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隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展以及實(shí)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(shì)，而不應(yīng)該依靠個(gè)人的直覺(jué)來(lái)理解新技術(shù)鉆頭的價(jià)值和性能。在評(píng)估新產(chǎn)品和新技術(shù)及其對(duì)鉆井性能的影響時(shí)，鉆井界依賴傳統(tǒng)的比較經(jīng)驗(yàn)和“直覺(jué)”。但這種方法存在著很大的問(wèn)題，因?yàn)榧词故窃谕粋€(gè)井場(chǎng)或位置，具體的鉆井實(shí)況都是千差萬(wàn)別的，從來(lái)沒(méi)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(yàn)，即工程師會(huì)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(duì)比相關(guān)參數(shù)。然而，這幾乎是不可能做到的，因?yàn)橛刑嘤绊戙@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(guò)盈配合，就可以極大地改變其傳遞扭矩的能力。實(shí)際上，服務(wù)提供商應(yīng)該在意一種產(chǎn)品是否比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(dòng)決策方向的發(fā)展，這個(gè)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(jì)，以此來(lái)控制過(guò)渡區(qū)的切削齒吃入深度。大規(guī)模測(cè)試和對(duì)產(chǎn)品使用結(jié)果的統(tǒng)計(jì)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(jiǎn)單的同類比較方法。
 
最近，美國(guó)阿特拉公司的技術(shù)人員決定使用統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)對(duì)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(lái)的實(shí)際性能改進(jìn)。該技術(shù)的應(yīng)用在美國(guó)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(guò)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(kù)中過(guò)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(guò)1100萬(wàn)英尺。另外，阿特拉公司已經(jīng)開(kāi)始對(duì)新系列鉆頭產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)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(wàn)英尺的鉆井進(jìn)尺，以確保查詢結(jié)果具有實(shí)際的統(tǒng)計(jì)意義。
 
既然從如此大的數(shù)據(jù)集開(kāi)始進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，因而就有必要從不同于典型性能指標(biāo)的角度來(lái)進(jìn)行具體的分析。其總體分析的重點(diǎn)是發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中的趨勢(shì)，而不是分析單次下井的情況。在此過(guò)程中，該公司的工程師們?cè)囼?yàn)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(gè)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(guò)該層段的大約三分之一到四分之三的過(guò)程中，鉆井人員會(huì)遇到Cherry和Brushy Canyon地層，這兩種地層會(huì)導(dǎo)致PDC鉆頭切削結(jié)構(gòu)的損壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，大約有三分之一的鉆井作業(yè)不會(huì)通過(guò)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(gè)風(fēng)險(xiǎn)曲線圖，該圖描述了鉆頭能夠鉆抵給定距離的統(tǒng)計(jì)概率。結(jié)果表明，該公司的新型鉆頭有80%的機(jī)會(huì)鉆到5150英尺的測(cè)量深度，而競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的鉆頭只有50%的機(jī)會(huì)鉆抵這一深度。相同過(guò)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(yùn)行將是幾乎任何其它類型鉆頭的上四分位運(yùn)行，也就是說(shuō)，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(shuō)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(huì)更大。另一種方法是繪制相同的風(fēng)險(xiǎn)曲線圖，但使用總能量作為性能指標(biāo)，以百萬(wàn)磅-轉(zhuǎn)數(shù)為單位，這是當(dāng)鉆頭在井底時(shí)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(cè)其軸承的可靠性。考慮到數(shù)據(jù)集中軸承失效的情況，必須對(duì)固定切削齒PDC鉆頭使用不同的度量。技術(shù)人員對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行了過(guò)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(wú)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(guó)，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(zhǎng)也意味著巨大的成本節(jié)約。通過(guò)統(tǒng)計(jì)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(xiàng)研究中，通過(guò)計(jì)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(guò)了7400萬(wàn)美元，即每口井可節(jié)省171000美元的鉆井成本。