深水鉆井隔水管下放試壓?jiǎn)卧悄軆?yōu)化

劉 康, 陳國(guó)明, 暢元江, 柳 磊, 溫紀(jì)宏, 胡東旭

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)海洋油氣裝備與安全技術(shù)研究中心,山東青島 266580;2.中海油田服務(wù)股份有限公司鉆井事業(yè)部, 河北三河 065201)

深水鉆井隔水管系統(tǒng)是連接海底井口與浮式平臺(tái)的紐帶,也是深水鉆井區(qū)別于陸地作業(yè)的關(guān)鍵裝備[1]。隔水管系統(tǒng)由多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單根首尾銜接而成,以適應(yīng)不同井位水深的作業(yè)需求[2-3]。隔水管主管連接時(shí),周邊輔助管線無(wú)法實(shí)現(xiàn)螺紋密封,通常采用插入連接的方式。隔水管輔助管線的連接失效,不僅會(huì)導(dǎo)致鉆井作業(yè)被迫停止,增加非生產(chǎn)時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本,還可能因管內(nèi)液體泄漏而造成環(huán)境污染。因此在隔水管下放過(guò)程中需對(duì)節(jié)流、壓井等輔助管線進(jìn)行試壓,以保證隔水管系統(tǒng)的密封安全性。目前,美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API RP 16Q建議5根隔水管單根為一個(gè)試壓?jiǎn)卧猍4],Cameron公司隔水管操作手冊(cè)則建議每下放3根單根便需要進(jìn)行一次試壓作業(yè)。隨著作業(yè)水深的增加及連接可靠性的提高,按照現(xiàn)有規(guī)范或相關(guān)手冊(cè)進(jìn)行作業(yè),試壓次數(shù)多、耗時(shí)長(zhǎng),顯然已不是最佳方案。當(dāng)前國(guó)際油價(jià)相對(duì)低迷、鉆井平臺(tái)綜合日費(fèi)高昂,深度挖掘降本增效空間,保障隔水管下放作業(yè)的安全與高效顯得尤為重要。然而,深水鉆井隔水管下放試壓方案的風(fēng)險(xiǎn)值難以量化、效益函數(shù)不易確定,最優(yōu)試壓方案的求解為高維度的復(fù)雜非線性規(guī)劃問(wèn)題。通過(guò)調(diào)研,國(guó)內(nèi)外針對(duì)隔水管下放試壓優(yōu)化的研究鮮有報(bào)道,但風(fēng)險(xiǎn)決策理論與智能優(yōu)化方法發(fā)展為該問(wèn)題的研究奠定了基礎(chǔ)。筆者依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)決策理論建立深水鉆井隔水管下放試壓時(shí)效評(píng)估模型與風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型,形成基于蜂群算法的深水鉆井隔水管下放試壓智能優(yōu)化方法,確定示例井中隔水管下放試壓的最優(yōu)位置,并從連接可靠性、井位水深兩個(gè)角度開(kāi)展影響因素分析,以期為深水鉆井隔水管下放試壓的優(yōu)化決策提供理論支持。

1 隔水管下放試壓?jiǎn)卧u(píng)估模型

1.1 下放試壓工藝

輔助管線一般通過(guò)支架固定在隔水管主管的外側(cè),是隔水管單根不可分割的部分。隔水管下放試壓的主要目的是檢驗(yàn)隔水管輔助管柱插入連接的密封性能。隔水管下放試壓的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)如圖1所示。此時(shí)隔水管懸掛于浮式鉆井平臺(tái),作業(yè)人員安裝好試壓工具后,通過(guò)水下試壓泵依次對(duì)各輔助管線進(jìn)行高、低壓測(cè)試。低壓測(cè)試時(shí)間相對(duì)較短,壓力通常約為2 MPa;高壓測(cè)試時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng),壓力依據(jù)管線的不同而有所差異,其中阻流/壓井管線的壓力可高達(dá)85 MPa。

試壓合格后,則認(rèn)為此試壓?jiǎn)卧羲茌o助管線之間連接密封安全。若試壓不合格,則需要將此試壓?jiǎn)卧母羲軉胃来纹鸪?檢測(cè)后重新下放并試壓,直至試壓合格為止方可下放下一組試壓?jiǎn)卧母羲軉胃?。參考現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)程序,將隔水管下放試壓過(guò)程按照自下而上的試壓?jiǎn)卧M(jìn)行階段性分解,繪制隔水管下放試壓作業(yè)流程如圖2所示。圖2中隔水管下放試壓作業(yè)起始于第一個(gè)試壓?jiǎn)卧?最底部試壓?jiǎn)卧?隔水管單根的下放,終止于最后一個(gè)試壓?jiǎn)卧?最頂部試壓?jiǎn)卧?隔水管單根的下放完畢且試壓合格,各階段作業(yè)流內(nèi)部構(gòu)成循環(huán),每次試壓失敗會(huì)導(dǎo)致本階段隔水管單根的重復(fù)性作業(yè),但不同階段作業(yè)流單向流動(dòng)不可逆轉(zhuǎn)。

圖1 隔水管下放試壓現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)圖Fig.1 Photo of field pressure test in riser running

圖2 隔水管下放試壓作業(yè)流程Fig.2 Flow chart for pressure test in riser running

為進(jìn)行隔水管下放試壓智能優(yōu)化分析,假設(shè):

(1)隔水管下放過(guò)程中,試壓位置可進(jìn)行隨機(jī)選擇,但不能進(jìn)行重復(fù)的試壓作業(yè),即同一個(gè)試壓位置不能進(jìn)行連續(xù)兩次及以上的試壓作業(yè),隔水管單根全部下放完畢后必須進(jìn)行一次試壓作業(yè)。

(2)隔水管單根的下放回收時(shí)間,受到作業(yè)設(shè)備、單根類型、熟練程度、作業(yè)天氣等因素的影響,本文考慮隔水管單根在井口的平均占用時(shí)間,并做下放、回收作業(yè)類型及裸單根、浮力單根類型的區(qū)分。

(3)隔水管單根的連接密封可靠性是指兩根隔水管單根輔助管線一次連接作業(yè)即獲得密封成功的概率,可依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)獲得,也可依據(jù)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新。

(4)試壓合格,則認(rèn)為此試壓?jiǎn)卧羲茌o助管線之間的連接密封可靠;若試壓不合格,需將此試壓?jiǎn)卧母羲軉胃可咸岵z驗(yàn),而不考慮已試壓合格隔水管單元的影響。

1.2 時(shí)效評(píng)估模型

深水油氣勘探開(kāi)發(fā)是公認(rèn)的高風(fēng)險(xiǎn)、高投入行業(yè)[5-6],如“海洋石油981”鉆井平臺(tái)的綜合日費(fèi)就高達(dá)數(shù)百萬(wàn)元。建立深水鉆井隔水管下放試壓時(shí)效評(píng)估模型是試壓優(yōu)化決策的關(guān)鍵。由于隔水管系統(tǒng)下放作業(yè)的整體耗時(shí)受到單根密封可靠性的影響,每次單根連接過(guò)程中均存在決策者無(wú)法控制的成功與失敗兩種自然狀態(tài),隔水管下放試壓位置的確定是一個(gè)典型的風(fēng)險(xiǎn)性決策問(wèn)題[7]。期望值法是處理風(fēng)險(xiǎn)決策問(wèn)題的常用方法,深水鉆井隔水管下放試壓時(shí)效評(píng)估模型即是對(duì)隔水管系統(tǒng)下放時(shí)間期望的數(shù)學(xué)表征。以隔水管試壓?jiǎn)卧獮榉治鰧?duì)象,建立第k個(gè)試壓?jiǎn)卧羲苋砍晒ο路诺臅r(shí)間成本期望Tk數(shù)學(xué)模型,表示為

(1)

由Φj和Yi的邏輯關(guān)系可知,當(dāng)且僅當(dāng)c個(gè)隔水管連接位置的Yi全部取1時(shí)Φj取0,因此:

(2)

將式(2)代入式(1)可得

(3)

由于下放試壓?jiǎn)卧嗷オ?dú)立,針對(duì)整個(gè)深水鉆井隔水管系統(tǒng)的下放試壓過(guò)程有

(4)

其中

式中,n為試壓次數(shù);T為隔水管全部下放試壓作業(yè)成功完成的時(shí)間成本期望,h;TF為隔水管全部下放試壓作業(yè)的固定投入時(shí)間成本,h;TR為隔水管全部下放試壓作業(yè)的安全投入時(shí)間成本,h;TL為隔水管全部下放試壓作業(yè)的失效損失時(shí)間成本,h;TE為隔水管全部下放試壓作業(yè)的安全效益期望時(shí)間(安全投入與失效損失的時(shí)間成本之和),h。

1.3 風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型

若把深水鉆井隔水管下放試壓全過(guò)程作為一個(gè)安全系統(tǒng)分析對(duì)象,則每個(gè)下放試壓?jiǎn)卧且粋€(gè)安全子系統(tǒng)。鉆井隔水管下放試壓的整體安全程度由各子系統(tǒng)的安全程度聯(lián)合決定,試壓?jiǎn)卧膭澐钟绊懥讼路旁噳撼绦蛘w安全程度的高低。直觀而言,增加下放試壓次數(shù)、合理選擇試壓位置有利于控制下放試壓過(guò)程的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn),提高作業(yè)程序的整體安全水平。

熵作為描述復(fù)雜系統(tǒng)狀態(tài)的物理量,是系統(tǒng)無(wú)序性或不缺確定性的一種表征[8]。Shannon采用信息熵表征信源的不確定性程度,并給出信息熵的數(shù)學(xué)表達(dá)式。Lü等[9]借鑒熵理論形成復(fù)雜安全網(wǎng)格脆弱路徑的識(shí)別方法。Mohsen等[10]基于熵理論形成一種風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重確定方法。隔水管下放試壓風(fēng)險(xiǎn)與熵的演變及耗散過(guò)程具有一定的共性,試壓?jiǎn)卧嬖凇昂细瘛迸c“不合格”兩種不相容的狀態(tài),這種不確定性屬于典型的二項(xiàng)分布。下放試壓次數(shù)的增加,增加了隔水管下放試壓過(guò)程的可靠性與有序性,屬于熵減的過(guò)程,在人為干預(yù)作用下系統(tǒng)從無(wú)序向有序轉(zhuǎn)化。采用風(fēng)險(xiǎn)熵對(duì)下放試壓作業(yè)的安全程度進(jìn)行量化表征:

h(β)=(β-1)lnβ.

(5)

式中,β為(子)系統(tǒng)可靠度;h(β)可靠度對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)熵。

可靠度β的閾值范圍為(0,1),風(fēng)險(xiǎn)熵的閾值范圍為(0,+∞);概率空間的可靠性指標(biāo)與熵空間風(fēng)險(xiǎn)熵屬于一一映射關(guān)系,風(fēng)險(xiǎn)熵隨著可靠度的增加單調(diào)減小;可靠性較高時(shí)風(fēng)險(xiǎn)小,即系統(tǒng)的有序程度高、不確定性低,系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)熵也較小,這與熵的基本內(nèi)涵一致。因而,提出的風(fēng)險(xiǎn)熵可作為深水鉆井隔水管下放試壓系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的度量。

利用熵空間的可加性,形成隔水管下放試壓全過(guò)程的總熵計(jì)算模型,表示為

(6)

式中,βi為第i個(gè)試壓?jiǎn)卧煽慷?ci為第i個(gè)試壓?jiǎn)卧倪B接次數(shù)。

2 隔水管下放試壓?jiǎn)卧獌?yōu)化方法

2.1 模型轉(zhuǎn)換與求解思想

人工蜂群算法(artificial bee colony, ABC)是基于蜂群采蜜過(guò)程提出的一種仿生學(xué)群體智能優(yōu)化算法,適合于處理高維極值優(yōu)化問(wèn)題,目前已在眾多領(lǐng)域成功應(yīng)用[11-14]。蜂群算法中蜜源代表解空間內(nèi)的可行解,適應(yīng)度函數(shù)用于衡量蜜源質(zhì)量的優(yōu)劣;采蜜蜂、觀察蜂、偵察蜂3種蜂種進(jìn)行群體智能的協(xié)同尋優(yōu)。其基本尋優(yōu)思想描述如下:采蜜蜂與具體的蜂源聯(lián)系在一起,并依據(jù)記憶在鄰域內(nèi)搜索,不斷更新蜜源質(zhì)量;觀察蜂通過(guò)蜜源質(zhì)量對(duì)食物進(jìn)行選擇,按照一定概率選擇蜜源并在其領(lǐng)域內(nèi)搜索;偵察蜂隨機(jī)搜索新的可行解,發(fā)現(xiàn)新的蜜源位置;找到優(yōu)質(zhì)蜜源的觀察蜂、偵察蜂轉(zhuǎn)化為采蜜蜂,采蜜蜂在鄰域進(jìn)行一定次數(shù)搜索后若不能提高蜜源質(zhì)量則轉(zhuǎn)化為偵察蜂;迭代過(guò)程中3種蜜蜂不斷影響與轉(zhuǎn)化,蜂群搜索的蜜源質(zhì)量不斷提高。

2.2 優(yōu)化模型與計(jì)算說(shuō)明

若存在m個(gè)隔水管單根,則每次下放完成一根單根均有一次試壓機(jī)會(huì),定義蜜源為向量形式:

X={x1,x2,x3,…,xm}.

(7)

式中,xi為第i個(gè)單根下放后是否試壓的標(biāo)識(shí),若試壓則取1,否則取0。

深水鉆井隔水管下放試壓?jiǎn)卧獌?yōu)化的目標(biāo)是下放作業(yè)時(shí)間與作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)(即風(fēng)險(xiǎn)熵)最小,表示為

miny=F(X)={T(X),H(X)}.

(8)

當(dāng)試壓次數(shù)n不確定時(shí),上述問(wèn)題是典型的多目標(biāo)規(guī)劃問(wèn)題,該問(wèn)題存在Pareto最優(yōu)解集;當(dāng)試壓次數(shù)n確定時(shí),通過(guò)試算分析可知下放時(shí)間期望與風(fēng)險(xiǎn)熵具有一致性,即兩者同時(shí)增加或減小。為方便計(jì)算分析,可將該問(wèn)題轉(zhuǎn)化為確定試壓次數(shù)n的單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題,設(shè)置適應(yīng)度函數(shù)為時(shí)間期望與風(fēng)險(xiǎn)熵之積,表示為

(9)

適應(yīng)度函數(shù)值越小時(shí)蜜源的質(zhì)量越高,觀察蜂對(duì)蜜源的跟隨概率越大,令跟隨概率為

(10)

式中,Proi為第i個(gè)蜜源位置采蜜蜂被跟隨的概率;fiti為第i個(gè)蜜源的適應(yīng)度。

圖3 人工蜂群算法搜索策略示意圖Fig.3 Search strategy of ABC

蜂群的探索能力與開(kāi)發(fā)能力決定了智能優(yōu)化算法的優(yōu)化效率與效果。采蜜蜂的鄰域搜索策略如圖3(a)和(b)所示,策略一是隨機(jī)搜索一個(gè)1與一個(gè)0,兩者進(jìn)行互換;策略二是隨機(jī)搜索一個(gè)1,并與相鄰的一個(gè)0進(jìn)行互換。觀察蜂的鄰域搜索策略如圖3(c)和(d)所示,策略一是隨機(jī)搜索兩個(gè)位置,將兩個(gè)位置間的編碼右移一位;策略二是隨機(jī)搜索兩個(gè)位置,將兩個(gè)位置間的編碼左移一位。策略一、策略二鄰域搜索新個(gè)體的適應(yīng)度與原個(gè)體適應(yīng)度進(jìn)行對(duì)比,取最優(yōu)者進(jìn)行更新。為保證試壓次數(shù)n確定時(shí)偵察蜂新個(gè)體的有效性,其搜索策略采用隨機(jī)背包算法實(shí)現(xiàn),即在新蜜源向量中隨機(jī)選擇n個(gè)互不相同的位置,設(shè)置為1(試壓位置),其他位置設(shè)置為0。

3 應(yīng)用實(shí)例與討論

圖4 最優(yōu)適應(yīng)度搜索曲線Fig.4 Search curve of optimal fitness

由圖4可知,蜂群的最優(yōu)適應(yīng)度函數(shù)值隨著迭代次數(shù)增加逐漸減小,當(dāng)?shù)?28次時(shí)蜂群獲得最優(yōu)解,其適應(yīng)度函數(shù)為61.277。此時(shí)最優(yōu)的隔水管下放試壓?jiǎn)卧蛄袨閇10 9 10 9 10 10 9 10 9 9 9 10 10 9],即首先下放10根隔水管單根試壓一次,然后依據(jù)優(yōu)化序列依次下放9根或10根進(jìn)行試壓。蜂群的最優(yōu)適應(yīng)度函數(shù)值在前30代快速地收斂,從30代以后適應(yīng)度已接近最優(yōu)值,說(shuō)明隔水管下放試壓?jiǎn)卧獌?yōu)化模型具有較好的全局尋優(yōu)能力。選擇3個(gè)蜜源繪制適應(yīng)度變化曲線如圖5所示。由圖5可知,3個(gè)蜜源的適應(yīng)度均循環(huán)出現(xiàn)跳動(dòng)增加逐步減小的趨勢(shì),這是由于蜜源停留超過(guò)限制次數(shù)時(shí),采蜜蜂轉(zhuǎn)化為偵察蜂,以探索新的蜜源位置,避免種群陷入局部最優(yōu)解,保障了種群具有較好的探索能力。

圖5 蜜源適應(yīng)度變化曲線Fig.5 Curve of fitness for nectar sources

將優(yōu)化結(jié)果與通用做法進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果如表1所示。分析表1可知,按照Cameron隔水管操作手冊(cè)下放試壓次數(shù)最多,安全投入的時(shí)間成本也最多,雖然失效損失的時(shí)間成本有所降低,然而在同樣隔水管配置情況下總的期望作業(yè)時(shí)間仍然最高。按照API規(guī)范推薦做法可節(jié)約期望時(shí)間31 h,按照ABC智能優(yōu)化計(jì)算結(jié)果可節(jié)約期望時(shí)間44 h。按照目前半潛式平臺(tái)高達(dá)數(shù)百萬(wàn)元的綜合日費(fèi)進(jìn)行測(cè)算,依據(jù)ABC優(yōu)化結(jié)果開(kāi)展隔水管下放試壓作業(yè)有望節(jié)約可觀的鉆井成本。

表1 優(yōu)化結(jié)果與通用做法對(duì)照Table 1 Comparison of optimization results and common practices

為進(jìn)一步分析不同試壓次數(shù)(n)情況下期望作業(yè)時(shí)間、試壓風(fēng)險(xiǎn)的變化規(guī)律及相互關(guān)系,分析6～36次試壓的最優(yōu)結(jié)果,列舉部分試壓次數(shù)與期望時(shí)間對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)如表2所示,繪制不同試壓次數(shù)下的風(fēng)險(xiǎn)熵與可靠度的變化曲線如圖6所示,隔水管下放試壓安全效益曲線如圖7所示。

表2中總期望作業(yè)時(shí)間分為固定投入時(shí)間、安全投入時(shí)間和失效損失時(shí)間3部分,其中固定投入時(shí)間是指將全部隔水管單根一次性全部連接下放所需要的必要投入時(shí)間,由于測(cè)試分析的隔水管配置相同,不同試壓次數(shù)下的固定投入時(shí)間一致;安全投入時(shí)間是指為了減少失效損失而投入安全保障措施(試壓作業(yè))所占用的時(shí)間,隨著試壓次數(shù)增加而線性增加;失效損失時(shí)間是指密封失效事故損失時(shí)間,即一旦發(fā)現(xiàn)密封失效,重新起下隔水管消耗的期望時(shí)間,隨著試壓次數(shù)的增加,下放試壓?jiǎn)卧膯胃鶖?shù)目減小,降低了隔水管連接密封失效后的時(shí)間損失。

表2 試壓次數(shù)與期望時(shí)間對(duì)應(yīng)Table 2 Expected time under different pressure test numbers

圖6 不同試壓次數(shù)下的風(fēng)險(xiǎn)熵與可靠度Fig.6 Risk entropy and reliability under pressure test number

圖7 隔水管下放試壓安全效益曲線Fig.7 Safety benefit of pressure test in riser running

由圖6可知:隨著下放試壓安全檢測(cè)次數(shù)的增加,隔水管的下放試壓作業(yè)有序進(jìn)行,系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)熵逐漸降低;由式(5)可靠性指標(biāo)與風(fēng)險(xiǎn)熵的映射關(guān)系,獲得隔水管下放試壓的整體可靠性逐漸增加。結(jié)合圖7可知:增加試壓次數(shù)在提高隔水管下放試壓整體可靠性的同時(shí),導(dǎo)致安全投入的時(shí)間成本逐漸提高,失效損失的時(shí)間成本逐漸下降;隔水管下放試壓作業(yè)的安全效益曲線類似于開(kāi)口向上的二次曲線,隨著可靠度的增加呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢(shì)。所建模型綜合考慮可靠性與期望時(shí)間的相互關(guān)系,有利于不同風(fēng)險(xiǎn)偏好的決策者進(jìn)行選擇。對(duì)于冒進(jìn)型決策者愿犧牲一定的可靠度而追求較小的樂(lè)觀作業(yè)時(shí)間,可選擇安全效益曲線左側(cè)節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的實(shí)施方案;對(duì)于保守型決策者不愿意承擔(dān)因試壓失敗而付出的失效損失時(shí)間,可選擇安全效益曲線右側(cè)節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的實(shí)施方案;對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)與效率均衡的于中間型的決策者可選擇安全效益曲線最低點(diǎn)相應(yīng)的實(shí)施方案。

4 試壓方案的影響因素

4.1 密封可靠性

按照應(yīng)用實(shí)例所示配置及基本參數(shù)將隔水管單根連接的密封可靠性作為單一變量,分析密封可靠性對(duì)安全效益曲線及最優(yōu)試壓次數(shù)及位置的影響,結(jié)果如圖8與表3所示。

圖8 不同密封可靠性下安全效益曲線Fig.8 Safety benefit under different sealing reliabilities

由圖8可知:不同密封可靠性條件下深水鉆井隔水管下放試壓的安全效益曲線均近似于開(kāi)口向上的二次曲線,安全效益時(shí)間隨著可靠度增加先降低后增加,最低端的拐點(diǎn)位置即為風(fēng)險(xiǎn)與效率協(xié)調(diào)最優(yōu)位置;隨著單根密封可靠性增加,安全效益曲線向右下方移動(dòng),這是由于隨著單根密封可靠性增加,隔水管系統(tǒng)下放試壓的整體可靠度增加(向右移動(dòng)),進(jìn)而導(dǎo)致失效損失的時(shí)間成本降低(向下移動(dòng))。由此可見(jiàn),從技術(shù)與裝備的角度提高隔水管單根連接的密封可靠性,是提高隔水管下放試壓過(guò)程安全性與作業(yè)時(shí)效性的根本途徑。

表3 不同密封可靠性下結(jié)果分析Table 3 Analysis results under different sealing reliabilities

分析表3可知:隨著單根連接密封可靠性的增加,最優(yōu)試壓次數(shù)逐漸減少,說(shuō)明作業(yè)者可依據(jù)密封可靠性的提高適當(dāng)減少試壓次數(shù)以提高作業(yè)效率;安全效益時(shí)間隨著可靠性的增加而逐漸減少,并與圖8中相應(yīng)曲線的低部拐點(diǎn)對(duì)應(yīng);隨著密封可靠性的增加,試壓?jiǎn)卧淖顑?yōu)單根數(shù)目逐漸增加,具體數(shù)據(jù)可為現(xiàn)場(chǎng)下放試壓?jiǎn)卧脑O(shè)置提供參考。

4.2 井位水深影響

分別以1 000 m(43根)、1 500 m(65根)、2 000 m(87根)、2 500 m(109根)、3 000 m(131根)水深為例進(jìn)行分析,研究不同井位水深對(duì)安全效益曲線及最優(yōu)試壓次數(shù)及位置的影響,結(jié)果如圖9與表4所示。

圖9 不同水深下安全效益曲線Fig.9 Safety benefit under different water depths

表4 不同水深下結(jié)果分析

由圖9可知:不同井位水深條件下深水鉆井隔水管下放試壓的安全效益曲線同樣為二次曲線形狀,隨著水深增加,隔水管系統(tǒng)下放試壓的安全效益時(shí)間與可靠度的變化范圍有所增加;隨著作業(yè)水深(隔水管系統(tǒng)單根數(shù)目)增加,安全效益曲線向左上方移動(dòng),這是由于隨著作業(yè)水深的增加,隔水管單根數(shù)目及連接次數(shù)增加,系統(tǒng)可靠度降低(向左移動(dòng)),失效損失的時(shí)間成本增加(向上移動(dòng))。由此分析,對(duì)于深水井宜采用長(zhǎng)度較大的隔水管單根,以減少隔水管單根數(shù)目及連接次數(shù),提高隔水管系統(tǒng)下放試壓的可靠性與高效性。

分析表4可知:隨著水深增加,隔水管下放試壓的最優(yōu)次數(shù)與安全效益時(shí)間呈現(xiàn)線性增長(zhǎng)的趨勢(shì),然而最優(yōu)試壓?jiǎn)卧母鶖?shù)基本不變。說(shuō)明水深對(duì)于隔水管下放試壓系統(tǒng)可靠度的影響較大,但對(duì)于試壓?jiǎn)卧獑胃鶖?shù)目的選取影響較小。

5 結(jié) 論

(1)鉆井隔水管下放試壓智能優(yōu)化方法具有較好的全局搜索能力和探索能力;依據(jù)優(yōu)化結(jié)果開(kāi)展試壓作業(yè)有望節(jié)約可觀的鉆井成本;隔水管下放試壓安全效益曲線隨可靠度增加呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢(shì);所建模型考慮可靠性與期望時(shí)間的關(guān)系,有利于不同風(fēng)險(xiǎn)偏好的決策者進(jìn)行選擇。

(2)隨著單根密封可靠性的增加,安全效益曲線向右下方移動(dòng),單根密封可靠性是確定試壓?jiǎn)卧獑胃鶖?shù)目的關(guān)鍵因素;隨著作業(yè)水深的增加,安全效益曲線向左上方移動(dòng),隔水管下放試壓的最優(yōu)次數(shù)與安全效益時(shí)間呈現(xiàn)線性增長(zhǎng)的趨勢(shì),但最優(yōu)試壓?jiǎn)卧膯胃鶖?shù)目基本不變。