 d 减少到 5 4 2 d ， 节省了 1 2 1 d 。对于学习效率 相 同的作业者 ／ 承包商 ， 通过周密 的计划 和充分 的 准备 ， 缩短初始井的作业时间 ， 可以缩短总的建井工 期 l o图 2中第 l口井由 5 5 d减少到 4 5 d ， 1 5口井 的总建井工时缩短 了 3 8 d 。在深水钻井 领域 ， 对于 动辄上百万 的 日费 ， 缩短工期意味着费用的大幅 降低 ， 因此是作业者必须考虑的问题。 第i／ 口井 图 1 C2 不同时钻井周期学习曲线 图 2 C 不同时钻 井周期 学习曲线 1 ． 2 建井学习曲线的参数敏感性分析 作业者更关 心 的是通过 哪些具体 的措施能够 显著缩 短作业工期 、 节省 费用。以 2 0口井 的建井 工期 为例 ， 假设作业 者在某一 区块 连续进行 2 0口 系列井 的作业 ， 根 据学 习曲线 可 以得到 2 0口井 的 建井工期 Y 1 r 3 ⋯ 9 0 2 0 f G e c 2 C 1 1 2 ‘ ＼ ， ” l 式中 ， 为第 口井钻井周期 ， d 。 以这 2 0口系列井建井工期为 目标函数 ， 由式 2 发现影响工期的参数有 3个 ， 因此根据正交分析的 原则 ， 制定 了 3阂素 2 水平正交实验表 ， 通过计算得 到不 同条件下的 2 0口系列井 的建井工期 。利用极 差分析法分析各因素影响的大小， 极差大表明该因 素的影 响大 ， 是主要因素；极差小说 明该 因素 的影 响小 ， 为次要 因素 。 根据正交实验安排 与系列井钻井周期 的 3个参 数 ， 每个参数 取 2个值 ， 建立 2 。 3因素 2水平 正交分析表 ， 各参数与参数水平设置见表 l 。 表 1 系列井钻井周期正交实验设计的参数与水平 将系列井的建井工期作为控制 目标 ， 共进行 4 次正交实验分析 ， 相关计算参数及实验结果见表 2 。 盛磊祥等 深水钻井周期 学习曲线分析 9 3 表 2 系列井钻井周期 L 4 2 正交实验及极差分析 如表 2所示 ， 根据极差分析的结果 ， 按照极差值 的大小排序 ， 得到影响建井工期最显著的因素是最 优钻井周期 G， 其次是学 习效率 C ’ ， 最小 的是钻井 周期附加工期 c 。因此对于作业者如何缩短工期节 省费用， 效果最明显的方式是改进技术水平和装备 能力 ， 减小最优钻井周期 ；另外在作业过程 中加强 学习和总结 ， 持续改进 管理方式和作业程序也能有 效地缩短工期 ；最后 ， 对于 区块 内的最初 的几 口井 应该充分地做好准备工作 ， 减小钻井周期附加工期， 有利于缩短整个项 目的作业工期 。 但是实际过程 中， 要想通过创新工艺 和升级装备能力 ， 需要相 当长时 间的积累和高额的费用 ， 正所谓管理也能出效益 ， 利用 区块 的作业经验， 及时总结 ， 调整管理策略 ， 优 化钻井作业程序 ， 加强借鉴 ， 提高学习能力 C ， ， 是 当 前提高钻井效率 、 缩短建井工期的最直接手段。 2 4 种形式的学 习曲线 图 3 给出了4种不 同形式的钻井周期学习曲线。 图 3 a 是典型的钻井周期学习曲线 Y 5 5 e 3 5 ， 作业者 ／ 承包 商进入新 的作业 区块 ， 完成 了一 系列相似作业程序 的井 ， 经过一段时间的经验积 累 和总结， 单井钻井周期由最初的9 0 d降低到最终的 最优钻井周期约 3 5 d 。 图 3 b 是优化的钻井周期学习曲线 ， 分为 2部 分 Y 1 5 5 e “ ’ 4 5 ， Y 2 5 e ’ 3 0 ， 说 明作 业 者 ／ 承包商经历了 2次学习曲线的建立过程 ， 经过第 1 次连续作业之后 ， 作业时间基本达到最优钻井周期 ， 然后在此基础上又经历了新一轮的作业并逐渐达到 第 2次的更小 的最优钻井周期 ， 说明在第 1 次达到 最优钻井周期之后 ， 作业 者 ／ 承包商通过改进新 的 工艺 ／ 工具使得钻井效率大大提高 ， 钻井周期缩短。 图 3 c 是重新 建立 的建井 曲线 ， 分为 2部 分 ， Yl 5 5e n 3 5 ，Y 2 65 e ’ 4 5，作业 者 ／ 承包 商 经历了 2次钻井周期学 习曲线的建立过程 ， 经过第 1 次连续作业之后 ， 作业 时间基本达到最优钻井周期 ， 然后又脱离之前的趋势 ， 又重新建立建井学习曲线 ， 说明在第 1 次达到最优钻井周期之后， 作业者 ／ 承包 商可能连续遇到了新 的复杂情况 ， 或者 由于井身结 构的不同， 作业程序与之前的井相比较为复杂， 需要 重新适应和熟悉， 因此对应的钻井周期附加工期和 最优钻井周期变长。 图 3 d 是无序 的钻井周期学习曲线 ， 钻井周期 较为分散 ， 说 明作业者 ／ 承包商没有对作业经验进行 认真总结， 作业计划准备不充分， 或者作业区块的情 况过于复杂， 每口井都遇到了新的问题， 导致各 口井 的作业程序和工艺 ／ 工具的使用差别较大 ， 邻井的可 参考性较差 。 颢 匿 删 1 O 0 8 O 踩 匣6 O 4 0 20 O 5 1 0 1 5 第“ 口井 b 2 0 卜 人 } 一 0 5 l 0 l 5 第 口井 d 图3 4种钻井周期学习曲线 加 ∞ 舳 ∞ ∞ 加 p ／ 躁暖牧删 石油钻采工艺 2 0 1 2年 9月 第 3 4卷 增刊 3 南中国海某深水平台建井效率分析 某作 业者在南 中国海 海域完成 了一系列 的钻 井作业 ， 这些井水深在 7 5 0 ～ 1 5 0 0 m之间 ， 井身结构 和套管层次基本相 同， 钻井过程中的地层可钻性基 本一致 ， 承包商和服务商也一直保持稳定 ， 因此符合 学习曲线的应用条件。表 3给出了其中 1 0口井的 钻井周期 ， 为了保证其对学 习曲线的适应性 ， 将扣除 0 2 4 4 ． 5 mm套管下人、 固井及后续 的试油作业 和重 大事故平台修理所占用的时间。 表 3 某深水平台作业钻井周期 利用 Ma t l a b软件的曲线拟合工具 ， 对钻井周期 进行拟合 ， 如图 4所示。 图 4 该平 台在南 中国海作 业的钻 井周期 学习曲线 钻井周期 附加工期 C 5 6 ． 9 9 ， 表 明该平 台进入 南 中国海海域 ， 利用该钻机完成第 1口井钻井周期 比理想的最优钻井周期多用工时 5 6 ． 9 9 d 。 学习效率值 C 2 0 ． 8 0 9 7 ， 表明作业者的管理水平 以及总结经验优化作业、 适应新作业环境的能力较 强 ， 属于 B级。 最优钻井周期 C 3 2 8 ． 5 7 ， 表 明以该平 台现有 的 技术水平和装备能力 ， 熟悉作业环境、 优化管理方式 和施工程序所能够达到的最高效率。如果希望继续 大幅度缩短工期 ， 只能考虑从工艺和技术创新方 面 实现。 a 2 ． 9 9 4 ， 远大于 1 ， 说 明作业者是首次在该区域 进行作业 ， 经验积累和对作业环境经历 了一个适应 和优化调整的过程。 4 结论 1 钻井作业是 经验性很强 的工作 ， 当作业 者 ／ 承包商在某一特定 区块进行一系列 的类 同作业时 ， 作业能力 、 管理水平和学习能力可 以利用钻井周期 学习曲线进行评估。 2 在同一区块的钻井作业 ， 由于地质条件类似 ， 作业环境相 同， 井身结构相同， 实际上各 口井都在做 着重复的工作， 相互之间的可借鉴性较强。因此， 在 新区块的作业， 长期的作业计划比单井作业更能节 省工期和费用。 3 虽然通过敏感性分析发现 ， 影响建井工期的 因素的先后顺序是最优钻井周期、 学习效率、 钻井周 期附加工期 ， 但是 ， 缩短最优钻井周期意味着技术和 装备能力 的改进 ， 这需要 相当 的技术 积累和费用 。 因此最经济有效 的措施是做好经验积累， 及 时总结 ， 调整管理策略， 优化钻井作业程序 ， 提高学习能力 。 参考文献 l 1 J B R E T T J MI L L HE I M K K． T h e d r i l l i n g p e r f o r ma n c e c u r v e A y a r d s t i c k f o r j u d g i n g dri l l i n g p e rf o rm a n c e[ R]． S PE 1 5 36 2，1 9 86 ． 1 2 J WA R DT J D． De e p wa t e r S u c c e s s t h t o u g h p r e d i c t a b l e a n d d i s t i n c t i v e d r i l l i n g a n d c o mp l e t i o n p e r f o r ma n c e l R]． S P E 8 7 1 1 7 ， 2 0 0 4 ． [ 3] 徐荣强， 陈建兵， 刘正礼，等 ． 喷射导管技术在深水钻 井作业 中的应用 [ J ]． 石 油钻探技 术， 2 0 0 7 ， 3 5 3 1 9 2 2． [ 4] 中海石油研究中心 ． 深水钻井隔水管简化工程方法研 究 [ R]． 北京中海石油研究中心， 2 0 0 6 4 8 ． 5 7 ． [ 5] 涂乙． 优化 区块钻井生产管理程序及提高生产时效[ J ] ． 化学工程与装备， 2 0 0 9 ， 3 8 1 1 5 7 ． 6 0 ． 修改稿收到 日期 2 0 1 2 。 0 7 1 3 [ 编辑朱伟 ]