模糊物元方法評價區域漏失分布特征

侯 冰 陳 勉 朱 靜

（1.中國石油大學，北京 102249；2.沈陽工業大學，遼寧沈陽 111003）

鉆井及完井作業過程中發生的井漏問題是一項隱蔽的地下工程，存在著大量的模糊性、隨機性和不確定性問題。判斷漏失的方法通常是通過統計前期漏失地層的地層巖性、漏失工況及漏失通道，從而分析地層漏失原因［1-2］，也可以結合地層力學與物理性質判斷漏層特性［3］。經驗豐富的鉆井工程師通過實鉆過程中的鉆井和地質信息，例如排量、循環時差等參數綜合判斷漏失地層的特性［4-5］。隨著成像測井技術的發展，通過常規電阻率測井資料結合成像測井資料也可以判斷漏失層段及其漏失特征［6］。近年來提出通過數學方法統計漏層特征，根據漏層特性參數間的相互不確定性，利用模糊識別方法預測實際漏層與臨井理想漏層的接近程度，可鉆前預測不同漏失層位的漏失風險［7］。國外學者主要是采用專家診斷系統，結合鉆前的地層裂縫特征和鉆井過程中的鉆井參數信息診斷漏失風險［8］。這些漏失評估方法主要是針對特定漏失層位進行分析，考慮漏失特征參數主要集中在鉆井參數和裂縫特征上。由于裂縫性地層應力敏感性較強，更加需要對構造和應力場特征加以重點分析，尤其是對油田區塊的區域性漏失特征評估時，地質特征、鉆井工藝技術和鉆井液性能等都對地層漏失有較大影響，這時影響漏失的因素更多而且各因素之間的關聯性更加復雜，這就需要借助更加有效的數學模型對漏失影響因素進行有效識別，并對不同區域的漏失特征進行綜合評價和風險預測。

模糊物元方法是結合模糊數學和物元分析方法消除事物的模糊性和眾多影響因素間的不相容性，從而對事物特征進行綜合評價的新方法。以塔中Ⅰ號斷裂構造帶為例，采用模糊物元方法建立起基于歐氏貼近度的漏失模糊物元分析模型，該模型采用反映評價指標特征值之間差異性的參數作為評價漏失指標的權重，減少了權重確定的主觀性，通過對塔中Ⅰ號斷裂構造帶上4個不同位置的典型漏失井進行分析，漏失預測結果與實際情況吻合，驗證了該模型的有效性，為不同區域的漏失風險分析提供了參考。

1 影響漏失安全因素及評價指標

塔中1號坡折帶是塔里木盆地一個非常重要的油氣聚集帶，該區碳酸鹽巖儲層裂縫溶洞發育，漏失溢流等狀況嚴重影響鉆井安全。將塔中地區引起漏失的主要原因歸納為地質因素、鉆井工藝因素和鉆井液性能3類因素，然后對每類因素進行細致區分，得到鉆壓、密度等共17個評價指標（圖1）。

圖1 漏失安全評價因素

2 區域漏失特征模糊評價方法

不同漏失評價區域的評價體系M有n項評價指標c，與其相對應的模糊量值分別為μ，以有序三元組R（M,c,μ）作為描述漏失區域的基本元，簡稱物元。在塔中Ⅰ號斷裂構造帶上4個不同區域分別選擇一口發生漏失事故的井，將看作漏失安全評價的不同體系Mi（i=1, 2, 3, 4），分別對應 TZ27、TZ72、TZ35和TZ2井，利用模糊物元方法對漏失指標體系進行漏失評價，根據選取4口井的實際漏失情況，統計出每種指標的實測數據進行模糊物元分析，具體評價指標取值見表1。

表1 漏失安全評價指標及取值

根據模糊物元理論和漏失評價指標體系，建立區域漏失評價模型的計算步驟。

步驟1：將表1中每口漏失井作為物元中的事物，各漏失指標作為物元中的特征，可以構造漏失復合物元

步驟2：根據步驟1所確定的復合物元計算漏失指標的從優隸屬度，根據漏失地層評價指標的技術特點，漏失指標性質以不同符號表示：“↑”表示越大越優型；“↓”表示越小越優型；“?”表示適中型指標，適中指標Xij采用藍色字體表示。

越大越優型的漏失評價指標

越小越優型的漏失評價指標

適中型的漏失評價指標

式中，uij指隸屬度；Xij為第M區域第i項指標對應的量值；maxXij、minXij分別為各區域評價體系中每一項評價指標所有量值中的最大值和最小值。

步驟3：根據所評價的體系中的最大值或最小值確定最優方案模糊物元，這里僅取最大值組成標準體系的模糊物元，即

步驟4：根據式（5）計算各井的評價指標與標準狀況指標之間差的平方值Δij，得到差平方復合模糊物元RΔ，即

步驟5：采用反映評價指標特征值之間的統計參數——變異系數作為評價指標的權重［7］，計算每個漏失評價指標權重，得權重復合物元Rw

步驟6：根據式（6）計算漏失評價的歐氏貼近度RρH，得到

式中，ρHi為第i個漏失評價體系與標準體系之間的相互接近程度。ρHi值越大，表示第i個漏失體系與標準漏失體系越接近；反之，則表示與標準漏失體系相差越遠。

由于影響地層漏失因素的復雜性和多樣性，所給出的判斷矩陣不能保持完全一致，有必要進行一致性檢驗，為此計算判斷矩陣偏離的一致性指標機一致性比斷矩的最大特征根；n表示判斷因素的個數；RI表示平均隨機一致性比率。若隨機一致性比率CR＜0.10，則認為判斷矩陣具有滿意的一致性；否則，應該調整矩陣的元素取值。

3 評價實例

利用上述方法對塔中Ⅰ號斷裂構造帶4口井的評價指標進行分析，最終由式（6）計算得到4口井的歐氏貼近度結果為

對計算結果進行一致性檢驗，CR=0. 083，小于0.10，說明計算的結果能夠滿足評價的真實性。通過統計上述4口井鉆井日報中記錄的漏失情況，得到每口井實際目的層段的漏失量見表2。

表2 4口井漏失情況統計

從表2可看出,每口井的全井漏失量基本與歐氏貼近度成正比。同時對這4口井所在區域的多口井漏失情況進行了統計，每個區域的漏失情況也與歐氏貼近度基本相符。由此可見，用模糊物元方法對不同區域的漏失情況進行安全評價是可行的。

4 結論

（1）應用模糊物元方法對各項漏失特征參數進行物元分析和綜合評價，可以較為準確地評價不同區域地層的漏失狀況，為區域地層漏失狀況鉆前預測提供新思路。

（2）所選區域的特征參數綜合考慮原始地層構造特征、鉆井參數、鉆井液性能，預測結果與漏失統計數據相符，具有一定準確性。

（3）區域漏失物元分析模型操作性強，能夠減少人為主觀因素，便于形成工程操作軟件指導鉆井方案設計。

［1］侯冰，陳勉，盧虎，等.庫車山前下第三系漏失原因分析及堵漏方法［J］.石油鉆采工藝，2009，31（4）：40-44.

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