鉆井液用處理劑質量數字化智能評價方法研究

胡延霞 張建卿 侍德益

(中國石油集團川慶鉆探工程有限公司長慶鉆井總公司 陜西西安 710021)

世界能源需求的加劇促進了石油鉆井業的進步，也帶來了石油鉆井技術創新，在石油鉆井工作過程中常常會產生循環流體[1]，也稱為鉆井液，組成鉆井液的成分較復雜，包括乳狀液、沖洗液、泡沫液等，因此處理鉆井液是整個鉆井施工中的關鍵部分[2]。目前大多鉆井液都使用鉆井液處理劑進行處理，隨著鉆探深度的增加，鉆井面對的問題越來越多，對鉆井液用處理質量的要求也越來越高，急需對鉆井液用處理劑進行質量評價。因此，該文設計了新的數字化智能評價方法，為后續的鉆井技術發展提供參考。

1 鉆井液用處理劑質量數字化智能評價方法設計

1.1 測試鉆井液處理劑性能

在進行數字化智能評價之前，首先要測試選取的鉆井液處理劑的基礎性能。由于鉆井液在應用的過程中應該具備抗高溫性、潤滑性及抗鹽鈣侵擾等性能。在該項性能中，其抗鹽鈣侵擾性能非常重要，在實際鉆井過程中為防止地層發生水化，都會在水相中添加少量鹽分，以保證井壁的穩定性。

1.2 構建鉆井液處理劑評價指標體系

鉆井液抗鹽鈣性能測試完畢后即可設計處理劑的評價指標，構建標準的評價指標體系。受多方面因素影響，鉆井液處理劑首先要滿足環保性評價指標，即鉆井液處理劑必須能夠實現生物降解，可以將生物降解指標在0.05 以內的處理劑稱為易，0.01～0.05 稱為較難，低于0.01則最難，接下來調整鉆井液抗鹽鈣侵擾等級[3]。根據評價指標，對液用處理劑進行化學含量評價，最常見的就是進行NO3-、Cl-含量進行測定，在指定的檢測濃度內可以使用無極放電燈發射輻射譜線，檢測試劑樣品的質量濃度，接下來進行生物降解性評價，選取的封堵材料種類較多，包括ZF1、ZF2、ZF3，根據待測物的需氧量進行檢測，將待測物裝入錐形瓶中，進行混合、稀釋，由于生物能否有效降解與廢水中的有機物種類及其含量密切相關，因此需要提前對處理劑進行預處理，為后續的智能評價體系作基礎。在構架評價指標過程中一定要注意鉆井液用處理劑的質量分數差異，建立符合實際評價需求的智能化指標，為后續智能評價系統的構建作基礎。

1.3 實現鉆井液用處理劑質量數字化智能評價

依拖鉆井液用處理劑質檢數據庫平臺，對鉆井鉆井液處理劑的質檢結果通過評分的方式完成鉆井液用處理劑的優選，系統主要包括指標項獲取模塊、關聯性獲取模塊、加權值計算模塊和測試數據獲取模塊。

指標項獲取模塊用來獲取某處理劑在評分系統中用于評判該處理劑的性能的功能性指標，關聯性獲取模塊用于獲取某處理劑各指標項與其性能之間的關聯性，關聯性至少包括一級關系、二級關系、三級關系及四級關系；其中級別越大表示關聯性越強[4]。加權值計算模塊，用于根據各所述指標項與所述鉆井液用處理劑的性能之間的關聯性，選取各所述指標項對應的第一加權值和第二加權值；第一加權值采用德爾菲法進行專家評分后獲取各指標權值，第二加權法采用熵權法進行數據計算獲得個指標權值，最后通過第一和第二加權值計算獲得綜合加權值[5-6]。測試數據獲取模塊，用于獲取鉆井液用處理劑與所述指標項對應的測試數據。根據國家標準、行業標準或者供應商提供的測試標準，對各鉆井液用處理劑進行物理、化學性能測試，得到各指標項對應的測試數據。其中第一計算模塊，用于求取各所述測試數據與對應加權值之積，得到對應各指標項的分數；第二計算模塊，用于求取各指標項的分數之和，得到鉆井液用處理劑的綜合分數。

根據上述選取的鉆井液處理劑評價指標及鉆井液處理劑性能評價體系，可以構建鉆井液處理劑智能化評價系統，首先，需要進行指標查詢，即根據樣品名稱或型號進行查詢型號、樣品名稱、檢測的項目、檢測項目的評價指標、指標權重、指標的上限、指標的下限、分值系數、執行標準、熵權法權重展示和分析等，按廠家和報告計算出各個樣品的得分，導出到Excel。

其次，需要進行質檢樣品動態智能評分，可按樣品名稱、型號、生產廠家、3 個時間范圍對審核通過并且合格的質檢樣品進行評分，然后進行處理劑優選智能評分，可按分類、樣品名稱、3 個時間范圍對審核通過并且合格的質檢樣品進行評分。可查詢評分排名、型號、樣品名稱、項目、指標、未加權分值、熵權法權重（%）、指標權重（%）、上限、下限、分值系數、檢測均值、熵權法得分、加權得分、總分、熵權法總分。并可按總分和熵權法總分進行排名。選擇一個樣品可顯示詳細評分表及不同廠家不同時間的評分變化折線圖，不同廠家不同時間的熵權法評分折線圖。同理，并按廠家加權得分和熵權法得分生成評分柱狀圖。選擇一個廠家顯示詳細評分表，并顯示同廠家不同時間的加權得分和熵權法得分變化折線圖。

評分處理后需要進行質檢報告數據標準化，根據樣品名稱、抽樣地點、檢驗編號、生產廠家、樣品編號、審核結果、檢驗結果、檢驗日期、取樣日期、生產日期等選擇質檢報告，輸入修改的型號，修改的名稱，修改的供貨單位，修改的生產廠家，修改的抽樣地點，修改的受檢單位，進行批量修改質檢報告，接下來進行數據標準化檢查及維護，修改技術標準名稱和藥品代碼規范化，列出未在技術標準里的樣品名稱或型號，批量修改樣品名稱或型號。

最后，進行評價指標及評分標準管理，智能分析指標權重，實現數字化智能評價。通過對鉆井液用處理劑的性能進行綜合評分進行同類但不同廠家、不同生產時間的處理劑進行優選得出鉆井液用處理劑的優劣情況，避免了人工疏漏或者誤判，提高了評估的準確度和工作效率。

2 實驗

2.1 實驗準備

選取某鉆井工程的X 鉆探區域進行鉆探，首先需要選取鉆探區域的鉆井液潤滑劑，利用鉆頭功率傳遞效應，與該鉆探區域的井壁摩擦狀態進行選取，鉆井潤滑劑的類型有很多，包括主成分為天然瀝青的潤滑劑、主成分為脂肪酯甲酸的潤滑劑，還包括主成分為乙氧化銨、聚丙三醇的潤滑劑，將這些潤滑劑進行Green Lube 環保處理，綜合TR-1對其進行標準化測定，此時潤滑劑的性能測定結果具體見表1。

表1 潤滑劑性能測定結果（測定溫度50 ℃）

由表1可知，這3種潤滑劑的基礎性能雖然存在一定的差異，但總體來看差異較小，因此可以證明此時使用的潤滑劑性能良好，選取H1 鉆井液進行進一步處理，將H1 與H2 和H3 進行充分混合，測試此時的粘稠變化情況，具體見圖1。

圖1 H1粘稠變化情況

由圖1可知，隨著混合時間的增加，其粘稠度呈先增加后下降最后保持平衡的趨勢變化。使用上述選取的潤滑劑對鉆井液的綜合影響進行評價，首先需要選取評價使用的加重劑，常見的加重劑主要按照粒度進行劃分，普通加重劑的晶石粒度約在13.00～40.00 μm之間，微粉加重劑的晶石粒度約在0.50～1.90 μm之間，超細加重粉的晶石粒度約在0.05～0.13 μm之間。該實驗選取鉆井液用水溶性加重鹽抑制劑有機鹽Weigh2進行處理，為后續的評價作基礎。

根據構建的鉆井液用處理劑數字化智能評價體系，結合上述的處理過程，設計數字化智能評價指標的計算公式如下。

式（1）中，X為粘稠系數；β為評價權重；r為標準化系數，可以使用該鉆井液用質量數字化智能評價指標進行后續的評價效果分析。

2.2 實驗結果與討論

分別使用該文設計的鉆井液用處理劑質量數字化智能評價方法和傳統的鉆井液用處理劑質量評價方法對選取區域使用的鉆井液用處理器進行質量評估，分別計算兩種評價方法的評價指標，實驗結果具體見表2。

表2 實驗結果

由表2 可知，該文設計的鉆井液用處理劑數字化智能評價方法的評價指標數值高，證明設計的鉆井液用處理劑數字化智能評價方法的評價效果較好，具有有效性。

3 結語

綜上所述，隨著能源需求的擴大，鉆井技術也在逐漸進步，在實際鉆井過程中鉆井液處理對環境保護和鉆井成功進行具有重要意義，因此急需對鉆井液用處理劑進行質量評價。該文構建了鉆井液用處理劑數字化智能評估系統，設計了新的數字化智能評價方法并進行實驗，結果表明，該數字化智能評價方法的評價指標數值較高，證明該評價方法的評級效果較好，具有有效性，有一定的應用價值，可以作為后續鉆井液處理的參考。