可溶橋塞實時坐封智能判別方法在新疆油田的應用

張德君 魏偉 張聞晨 何小東 朱智華 鄭光慧 劉明艷 張輝

關鍵詞：分段壓裂；橋塞坐封；智能判別；實時預警

0 引言

在非常規儲層開發領域，隨著長水平井大規模分段壓裂的普及，其配套分段工具的研發與應用也成為目前研發的熱點方向[1]。2019年開始，新疆油田在瑪湖致密油和吉木薩爾頁巖油等區塊大力推廣應用可溶橋塞。相比傳統復合速鉆橋塞，可溶橋塞具有強度高、耐壓可達70MPa、遇水可溶及溶解時間可控等優點。前期通過投球實現橋塞坐封，在壓裂施工結束后可在返排液中自行溶解，施工作業后無須鉆磨，溶解完全后實現井筒全通徑，可直接投產，為后期油氣開采節省鉆磨橋塞作業時間及成本，提高生產效率[2-3]。

可溶橋塞的坐封效果是保障壓裂施工順利完成的關鍵。一般在施工開始前，通過電纜、油管等工具下放到指定位置，然后地面投球實現坐封，但由于缺乏判斷手段和方法，橋塞坐封效果還是依靠技術專家現場經驗進行判斷[4]。新疆油田非常規儲層區塊由于埋藏深且致密，壓裂往往需要大排量大液量才能達到有效的改造面積，整個施工過程中壓力較高、持續時間長，因此對于橋塞的坐封性能是個巨大考驗，部分井段由于坐封效果不佳，造成了橋塞失封，導致壓裂施工的重復改造，給壓后效果帶來巨大影響[5-6]。同時，由于壓裂施工井往往地處偏遠，在多井同步施工的同時，僅僅依靠現場人力已經不能滿足對日益增多的失封風險控制，隨著新疆油田壓裂遠程監控系統的開發完成（圖1） ，為遠程橋塞坐封的實時判斷提供了條件[7]。通過建立橋塞坐封效果的實時判斷方法，現場將坐封前后的實時數據傳回至基地，在基地的數據中心由計算機對數據進行預處理和實時分析，可對橋塞坐封存在異常的情況及時發出預警和提示，同時推送至專家監控平臺和現場操作人員，給予相關技術人員預警提示和提供決策依據，將失效風險扼殺在初發期，后期通過多方法驗證，橋塞坐封效果實時判斷準確率達到95%以上，為保障壓裂施工效果起到了重要作用[8]。

1 橋塞坐封曲線特征研究

通過選取新疆油田已施工井橋塞坐封曲線進行圖形特征與數據分析，歸納總結坐封成功與失效曲線的特征，統計坐封前后數據變化，對曲線形態進行分析、分類，建立不同特征的曲線模板，為判斷算法提供依據。

1.1 坐封成功曲線

根據投球工藝，將整個坐封階段分為送球階段、球落座階段和試擠階段，分析曲線及數據特征，該類型曲線有明顯的球落座顯示，且投球階段壓力平穩（如圖2），后期起壓效果好，各階段的特征如表1。

將各階段特征對應相應的施工曲線，統計坐封前后的各階段的數據，其分布特征為表2。

1.2 坐封異常曲線

統計坐封異常曲線，同理將橋塞坐封異常段曲線進行階段劃分（如表3） ，對每個階段的曲線參數及數據變化特征開展統計（如表4） ，坐封異常曲線主要分為以下三種類型。

2 基于坐封實時數據的判斷方法研究

由于橋塞數據是基于排量和壓力的時序數據，橋塞坐封的各階段未進行同步劃分，因此僅憑借實時數據無法對橋塞坐封效果進行智能判別。本文基于前期建立的圖形樣本及數據模型，利用圖形關鍵特征識別技術和異常值檢驗實時算法，在實時曲線上對關鍵過程進行標注，同時針對異常信息進行標注，為后期實時動態調整提供依據。

對前期各類型典型曲線進行Z歸一化處理，剔除部分異常點，得到各類曲線的總體變化趨勢，利用DTW算法（動態時間規整法）進行動態擬合計算，該算法在時序數據長度上更具靈活性，能有效消除因為施工時間不一致造成階段匹配錯誤問題（如圖4） ，具體算法為：

通過壓裂監控平臺，在后臺開展橋塞坐封不同階段開展實時曲線與樣本曲線的實時比對，若出現偏差，則實施預警提醒，同時后臺專家對推送信息進一步審核；若發現異常，及時聯系現場，商討下步措施，具體流程如圖5所示。

3 案例井展示

基于壓裂遠程實時監測與輔助決策系統模塊[9-10]，通過曲線智能判別技術對新疆油田某區塊的橋塞坐封井開展實時判斷。從第三段的實時曲線可以看出（如圖6） ，前期送球階段壓力平穩，維持在30-40MPa之間。球落座階段，壓力由25上升至58MPa，升幅明細，試擠階段壓力穩定，施工壓力明顯大于同排量下送球壓力。系統通過比對樣本曲線，判斷坐封成功，在壓裂開始后44分提升橋塞坐封成功，后期施工順利，圓滿完成本段施工，到達改造目的。

第五段施工（如圖7） ，前期送球階段壓力平穩，球落座階段，壓力由25上升至63MPa，升幅明細，但試劑階段壓力出現抖降，同排量下降幅超過20MPa。系統通過比對異常樣本曲線，判斷原因為球落座異常，在基地監控屏發出預警信息，經前后方專家綜合研判認為橋塞坐封存在問題，經與現場溝通后，停泵重新送球，后期顯示坐封成功，本段壓裂施工順利完成。

4 結論

1） 針對可溶橋塞在新疆油田非常規儲層的大規模應用，本文通過選取新疆油田已施工井橋塞坐封曲線進行圖形特征與數據分析，歸納總結了坐封成功與失效曲線的特征，共劃分為5種類型。

2） 利用圖形關鍵特征識別技術和異常值檢驗實時算法，在實時曲線上對關鍵過程進行標注，同時針對異常信息進行實時提醒，為后期實時動態調整提供依據。

3） 依托壓裂遠程實時監測與輔助決策系統，開展遠程橋塞坐封實時判斷及失效井段實時預警，及時率100%，預警成功率達95%以上，有效支撐了新疆油田長水平井分段壓裂順利開展。

4） 后期可進一步結合井筒情況進行失效原因分析，針對固井質量差、套管形變、井筒積砂等問題給橋塞坐封帶來的影響進行風險細分，為橋塞的選型提供依據。