百度彩票

“井工厂”钻井成本模型构建与平台部署方案优化

闫伟 丁小平 李文博

闫伟,丁小平,李文博. “井工厂”钻井成本模型构建与平台部署方案优化—以渤海湾盆地济阳坳陷致密油开发为例[J]. 百度彩票 工艺,2021,43(3):265-271 doi:  10.13639/j.odpt.2021.03.001
引用本文: 闫伟,丁小平,李文博. “井工厂”钻井成本模型构建与平台部署方案优化—以渤海湾盆地济阳坳陷致密油开发为例[J]. 百度彩票 工艺,2021,43(3):265-271 doi:  
YAN Wei, DING Xiaoping, LI Wenbo. Construction of “well-factory” drilling cost model and optimization of pad deployment scheme[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2021, 43(3): 265-271 doi:  10.13639/j.odpt.2021.03.001
Citation: YAN Wei, DING Xiaoping, LI Wenbo. Construction of “well-factory” drilling cost model and optimization of pad deployment scheme[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2021, 43(3): 265-271 doi:  

“井工厂”钻井成本模型构建与平台部署方案优化

doi: 
基金项目: 国家科技重大专项“渤海湾盆地济阳坳陷致密油开发示范工程”课题三“致密油藏开发钻井技术优化及集成”(编号:2017ZX05072-003)
详细信息
    作者简介:

    闫伟(1982-),主要从事油气井井筒完整性与智能预警、岩石力学、油井防砂等方面的研究工作,博士,副教授,博士生导师。通讯地址:(102249)北京市昌平区府学路18号。E-mail:.cn

  • 中图分类号: TE29

Construction of “well-factory” drilling cost model and optimization of pad deployment scheme

  • 摘要: “井工厂”作业模式使非常规油气实现了效益开发。通过分析非常规油气井工厂钻井的特点,明确了井工厂钻井成本构成要素,并对各要素进行了量化研究;根据井工厂钻井流程整合,构建了井工厂钻井成本分析模型;明确了井工厂钻井成本的影响因素,并对其进行了优化研究,构建了井工厂钻井成本优化算法,着重考虑了平台位置和平台数、钻井顺序、钻井学习效率、井型、井眼轨迹、批量化钻井工序、钻井液重复利用率等因素,结合渤海湾盆地济阳坳陷致密油藏钻井工程实践优化了模型参数,以成本最小为目标函数,得到了最优方案,并给出了最优方案中钻井成本各要素项的占比,其中钻机费用(40.55%)、套管费用(15.11%)、钻井液费用(14.80%)和固井费用(9.89%)为排序前4的成本要素项,4项费用之和占井工厂钻井总费用的80%以上。利用“余弦相似度”算法评估了成本计算模型的可信性,误差小于2%。该研究为非常规油气井工厂钻井方案优化设计和成本概算提供了理论依据。
  • 百度彩票

    图  1  研究思路

    Figure  1.  Research idea

    图  2  井工厂钻井成本要素构成图

    Figure  2.  Well-factory drilling cost element

    图  3  井工厂钻井成本影响因素

    Figure  3.  Influence factors of well-factory drilling cost

    图  4  井工厂钻井成本优化算法

    Figure  4.  Optimization algorithm of well-factory drilling cost

    图  5  平台位置优化图

    Figure  5.  Optimization of pad position

    图  6  不同方案成本要素走势图

    Figure  6.  Cost element trend of different schemes

    表  1  不同方案的总成本、总周期、总进尺

    Table  1.   Total cost, cycle and footage of different schemes

    项目总成本/万元总周期/d总进尺/m
    方案一7 749.504 7328.444 374.9
    方案二7 389.672 7299.743 192.4
    方案三7 550.834 5306.143 022.2
    下载: 导出CSV

    表  2  误差分析

    Table  2.   Error analysis

    要素模型计算结果/万元实际费用/万元
    总成本73 896 727.179 000 000
    钻机费用29 966 336.525 000 000
    钻前准备费用3 910 911.53 911 211
    钻井液费用10 938 71410 000 000
    套管费用11 165 44912 006 443
    固井费用7 306 266.87 556 676
    钻头费用993 424.1103 245
    定向服务费用1 716 772.11 516 734
    钻机搬安费用1 420 0001 420 000
    钻井液不落地费用6 478 852.66 898 854
    下载: 导出CSV
    var _hmt = _hmt || []; (function() { var hm = document.createElement("script"); hm.src = "https://hm.baidu.com/hm.js?646a7d1033ff411d5d7be270f3397897"; var s = document.getElementsByTagName("script")[0]; s.parentNode.insertBefore(hm, s); })(); 顶盛体育-顶盛APP下载 艾尚体育APP|艾尚体育登录|艾尚体育官网 下注app中心 od体育最新版下载 百姓购彩-购彩中心
  • [1] 张金成, 孙连忠, 王甲昌, 等. “井工厂”技术在我国非常规油气开发中的应用[J]. 石油钻探技术, 2014, 42(1):20-25. doi:  

    ZHANG Jincheng, SUN Lianzhong, WANG Jiachang, et al. Application of Multi-Well pad in unconventional oil and gas development in China[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2014, 42(1): 20-25. doi:  
    [2] 何明舫, 马旭, 张燕明, 等. 苏里格气田“工厂化”压裂作业方法[J]. 石油勘探与开发, 2014, 41(3):349-353. doi:  

    HE Mingfang, MA Xu, ZHANG Yanming, et al. A factory fracturing model of multi-well cluster in Sulige gas field, NW China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2014, 41(3): 349-353. doi:  
    [3] 陈平, 刘阳, 马天寿. 页岩气“井工厂”钻井技术现状及展望[J]. 石油钻探技术, 2014, 42(3):1-7. doi:  

    CHEN Ping, LIU Yang, MA Tianshou. Status and prospect of Multi-Well pad drilling technology in shale gas[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2014, 42(3): 1-7. doi:  
    [4] 何光怀, 李进步, 王继平, 等. 苏里格气田开发技术新进展及展望[J]. 天然气工业, 2011, 31(2):12-16. doi:  

    HE Guanghuai, LI Jinbu, WANG Jiping, et al. New progress and outlook of development technologies in the Sulige gas field[J]. Natural Gas Industry, 2011, 31(2): 12-16. doi:  
    [5] 王敏生, 光新军. 页岩气“井工厂”开发关键技术[J]. 钻采工艺, 2013, 36(5):1-4. doi:  

    WANG Minsheng, GUANG Xinjun. Key technologies for shale gas well factory development[J]. Drilling and Production Technology, 2013, 36(5): 1-4. doi:  
    [6] 黄贵生, 李林, 罗朝东, 等. 中江气田致密砂岩气藏“井工厂”钻井井眼轨迹控制技术[J]. 百度彩票 工艺, 2017, 39(6):697-701. doi:  

    HUANG Guisheng, LI Lin, LUO Chaodong, et al. Well path control technology of well factory in Zhongjiang gasfield tight sandstone gas reservoir[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2017, 39(6): 697-701. doi:  
    [7] LADLEE J, JACQUET J. The implications of multi-well pads in the Marcellus Shale[R]. Ithaca: Community and Rural Development Institute (CaRDI); Cornell University, 2011.
    [8] ARTHUR J D, BOHM B K, CORNUE D. In environmental considerations of modern shale gas development[C]//SPE Annual Technical Conference and Exhibition, 2009, New Orleans, Louisiana.
    [9] DEMONG K, HANDS R, AFFLECK B. In advancements in efficiency in Horn river shale stimulation[C]//SPE Hydraulic Fracturing Technology Conference, 2011, The Woodlands, Texas, USA.
    [10] 刘乃震. 苏53区块“井工厂”技术[J]. 石油钻探技术, 2014, 42(5):21-25. doi:  

    LIU Naizhen. Application of factory drilling technology in block Su 53[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2014, 42(5): 21-25. doi:  
    [11] 张金成. 涪陵页岩气田水平井组优快钻井技术[J]. 探矿工程(岩土钻掘工程), 2016, 43(7):1-8. doi:  

    ZHANG Jincheng. Optimal and fast drilling technology for horizontal wells in Fuling shale gas field[J]. Exploration Engineering(Rock & Soil Drilling and Tunneling), 2016, 43(7): 1-8. doi:  
    [12] 李彬, 付建红, 秦富兵, 等. 威远区块页岩气“井工厂”钻井技术[J]. 石油钻探技术, 2017, 45(5):13-18. doi:  

    LI Bin, FU Jianhong, QIN Fubing, et al. Well pad drilling technology in the Weiyuan shale gas block[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2017, 45(5): 13-18. doi:  
    [13] 尚明忠, 盖英杰, 李树荣, 等. 油田开发规划非线性多目标优化模型研究[J]. 石油钻探技术, 2003, 31(4):59-61. doi:  

    SHANG Mingzhong, GE Yingjie, LI Shurong, et al. Study on non-linear multiple objects optimal model for oil field development programming[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2003, 31(4): 59-61. doi:  
    [14] 吴祈宗, 侯福均. 运筹学与最优化方法[M]. 北京: 机械工业出版社, 2013.

    WU Qizong, HOU Fujun. Operational research and optimization method[M]. Beijing: China Machine Press, 2013.
    [15] 臧艳彬, 张金成, 赵明琨, 等. 涪陵页岩气田“井工厂”技术经济性评价[J]. 石油钻探技术, 2016, 44(6):30-35. doi:  

    ZANG Yanbin, ZHANG Jincheng, ZHAO Mingkun, et al. Economic performance assessments of Multi-Well pad drilling technology in the Fuling shale gas field[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2016, 44(6): 30-35. doi:  
    [16] 刘朝全, 蔡竟仑. 钻井学习曲线研究[J]. 西安石油学院学报(自然科学版), 1998(5):17-19.

    LIU Chaoquan, CAI Jinglun. Forecasting drilling time by learning curve[J]. Journal of Xi'an Petroleum Institute, 1998(5): 17-19.
    [17] 葛云华, 卢发掌. 丛式井平台布置和区域平台优化设计方法(ONLP)[R]. 大港石油管理局计算中心定向井公司, 1989: 5-7.

    GE Yunhua, LU Fazhang. Optimization design method of cluster well platform layout and regional platform (ONLP)[R]. Directional Well Company Computing Center Dagang Petroleum Administration Bureau, 1989: 5-7.
    [18] 王健. 海上油田钻井成本分析及控制措施探索[J]. 化工管理, 2020(14):205-206. doi:  

    WANG Jian. Drilling cost analysis and control measures exploration of offshore oilfield[J]. Chemical Enterprise Management, 2020(14): 205-206. doi:  
    [19] 史玉才, 管志川, 陈秋炎, 等. 钻井平台位置优选方法研究[J]. 中国石油大学学报(自然科学版), 2007, 31(5):44-47. doi:  

    SHI Yucai, GUAN Zhichuan, CHEN Qiuyan, et al. Location optimization method for drilling platform[J]. Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science), 2007, 31(5): 44-47. doi:  
    [20] 李文飞, 朱宽亮, 管志川, 等. 大型丛式井组平台位置优化方法[J]. 石油学报, 2011, 32(1):162-166. doi:  

    LI Wenfei, ZHU Kuanliang, GUAN Zhichuan, et al. Location optimization for the drilling platform of large-scale cluster wells[J]. Acta Petrolei Sinica, 2011, 32(1): 162-166. doi:  
    [21] 葛云华, 鄢爱民, 高永荣, 等. 丛式水平井钻井平台规划[J]. 石油勘探与开发, 2005, 32(5):94-100. doi:  

    GE Yunhua, YAN Aimin, GAO Yongrong, et al. Drilling pad optimization for oilfield development by cluster horizontal wells[J]. Petroleum Exploration and Development, 2005, 32(5): 94-100. doi:  
    [22] 卜东波. 聚类/分类理论研究及其在文本挖掘中的应用[D]. 北京: 中国科学院计算技术研究所, 2000.

    BO Dongbo. Research on clustering / classification theory and its application in text mining[D]. Beijing: Institute of computing technology, Chinese Academy of Sciences, 2000.
    [23] 徐婷. 基于成本最低原理的丛式井轨道优化设计[D]. 大庆: 东北石油大学, 2013: 15-16.

    XU Ting. Research on cluster well trajectory optimization design based on the lowest cost[D]. Daqing: Northeast Petroleum University, 2013: 15-16.
  • [1] 刘俣含, 赵志成, 石善志, 何小东, 许冬进.  基于正交试验的致密油渗吸影响因素分析 . 百度彩票 工艺, 2020, 42(2): 189-194. doi: 10.13639/j.odpt.2020.02.011
    [2] 赵振峰, 白晓虎, 陈强, 苏玉亮, 范理尧, 王文东.  基于模糊集合理论的体积压裂水平井产量预测方法 . 百度彩票 工艺, 2019, 41(4): 521-528. doi: 10.13639/j.odpt.2019.04.019
    [3] 朱金智, 游利军, 张震, 康毅力, 徐三峰, 林冲.  聚磺混油钻井液对深层裂缝性致密储层的保护能力评价 . 百度彩票 工艺, 2018, 40(3): 311-317. doi: 10.13639/j.odpt.2018.03.007
    [4] 隋阳, 刘德基, 刘建伟, 蒋明, 刘建辉, 张宁县.  低成本致密油层水平井重复压裂新方法——以吐哈油田马56区块为例 . 百度彩票 工艺, 2018, 40(3): 369-374. doi: 10.13639/j.odpt.2018.03.016
    [5] 陈挺, 邹清腾, 卢伟, 刘臣, 王治华, 牛增前.  海安凹陷阜二段致密油藏体积压裂技术 . 百度彩票 工艺, 2018, 40(3): 375-380. doi: 10.13639/j.odpt.2018.03.017
    [6] 李川, 张翔, 杜现飞, 唐梅荣, 王广涛, 李昌恒.  鄂尔多斯盆地致密油应力循环压裂技术 . 百度彩票 工艺, 2018, 40(4): 494-498. doi: 10.13639/j.odpt.2018.04.016
    [7] 汪杰, 周福建, 王云, 刘洪利, 牛莉, 黄怡潇.  致密油藏超长水平井固井水泥石力学性能评价 . 百度彩票 工艺, 2018, 40(4): 448-452. doi: 10.13639/j.odpt.2018.04.009
    [8] 黄贵生, 李林, 罗朝东, 康力, 代锋, 王翰.  中江气田致密砂岩气藏“井工厂”钻井井眼轨迹控制技术 . 百度彩票 工艺, 2017, 39(6): 697-701. doi: 10.13639/j.odpt.2017.06.007
    [9] 李伟峰, 刘云, 于小龙, 魏浩光.  致密油储层岩石孔喉比与渗透率、孔隙度的关系 . 百度彩票 工艺, 2017, 39(2): 125-129. doi: 10.13639/j.odpt.2017.02.001
    [10] 李洪, 邹灵战, 汪海阁, 刘颖彪, 章敬, 罗洪.  玛湖致密砂砾岩2 000 m水平段水平井优快钻完井技术 . 百度彩票 工艺, 2017, 39(1): 47-52. doi: 10.13639/j.odpt.2017.01.009
    [11] 赵贤正, 才博, 金凤鸣, 罗宁, 王霞, 何春明.  富油凹陷二次勘探复杂储层油气藏改造模式——以冀中坳陷、二连盆地为例 . 百度彩票 工艺, 2016, 38(6): 823-831. doi: 10.13639/j.odpt.2016.06.022
    [12] 付宣, 李根生, 崔明月, 黄中伟, 梁月松.  非均质底水油藏水平井ICD 完井耦合模型与目标剖面计算方法 . 百度彩票 工艺, 2015, 37(4): 27-32. doi: 10.13639/j.odpt.2015.04.008
    [13] 赵政嘉, 顾玉洁, 才博, 赵安军, 王彬, 吴昊.  示踪剂在分段体积压裂水平井产能评价中的应用 . 百度彩票 工艺, 2015, 37(4): 92-95. doi: 10.13639/j.odpt.2015.04.024
    [14] 邹大鹏.  大庆油田致密油水平井强抑制防塌水基钻井液技术 . 百度彩票 工艺, 2015, 37(3): 36-39. doi: 10.13639/j.odpt.2015.03.009
    [15] 辛俊和, 吴广义, 张华北.  加拿大致密气藏长水平段工厂化钻完井技术 . 百度彩票 工艺, 2014, 36(2): 7-11. doi: 10.13639/j.odpt.2014.02.002
    [16] 张茂林, 万云祥, 谢飞龙, 张彦华, 段江.  吉木萨尔致密油钻井提速技术与实践 . 百度彩票 工艺, 2014, 36(5): 18-21. doi: 10.13639/j.odpt.2014.05.005
    [17] 郭晓霞, 杨金华, 钟新荣.  北美致密油钻井技术现状及对我国的启示 . 百度彩票 工艺, 2014, 36(4): 1-5. doi: 10.13639/j.odpt.2014.04.001
    [18] 钱峰, 杨立军.  三塘湖致密油长水平段水平井钻井技术 . 百度彩票 工艺, 2014, 36(6): 20-23. doi: 10.13639/j.odpt.2014.06.005
    [19] 韩光明, 李明忠, 李岩芳, 何龙.  统一函数关系的凝析气井流入动态模型 . 百度彩票 工艺, 2007, 29(5): 26-28. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.2007.05.008
    [20] 闫铁, 刘维凯, 邹野, 毕雪亮, 毕春林.  阶梯水平井轨迹优化设计 . 百度彩票 工艺, 2007, 29(3): 8-10. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.2007.03.003
  • 加载中
图(6) / 表 (2)
计量
  • 文章访问数:  1
  • HTML全文浏览量:  710
  • PDF下载量:  333
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 修回日期:  2021-04-13
  • 刊出日期:  2021-05-31

“井工厂”钻井成本模型构建与平台部署方案优化

doi: 
    基金项目:  国家科技重大专项“渤海湾盆地济阳坳陷致密油开发示范工程”课题三“致密油藏开发钻井技术优化及集成”(编号:2017ZX05072-003)
    作者简介:

    闫伟(1982-),主要从事油气井井筒完整性与智能预警、岩石力学、油井防砂等方面的研究工作,博士,副教授,博士生导师。通讯地址:(102249)北京市昌平区府学路18号。E-mail:.cn

  • 中图分类号: TE29

摘要: “井工厂”作业模式使非常规油气实现了效益开发。通过分析非常规油气井工厂钻井的特点,明确了井工厂钻井成本构成要素,并对各要素进行了量化研究;根据井工厂钻井流程整合,构建了井工厂钻井成本分析模型;明确了井工厂钻井成本的影响因素,并对其进行了优化研究,构建了井工厂钻井成本优化算法,着重考虑了平台位置和平台数、钻井顺序、钻井学习效率、井型、井眼轨迹、批量化钻井工序、钻井液重复利用率等因素,结合渤海湾盆地济阳坳陷致密油藏钻井工程实践优化了模型参数,以成本最小为目标函数,得到了最优方案,并给出了最优方案中钻井成本各要素项的占比,其中钻机费用(40.55%)、套管费用(15.11%)、钻井液费用(14.80%)和固井费用(9.89%)为排序前4的成本要素项,4项费用之和占井工厂钻井总费用的80%以上。利用“余弦相似度”算法评估了成本计算模型的可信性,误差小于2%。该研究为非常规油气井工厂钻井方案优化设计和成本概算提供了理论依据。

English Abstract

闫伟,丁小平,李文博. “井工厂”钻井成本模型构建与平台部署方案优化—以渤海湾盆地济阳坳陷致密油开发为例[J]. 百度彩票 工艺,2021,43(3):265-271 doi:  10.13639/j.odpt.2021.03.001
引用本文: 闫伟,丁小平,李文博. “井工厂”钻井成本模型构建与平台部署方案优化—以渤海湾盆地济阳坳陷致密油开发为例[J]. 百度彩票 工艺,2021,43(3):265-271 doi:  
YAN Wei, DING Xiaoping, LI Wenbo. Construction of “well-factory” drilling cost model and optimization of pad deployment scheme[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2021, 43(3): 265-271 doi:  10.13639/j.odpt.2021.03.001
Citation: YAN Wei, DING Xiaoping, LI Wenbo. Construction of “well-factory” drilling cost model and optimization of pad deployment scheme[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2021, 43(3): 265-271 doi:  
  • 非常规油气井工厂作业模式大大提高了油田开发的经济性[1-6]。2007年,Marcellus页岩气区采用“井工厂”开发模式实现了效益开发,截至2011 年,超过78%的井利用“井工厂”模式开发[7];2011年,Barnett页岩气区通过采用井工厂开发模式在该区块的一个井场钻了36口井,大大减少了占地面积[8];HornRiver页岩气区采用井工厂开发模式,减少了21% 的总作业成本[9]。国内苏里格气田采用“方案设计最优化、工程技术模板化、施工作业流程化、作业规程标准化、资源利用综合化和队伍管理一体化”为核心的井工厂作业模式,用210 d完成了一个平台13口井的征地建井场、钻井、完井等工作[10];涪陵页岩气田对290口井采用井工厂技术,平均单井钻井周期缩短55%,平均单井钻井成本降低34%[11];威远区块的威204H11页岩气开发采用了井工厂钻井技术,钻机井间运移仅用2 h,钻井液利用率达到80%以上,大大减少了非钻井作业时间,降低了钻井成本[12]

    尽管井工厂钻井技术在油田取得了显著效果,但井工厂钻井作业仍处于“经验管理”阶段,缺乏系统性的评估与设计。另外,井工厂钻井模式是涉及多工况、多因素、多环节的一个系统问题,数学建模难度极大。

    笔者通过考虑井工厂特点和同井台钻井学习效应等因素,构建了井工厂钻井成本分析模型;又根据经济学[13]和运筹学原理[14],对影响井工厂钻井成本各因素进行优化设计;最后,结合渤海湾济阳坳陷致密油某区块的工程实际进行了实例分析。

    • 首先,通过分析确定井工厂钻井成本构成要素,对要素量化,独立建立数学模型,再按照井工厂钻井流程整合,构建井工厂钻井成本分析模型;其次,通过分析得到影响井工厂钻井成本的因素,对影响成本的因素进行优化研究,构建井工厂钻井成本优化算法,压缩成本,缩短钻井周期(图1)。

      图  1  研究思路

      Figure 1.  Research idea

    • 根据国内外井工厂钻井的工序特征,结合济阳坳陷致密油区块已钻井费用清单,确定了12项井工厂钻井成本构成要素,其中可量化要素10项,不可量化要素2项,10项可量化因素包括钻前工程费(占地面积费用和井场建设费用)、工程服务费(钻机费用、定向服务费、钻机搬安费用和钻井液不落地费用)和材料费(钻头、钻井液、套管、固井费用),不可量化因素包括监督管理费和不可预见费(图2)。

      图  2  井工厂钻井成本要素构成图

      Figure 2.  Well-factory drilling cost element

    • 钻前工程费用包括征地费用和井场建设费用两部分。

      (1)征地费用。

      $${I_{1i}} = \left\{ \begin{array}{l} \left[ {{S_1} + {s_1}({n_i} - 1)} \right]q\;\;\;\;\;\left( {{n_i} < 5} \right)\\ \left[ {{S_1} + {s_1} \times 3 + {s_2} \times ({n_i} - 4)} \right]q\;\;\;\;\;\left( {{n_i} \geqslant 5} \right) \end{array} \right.$$ (1)

      式中,I1i为第i个平台的征地费用,元;S1为首口井占地面积,一般为2 000 m2 (3亩);s1为第2、3、4口井每口井占地面积,一般为667 m2 (1亩);s2为平台第5口井及多于5口井每口井占地面积,一般为233 m2 (0.35亩);ni为隶属于第i平台的井数,口;q为每平米的占地费用,元/m2

      (2)井场建设费用。“井工厂”平台采用集中布井,从而大大减少了平均单井的占地面积,井场每增加一口井,其井场建设费用按增加10%测算。因此,单平台井场建设费用计算公式[15]可表示为

      $${I_{2i}} = {q_1}[1 + 10{\text{%}} \times ({n_i} - 1)]$$ (2)
      $${I_i} = {I_{1i}} + {I_{2i}}$$ (3)
      $${I_{\rm{b}}} = \sum\limits_{i = 1}^k {{I_i}} $$ (4)

      式中,I2i为第i平台的井场建设费用,元;k为平台数;Ii为井工厂第i平台钻前工程费用,元;q1为单井井场钻前定额费用,元;Ib为总的钻前工程费用,元。

    • (1)钻机费用。包括钻机及劳务费用。

      $${I_{{\rm{r}}n}}{\rm{ = }}{R_1}{T_n}$$ (5)

      式中,Tn为第n口井的钻井周期,d;R1为钻机及劳务日费,元/d;Irn为第n口井钻机及劳务费用,元。

      对于钻井周期Tn的计算可以按照刘朝全的钻井学习曲线研究[16],在区块、井别、井型(直井、定向井与水平井)、目的层、井深都相同的条件下,可以用普通学习曲线${T_n}{\rm{ = }}T{r^{\log _2^n}}$;若井深不同,用修正学习曲线${T_n}{\rm{ = }}{r^{\log _2^n}}{{\rm{e}}^{bH + c}}$,通过邻井或该区块已钻井学习拟合系数b,c以及钻井学习率r,再运用于该区块待钻井的钻井周期Tn测算。

      (2)定向服务费用。随着井工厂平台布井数量的增加,横向偏移距变大,定向井段长度和费用也随之增加,且平台布井数量越多,平均单井增加的定向井段长度和费用越多。

      $${I_{{\rm{ds}}n}} = {L_{\rm{2}}}{u_{{\rm{d2}}}}{\rm{ + }}{L_{\rm{3}}}{u_{{\rm{d3}}}}{\rm{ + }} \cdots {\rm{ + }}{L_i}{u_{{\rm{d}}i}}$$ (6)

      式中,Idsn为第n口井定向费用,元;Li为井眼轨迹的第i个井段的长度(i=1为直井段,定向费用计算从i=2开始,如造斜段、增斜段等),m;udi为对应井段的单价,元/m。

      (3)钻机搬安费用。井工厂开发可大量节省钻机搬迁和安装费用。区块内平台数越少,钻机大搬的次数就越少。钻机安装费用可根据平台上井数和井口布局方式,先确定钻机的大搬、中搬(排间搬迁)、整托的次数,然后根据次数和每次费用计算其总费用[17]

      $$ {I}_{{\rm{M}}i}=\left\{ \begin{array}{l}{I}_{{\rm{m}}1}+{I}_{{\rm{m}}2}({n}_{i}-1)\;\;\;\;{\text{单排井口}}\\ {I}_{{\rm{m}}1}+{I}_{{\rm{m}}2}({n}_{i}-{2})+{I}_{{\rm{m}}3}\;\;\;\;{\text{双排井口}}\end{array} \right.$$ (7)

      区块内钻机搬迁、安装的总费用可表示为

      $${I_{\rm{M}}}{\rm{ = }}\sum\limits_{i = 1}^k {{I_{{\rm{M}}i}}} $$ (8)

      式中,Im1为钻机大搬一次的费用,元;Im2为钻机整托一次的费用,元;Im3为钻机在平台内排间搬迁一次的费用,元。

      (4)钻井液不落地费用。

      $$ {I}_{\rm{B}}={\displaystyle \sum _{i=1}^{k}{\displaystyle \sum _{n=1}^{{n}_{i}}{\displaystyle \sum _{j=1}^{{m}_{\text{开}}}{H}_{nj}{d}_{nj}}}}$$ (9)

      式中,IB为钻井液不落地费用,元;m为单井开次;dnj为第n口井第j开每米钻井液不落地费用,元/m;Hnj为第n口井第j开钻井长度,m。

    • 采用批量化的单钻机井工厂作业模式,同时考虑各开次钻井液重复利用率,井身材料费用(包括钻头、钻井液、套管、固井费用)计算公式为

      $$ {I}_{\rm{C}}={\displaystyle \sum _{i=1}^{k}{\displaystyle \sum _{n=1}^{{n}_{i}}{\displaystyle \sum _{j=1}^{{m}_{\text{开}}}{\displaystyle \sum _{a=1}^{4}{H}_{nj}{d}_{anj}}}}}$$ (10)

      式中,danj为第n口井第$j$开钻头、钻井液、套管、固井每米费用,元/m。

      钻头费用d1nj按照入井各开次钻头型号实际费用计算;钻井液费用d2nj,当n=1时按照入井各开次钻井液实际费用计算,当n≥2时考虑各开次钻井液重复利用率;套管费用d3nj按照入井各开次套管型号实际费用计算;固井费用d4nj按照入井各开次固井实际费用计算。

    • 监督管理费及不可预见费可按照比例估算法进行计算,监督管理费可采用除不可预见费的其他钻井成本的一定比例K1计算,不可预见费[18]则可以按照其他钻井投资乘以比例K2进行计算。

    • (1)第i平台的钻井成本计算模型。

      $${I_{{n_i}}}{\rm{ = }}{I_i}{\rm{ + }}{I_{{\rm{M}}i}}{\rm{ + }}\sum\limits_{n{\rm{ = 1}}}^{{n_i}} {\left( {{I_{{\rm{r}}n}} + {I_{{\rm{ds}}n}}{\rm{ + }}\sum\limits_{j = 1}^{{m_{\text{开}}}} {{H_{nj}}{d_{nj}}} {\rm{ + }}\sum\limits_{j = 1}^{{m_{\text{开}}}} {\sum\limits_{a = 1}^4 {{H_{nj}}} {d_{anj}}} } \right)} $$ (11)

      式中,${I_{{n_i}}}$为第i平台${n_i}$口井的成本,元。

      (2)井工厂钻井成本分析模型。

      $$\begin{split} {I_{\rm{Z}}}{\rm{ = }}&\left( {{\rm{1 + }}{K_2}} \right)\left[ {\left( {{\rm{1 + }}{K_1}} \right)\sum\limits_{i = 1}^K {\sum\limits_{n = 1}^{{n_i}} {\left( {{I_i}{\rm{ + }}{I_{{\rm{M}}i}} + {I_{{\rm{ds}}n}} + {I_{{\rm{r}}n}}{\rm{ + }}} \right.} } } \right.\\ & \left. {\sum\limits_{j = 1}^{{m_{\text{开}} }} {{H_{nj}}} {d_{inj}}{\rm{ + }}\sum\limits_{j = 1}^{{m_{\text{开}} }} {\sum\limits_{a = 1}^4 {{H_{nj}}} {d_{anj}}} } \right] \end{split}$$ (12)

      式中,IZ为区块总成本,元。

      由式(12)可知,井工厂钻井成本分析模型中包含了征地面积费、井场建设费、钻机搬安费、钻机、钻头、钻井液、套管、固井、定向费用和钻井液不落地费用等10种可量化费用以及监督管理费和不可预见费等2种不可量化费用。

    • 经过分析确定了井工厂钻井成本影响因素(图3),通过考虑平台位置优化,平台数优化[1719-21],实现了进尺最短;通过钻井顺序优化和钻机平移技术,实现了设备利用最优化;通过井眼轨道控制等配套技术提高了钻井速度;利用井工厂钻井作业的重复作业的学习曲线法,提高了作业效率;通过批量钻井提高了钻井液的重复利用率;通过科学生产组织管理进行了井工厂钻井作业交叉作业、离线作业提高钻机进尺工作时效。对影响成本的各因素进行优化研究,形成适应井工厂钻井提速、提效,降低开发成本的井工厂钻井成本优化算法。

      图  3  井工厂钻井成本影响因素

      Figure 3.  Influence factors of well-factory drilling cost

      在该算法流程中,通过输入已知的靶点信息和枚举的初始平台数W,重点考虑平台和靶点隶属关系、井型、井眼轨迹、钻井顺序、井口排列、批量化钻井流程、各开次钻井液重复利用率、邻井钻井周期学习率等成本影响因素,来优化井工厂钻井成本,输出最小成本下的最优平台位置、平台数以及最优方案(图4)。

      图  4  井工厂钻井成本优化算法

      Figure 4.  Optimization algorithm of well-factory drilling cost

    • 利用所建的井工厂钻井成本模型及优化算法结合渤海湾盆地济阳坳陷致密油藏Y222区块12口井资料进行分析。模型具体参数为:井型为二维三段定向井,最大井斜角31.8°,造斜率4.5°/30 m(为方便计算,案例分析时所有井都采用该值);首口井征地面积2 000 m2,占地费用q为314元/m2;单井井场钻前定额费用q1为35.8万元;钻机类型ZJ45J型,钻机及动复员日费R1为10万元/d,钻井学习率r=0.887;定向服务费用200元/m;单排井口钻机搬安,大搬一次23万元,整托一次9.6万元;一开Ø311 mm钻头,二开Ø216 mm钻头,费用22元/m;钻井液费用270元/m,重复利用率22%;钻井液不落地费用150元/m;两开次套管费用:一开J55 LC套管Ø244.48 mm×8.94 mm,单价6 500元/t;二开P110 LC套管Ø139.7 mm×9.17 mm,单价6 500元/t;固井费用:油井水泥G级高抗165元/m;监督管理费及不可预见费比例系数K1=0,K2=0。

    • 不同方案的钻井平台位置优选结果见图5。圆形代表靶点,正方形代表平台,相同颜色代表隶属于同一个平台下的靶点。方案一为单个平台控制全部靶点。

      图  5  平台位置优化图

      Figure 5.  Optimization of pad position

    • 不同方案的总成本、总周期、总进尺如表1所示。方案二的钻井总成本和钻井周期最小,方案三的钻井进尺最小,由单一平台开发的方案一周期长、成本高。

      表 1  不同方案的总成本、总周期、总进尺

      Table 1.  Total cost, cycle and footage of different schemes

      项目总成本/万元总周期/d总进尺/m
      方案一7 749.504 7328.444 374.9
      方案二7 389.672 7299.743 192.4
      方案三7 550.834 5306.143 022.2

      经分析不同方案的要素成本权重如下:

      方案一:42.38%为钻机成本,14.72%为套管成本,9.47%为固井成本,14.24%为钻井液成本,3.38%为钻前准备成本,1.32%为钻头成本,4.25%为定向服务成本,1.66%为钻机搬安费用,8.59%为钻井液不落地费用。

      方案二:40.55%为钻机成本,15.11%为套管成本,9.89%为固井成本,14.80%为钻井液成本,5.29%为钻前准备成本,1.34%为钻头成本,2.32%为定向服务成本,1.92%为钻机搬安费用,8.77%为钻井液不落地费用。

      方案三:40.53%为钻机成本,14.74%为套管成本,6.83%为固井成本,14.63%为钻井液成本,6.53%为钻前准备成本,1.31%为钻头成本,1.97%为定向服务成本,2.06%为钻机搬安费用,8.55%为钻井液不落地费用。

    • 图6不同方案成本要素走势图,可以看出由模型分析得出的三种方案(平台数1,平台数2,平台数3)每一要素的变化规律,随着平台数增加,钻头费用、套管费用、固井费用、定向费用和钻井液不落地费用减少;钻机费用、钻井液费用和总成本先减少后增多;钻前工程费用和钻机搬安费用增加。同时,给出了两种方案优选方法,从总成本来看,方案二(平台数2)总成本最小,应优选方案二(平台数2);从因素费用走势来看,要想钻前工程费用和钻机搬安费用最小,优选方案一(1平台);要想钻机费用、钻井液费用最小,优选方案二(2平台);要想钻头费用、套管费用、固井费用、定向费用和钻井液不落地费用最小,优选方案三(3平台)。

      图  6  不同方案成本要素走势图

      Figure 6.  Cost element trend of different schemes

    • 由于是数学建模,需要评估模型的可信性。利用向量“余弦相似度”,分析了该模型计算的方案二(平台数2)与实际费用(平台数2)的各要素成本的相似度,该方法优于以总成本为单一因素的误差分析结果。

      表2 可知,模型计算方案二(平台数2)的各要素成本向量${I_1}$

      $$\begin{split} {I_1} = & ( {73\;896\;727.1}\;\;\;{29\;966\;336.5}\;\;\;{3\;910\;911.5}\;\;\;{10\;938\;714}\\ &{11\;165\;449}\;\;\;{7\;306\;266.8}\;\;\;{993\;424.1}\;\;\;{1\;716\;772.1}\\ & {1\;420\;000}\;\;\; {6\;478\;852.6}) \end{split} $$

      实际费用(平台数2)的各要素成本向量${I_2}$

      $$\begin{array}{*{20}{l}} {I_2} =& ( {79\;000\;000}\;\;\;{25\;000\;000}\;\;\;{3\;911\;211}\;\;\;{10\;000\;000}\\ &{12\;006\;443}\;\;\;{7\;556\;676}\;\;\;{103\;245}\;\;\;{1\;516\;734}\\ &{1\;420\;000}\;\;\;{6\;898\;854} ) \end{array} $$

      通过余弦相似度算法,计算相关系数$R = $$ \dfrac{{{I_1} \cdot {I_2}}}{{\left| {{I_1}} \right| \times \left| {{I_2}} \right|}} = {\rm{0}}{\rm{.98}}$,则该模型误差在2%以内。

      表 2  误差分析

      Table 2.  Error analysis

      要素模型计算结果/万元实际费用/万元
      总成本73 896 727.179 000 000
      钻机费用29 966 336.525 000 000
      钻前准备费用3 910 911.53 911 211
      钻井液费用10 938 71410 000 000
      套管费用11 165 44912 006 443
      固井费用7 306 266.87 556 676
      钻头费用993 424.1103 245
      定向服务费用1 716 772.11 516 734
      钻机搬安费用1 420 0001 420 000
      钻井液不落地费用6 478 852.66 898 854
    • (1)对井工厂钻井流程进行了全面分析,分别对井工厂开发模式下各作业成本进行建模计算,并且以最短水平距离和最小钻井成本进行了平台优化和成本优化,以此为基础构建了井工厂钻井成本分析模型和优化算法。该模型涉及钻井流程中多个参数,以及市场价格、劳务日费,由于不同地质、工程所取参数不同,不同地区市场价格不同,所得结果也会有所不同,需根据需要去优化模型参数。

      (2)通过分析渤海湾济阳坳陷致密油Y222区块每一要素的变化规律可知,随着平台数增加,钻头费用、套管费用、固井费用、定向费用和钻井液不落地费用减少,钻机费用、钻井液费用和总成本先减少后增多,钻前工程费用和钻机搬安费用增加。

      (3)构建了考虑“井工厂”批量化钻井模式、钻井学习效应和钻井液重复利用的平台部署方案,以成本最小为目标函数,优选出了最优平台数为2,并且给出了最优时的钻井成本权重系数。其中40.55%为钻机成本,15.11%为套管成本,9.89%为固井成本,14.80%为钻井液成本,5.29%为钻前准备成本,1.34%为钻头成本,2.32%为定向服务成本,1.92%为钻机搬安费用,8.77%为钻井液不落地费用。

      致谢:论文研究过程中,得到了中石化胜利油田钻井工艺研究院窦玉玲高级工程师给予的数据支持和建设性意见,中石化石油工程技术研究院张金成专家给予的前期理论支持,在此致以诚挚的感谢!

参考文献 (23)

目录

    /

    返回文章
    返回
    var _hmt = _hmt || []; (function() { var hm = document.createElement("script"); hm.src = "https://hm.baidu.com/hm.js?646a7d1033ff411d5d7be270f3397897"; var s = document.getElementsByTagName("script")[0]; s.parentNode.insertBefore(hm, s); })(); 顶盛体育-顶盛APP下载 艾尚体育APP|艾尚体育登录|艾尚体育官网 下注app中心 od体育最新版下载 百姓购彩-购彩中心