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隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展以及實際鉆井情況的日益復(fù)雜化，業(yè)內(nèi)專家一致認(rèn)為鉆井界應(yīng)該從大規(guī)模的數(shù)據(jù)中尋找趨勢，而不應(yīng)該依靠個人的直覺來理解新技術(shù)鉆頭的價值和性能。在評估新產(chǎn)品和新技術(shù)及其對鉆井性能的影響時，鉆井界依賴傳統(tǒng)的比較經(jīng)驗和“直覺”。但這種方法存在著很大的問題，因為即使是在同一個井場或位置，具體的鉆井實況都是千差萬別的，從來沒有任何兩口井是以同樣的方式進(jìn)行鉆進(jìn)的。
 
以前，在鉆頭選型方面最常用的慣例是進(jìn)行同類試驗，即工程師會在匹配定義具體鉆井應(yīng)用的所有不同因素方面找到最接近的鄰井對比相關(guān)參數(shù)。然而，這幾乎是不可能做到的，因為有太多影響鉆井性能的因素是不可控的。例如，只要稍微改變一下螺桿鉆具的過盈配合，就可以極大地改變其傳遞扭矩的能力。實際上，服務(wù)提供商應(yīng)該在意一種產(chǎn)品是否比競爭對手或上一代產(chǎn)品更好，而在于如何確保產(chǎn)品能夠合理的應(yīng)用。隨著鉆井工業(yè)朝著靠更多數(shù)據(jù)驅(qū)動決策方向的發(fā)展，這個解決方案似乎是必須“做大”，即從宏觀數(shù)據(jù)方面著手。
 
  
圖1
圖1 展示了RipSaw PDC鉆頭應(yīng)用交替變化的后傾角設(shè)計，以此來控制過渡區(qū)的切削齒吃入深度。大規(guī)模測試和對產(chǎn)品使用結(jié)果的統(tǒng)計分析是正確定義和量化產(chǎn)品性能的一種嚴(yán)格的方法，它需要大量的產(chǎn)品應(yīng)用以及大量的鄰井?dāng)?shù)據(jù)作為依據(jù)，但這恰恰是鉆井界應(yīng)該努力做到的，而不應(yīng)依賴于快速簡單的同類比較方法。
 
最近，美國阿特拉公司的技術(shù)人員決定使用統(tǒng)計分析技術(shù)對大規(guī)模數(shù)據(jù)集進(jìn)行分析，以量化其新型RipSaw鉆頭帶來的實際性能改進(jìn)。該技術(shù)的應(yīng)用在美國德克薩斯州西部鉆進(jìn)的12¼英寸的直井中間段。該層段被鉆井工業(yè)界公認(rèn)為是過渡性地層鉆井的最大挑戰(zhàn)之一。該公司首先廣泛查詢了其鉆頭應(yīng)用數(shù)據(jù)庫中過去180天內(nèi)12¼英寸井段的鉆井情況，發(fā)現(xiàn)有128家不同的鉆井作業(yè)商共鉆了2147口井，下井次數(shù)為3264，鉆井進(jìn)尺超過1100萬英尺。另外，阿特拉公司已經(jīng)開始對新系列鉆頭產(chǎn)品進(jìn)行測試，因此其數(shù)據(jù)集中包括了采用新技術(shù)鉆頭所進(jìn)行的434次下井鉆進(jìn)和180萬英尺的鉆井進(jìn)尺，以確保查詢結(jié)果具有實際的統(tǒng)計意義。
 
既然從如此大的數(shù)據(jù)集開始進(jìn)行統(tǒng)計分析，因而就有必要從不同于典型性能指標(biāo)的角度來進(jìn)行具體的分析。其總體分析的重點是發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中的趨勢，而不是分析單次下井的情況。在此過程中，該公司的工程師們試驗了各種技術(shù)，其中包括找出一套舊的牙輪鉆頭性能分析資料，并將其應(yīng)用在PDC鉆頭上。
 
在該層段鉆井的一個關(guān)鍵方面是一只鉆頭是否能一次下井就從套管鞋一直鉆到底。在通過該層段的大約三分之一到四分之三的過程中，鉆井人員會遇到Cherry和Brushy Canyon地層，這兩種地層會導(dǎo)致PDC鉆頭切削結(jié)構(gòu)的損壞。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，大約有三分之一的鉆井作業(yè)不會通過這部分井段。
 
在數(shù)據(jù)集中分離出鉆離套管鞋的首次鉆井情況，并創(chuàng)建了一個風(fēng)險曲線圖，該圖描述了鉆頭能夠鉆抵給定距離的統(tǒng)計概率。結(jié)果表明，該公司的新型鉆頭有80%的機(jī)會鉆到5150英尺的測量深度，而競爭對手的鉆頭只有50%的機(jī)會鉆抵這一深度。相同過濾數(shù)據(jù)的方框圖和觸須圖表明，新型鉆頭的下四分位運行將是幾乎任何其它類型鉆頭的上四分位運行，也就是說，該公司這種新型鉆頭的鉆井性能下限已達(dá)到了其它類型鉆頭性能的上限水平。
 
 
圖2
圖2顯示，RipSaw鉆頭的四分位間距更小，說明其鉆井性能更加一致。該公司的新型鉆頭在失效前吸收更多能量的機(jī)會更大。另一種方法是繪制相同的風(fēng)險曲線圖，但使用總能量作為性能指標(biāo)，以百萬磅-轉(zhuǎn)數(shù)為單位，這是當(dāng)鉆頭在井底時施加在鉆頭上的總轉(zhuǎn)數(shù)乘以鉆壓的總和。該技術(shù)曾被用于牙輪鉆頭，以預(yù)測其軸承的可靠性?？紤]到數(shù)據(jù)集中軸承失效的情況，必須對固定切削齒PDC鉆頭使用不同的度量。技術(shù)人員對數(shù)據(jù)集進(jìn)行了過濾，以確定鉆頭的鈍化狀態(tài)表明它們已經(jīng)到了其工作壽命的極限。由于嚴(yán)重的損壞，鉆頭已無法修復(fù)或是已經(jīng)磨損到了鉆頭刀翼的頂部。這描述出鉆頭在必須被起出井眼前所能承受的總能量。
 
在美國，約百分之五十的在用鉆機(jī)都集中在二疊紀(jì)盆地區(qū)域，因此即使是很小的性能增長也意味著巨大的成本節(jié)約。通過統(tǒng)計分析，阿特拉公司能夠證明并量化其新技術(shù)鉆頭所取得的成果。在這項研究中，通過計算出434次新鉆頭每英尺所節(jié)約的成本，發(fā)現(xiàn)總的成本節(jié)約超過了7400萬美元，即每口井可節(jié)省171000美元的鉆井成本。