[发明专利]一种实时仿真模拟钻井状态的闭环钻井优化系统及方法

说明书

本发明提供了一种实时仿真模拟钻井状态的闭环钻井优化系统及方法，接入可用的各项静态数据和实时钻井数据，进而通过实时监测及预测模块在作业过程中识别钻井风险，监测目标井的参数异常情况，并实时预测目标井的钻井趋势数据，由随钻优化模块进一步根据钻井趋势数据的预测结果调取相应的实时优化模型优化改进随钻作业数据，还综合分析已钻井段或完钻井的测量数据和实时仿真模拟过程中所得的数据对系统的功能模块进行改进。采用该系统，能随钻实时识别/预测潜在风险，并对钻井工艺和参数进行实时模拟调优，克服现有技术中随钻定性分析缺乏及模拟结果可靠性不足的问题，同时还通过钻后学习优化系统本身的性能，为优化钻井作业提供最大程度的助力。

技术领域

本发明涉及石油工程优化技术领域，尤其涉及一种通过仿真分析识别钻井异常、预测钻井潜在风险、优化钻井方案/钻井参数来达到提速提效，进一步实现系统自身部署模型的闭环优化的实时仿真模拟钻井状态的闭环钻井优化系统及方法。

背景技术

随着勘探开发的不断深入，油气勘探开发难度越来越高，地质状况日益复杂，储层埋深增加等因素导致钻井工程面临的复杂情况越来越多，勘探工程中大量的非均质性、不确定性、非结构性以及非数值化特性构成了钻井工程“黑箱”，而实现安全高效钻井是钻井行业要始终坚守的目标，因此导致处理钻井风险和事故所需的成本越来越高；实际钻井工程中，一方面，井下高频振动、高温高压、钻井液流动等因素直接制约了使用传感器获取井下数据来识别井下状态、预测井下风险的操作可行性；另一方面，虽然在理论上依靠地层压力、井筒压力、摩阻扭矩等关键参数的计算模型可对钻井井下风险进行预警分析，但由于这些计算模型在建立之初作有诸多假设条件，与真实井下环境存在偏差，无法可靠保障对井下状态识别和风险预警结果的准确性。

油井钻井工程中，通常依据预先确定好的钻井设计方案进行钻进作业，但是钻井设计方案中的井身结构设计、钻井工艺选择、钻井参数优化等都是基于理论模型的计算结果进行设计确定的，投入应用之前，最终都需要实钻验证，但是由于真实的钻井作业时存在复杂多变的地质情况及地层非均质性等影响，实钻验证的过程无法全面兼顾，必然导致井身结构、钻井工艺、钻井参数等的优化结果预期性变差，导致钻井作业试错成本过高且实际钻井应用效率不佳。

现有技术中，提供的钻井仿真模拟技术主要有两类，一类是通过建立的模拟操作装置对钻井作业的特定操作进行模拟培训，例如模拟操作节流箱、模拟操作钻机等钻井核心操作，其中部分钻井模拟培训系统会对培训人员的操作形成响应，显示操作结果与影响，但是这类钻井模拟培训系统侧重于培训钻井工程师、司钻等现场人员对于钻井作业操作的熟练度和标准度，对钻井作业各类情况的操作进行定性演示，而普遍缺少定量描述，即仅能通过培训使现场人员了解各类操作可能导致的影响，而无法明确影响的程度及出现时间，也无法基于该影响和结果生成有效的钻井设计方案优化建议；另一类则是基于石油工程机理进行模拟计算的方法，该类模拟方法中按照钻井设计方案，对于钻井水力参数、摩阻扭矩、机械钻速等参数进行计算，模拟方案的实施效果，即利用计算模型对预定的某钻井设计进行钻井时效和井下风险情况的定量计算，从而分析钻井设计方案的不足，但是这类钻井模拟仿真方法或系统大多是利用某确定的钻井设计进行钻井作业前的模拟，其模拟效果仅得到已有理论优化参数的支持，无法保障其优化结果应用于复杂地质环境实际钻井作业的契合性和可靠性。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种实时仿真模拟钻井状态的闭环钻井优化系统及方法，该系统的设置通过仿真分析识别钻井异常、预测钻井潜在风险、优化钻井方案/钻井参数来达到提速提效，进一步地，通过对比系统模拟结果与实钻结果来完善、改进仿真模拟系统的各类专业模型，实现系统自身的闭环优化，使系统在应用过程中仿真模拟准确性越来越高，最终帮助钻井工程师实现优化钻井。在一个实施例中，所述系统包括：

数据接入模块，其配置为接入目标井的各项静态数据和各项实时钻井数据并对所述实时钻井数据进行清洗处理；

实时监测及预测模块，其配置为在作业过程中，基于静态数据及对应的实时钻井数据确定目标井的钻井风险识别结果，监测目标井的参数异常情况，并结合设定的计算策略预测目标井的钻井趋势数据；