（油气井工程专业论文）钻井质量评价体系的研究及其综合应用软件的开发.pdf

s u b j e c t ：s t u d yo nt h ee v a l u a t i o ns y s t e mf o rd r i l l i n gq u a l i t ya n dd e v e l o p m e n to f s y n t h e t i ca p p l i c a t i o ns o f t w a r e s p e c i a l i t y ：o i l & g a sw e l ld r i l l i n ge n g i n e e r i n g n a m e ：y h n gf e i ( s i g n a t u r e )5 竺! 曼e 垫 i n s t r u c t o r ：l iq i ( s i g n a t u r e ) 之墨幺量l a b s t r a c t a i ma tt h ea c t u a l i t yt h a tt r a d i t i o n a ld r i l l i n gq u a l i t ye v a l u a t i o nm e t h o dc a l ln o tr e f l e c tt h e i n t e g r a t e de f f e c t ，t h es y n t h e t i ce v a l u a t i o nt e c h n o l o g yi su s e dt od e s c r i b et h eh o l i s t i ce f f e c ti n t h i sp a p e r t h i st e c h n o l o g yc a nc o l l i g a t et h ed i s p e r s i v e ，i s o l a t e d ，q u a l i t a t i v ef a c t o ri n t o i n t e g r a t e d ，s y s t e m i c ，q u a n t i t a t i v ei n d e x f o u ra s p e c t so fd r i l l i n gf l u i d ，d r i l l i n gh o l e ，c e m e n t i n g ，c o r i n go fd r i l l i n gq u a l i t yi s s y n t h e t i c a l l ym e a s u r e d i nt h ee v a l u a t i o np r o c e s so fd r i l l i n gf l u i d ，d r i l l i n gh o l e ，c o r i n g ，f i r s t l y ， t h ee x p e ni n v e s t i g a t i n gm e t h o di su s e dt oc h o i c et h er e p r e s e n t a t i v ei n d e x ，w h i c hc a no p t i m i z e t h ei n d e xs y s t e ma n dr e f l e c tt h ee v a l u a t i o nb o d yc h a r a c t e ri nd i f f e r e n ts i d e t h e nf o l dl i n e s t a n d a r d i z a t i o nm e t h o di su s e dt oe l i m i n a t et h ed i s c r e p a n c yo fu n i t so rg r a d e ，w h i c hc a n m a x i m i z er e f l e c tt h ef a c to fm u t u a lc o m p l e x i o n f i n a l l y ，u s i n ga h p ，t h ea p p r a i s ei n d e x w e i g h ti sg i v e nt oi n t e g r a t et h ei n d e xt oe v a l u a t ei n t e g r a t e di m p r e s s i o n t h ec e m e n t i n gq u a l i t y e v a l u a t i o ni s a p p r a i s e db y t h ec o n s t r u c t i o n a l r e c o r d ，a c o u s t i c l o g g i n g o r e n g i n e e r i n g d i f f e r e n t i a t e ，a c o u s t i cl o g g i n gi se m p h a s i z e dr e c o m m e n di nt h r e em e t h o d ，f i r s t l yl o g g i n gd a t a i sp r o c e s s e d ，t h e nq u a l i t a t i v ei n d e xi sg e t s e c o n d l ys y s t e mt a r g e ti sf o r m e dt h r o u g ht h es i g l e i t e mc o m b i n a t i o n f i n a l l yt h ei n t e g r a t e dq u a l i t yo fc e m e n t i n gi sj u d g e db yt h ea n a l y z i n gt h e s t a t i s t i cd a t a a c c o r d i n gt ot h em o d e lo fd r i l l i n gq u a l i t ye v a l u a t i o n ，t h es o f t w a r ei sc o m p i l e d t om e e t t h ee n g i n e e r i n gd e m a n d ，w h i c ho b e yt h em o d u l a r i z a t i o ni d e aa n da d o p tf a b r i cp r o g r a m m e r s c h e m e t h es y n t h e t i ce v a l u a t i o ns o f t w a r ef o rd r i l l i n gq u a l i t yr e a l i z e sh o l i s t i c e f f e c t e v a l u a t i o na n dm a k e si tm o r ee f f i c i e n ta n da c c u r a t e k e yw o r d s ：d r i l l i n gq u a l i t ye v a l u a t i o n ，c e m e n t i n gq u a l i t ye v a l u a t i o n ，s y n t h e t i c e v a l u a t i o n ，q u a l i t a t i v ee v a l u a t i o n t h e s i s ：a p p l i c a t i o ns t u d y i i i 学位论文创新性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做 了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：4 多心一日期： 厶，5 ： 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、 公开阅览、借阅以及申请专利等权利，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录 到中国学位论文全文数据库并通过网络向社会公众提供信息服务。本人离校后发表 或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大 学。 论文作者签名： 导师签名：么丛、 日期：6 、s i( 日期： d 、) 注：如本论文涉密，请在使用授权的说明中指出( 含解密年限等) 。 第一章绪论 第一章绪论 1 1 本论文研究的目的、意义 钻井是石油开发的“龙头”，钻井的投资实际上占整个勘探开发的5 0 以上。钻井工 程技术水平直接关系到石油勘探开发的成败，决定着石油上游业务的发展潜力和竞争能 力。长期以来，我国的石油钻井科研工作一直处于跟随状态，学习和追赶国外先进技术 并努力实现先进技术的国产化。总体来看，我国是一个钻井大国，但还不是一个钻井强 国，钻井质量总体水平不高，很难满足后续工作的要求。因此，对钻井质量进行系统评 价，有着重要的意义。钻井质量评价体系的建立就是要按照系统工程评价的原则，依据 技术理论对钻井工程涉及到的每个环节从质量指标方面进行评价，通过测量、查询、对 比、分析数据，给整个钻井工程从质量评价角度一个详实的、全方位的结论【l j 。 钻井质量评价是一项系统工程，涉及到很多方面，本文就施工质量从钻井液、井身、 取芯、固井四个方面进行系统评价，构建钻井质量评价体系。 随着油气勘探开发的不断深入，钻井施工环境越来越差，地质条件越来越复杂，施 工技术要求越来越高，资金投入也会越来越多；而投入的大量人力、物力、资金能否得 到回报，首先取决于钻井施工质量。以往的钻井设计的内容过于简化，设计标准千篇一 律，设计质量要求过于宽松，缺乏严格统一的质量评价标准；在钻井施工质量的评价方 法上，都是通过测量或计算得到评价项目值，与钻井设计标准的质量要求相比较，而得 到施工质量评价的合格与否。这种基于具体特定的、定性的、单项指标的评价方法，往 往很难反映钻井整体的施工效果，也会造成质量监管者顾此失彼。上世纪9 0 年代，国家 相继出台了钻井质量评价的相关行业、企业标准，解决了长期困扰的钻井质量评价标准 统一问题，而对评价方法的改进直到现在还没有一套行之有效的办法。 通过对以往钻井质量评价中存在很难反映整体施工效果问题的剖析，本文选用系统 综合评价技术，利用其对钻井质量中分散的、孤立的、定性的指标综合化、系统化、定 量化，对钻井施工数据进行精细化处理，充分挖掘施工数据的信息，给钻井监管者一个 详细的、全方位的钻井质量评价报告。 在钻井液、井身、取芯质量评价三个方面采用层次分析法进行指标权重的确定，通 过给出各评价指标相对于整个评价体( 钻井液性能，井身质量、取芯质量、固井质量) 的权重系数，即重要程度的量化描述，将各个单项指标综合起来，系统地考虑各评价单 项对评价体的影响；然后利用系统综合评价方法建立钻井质量评价体系( d r i l l i n gq u a l i t y e v a l u a t i o ns y s t e m ，简称d q e s ) 的模型。与钻井液、井身、取芯三个方面不同，圃井质 量评价体系( c e m e n t i n gq u a l i t ye v a l u a t i o ns y s t e m ，简称c q e s ) 是在单项指标的基础上， 通过指标之间的组合形成系统指标体系；然后利用数理统计方法，通过对固井施工层段 评价的细化，定量描述各个施工层段的同井质量来建立固井质量评价体系的评价模型。 为了使所有评价具有可操作性，基于各评价模型并结合现代软件方法对数据进行计算处 西安石油大学硕十学位论文 理，使得钻井质量评价达到快速、准确、高效，满足工程实际需求。 1 2 国内外研究开发现状 ( 1 ) 钻井质量评价体系研究的现状 d q e s 研究工作主要包括质量评价标准的制定及质量评价方法的技术研究。国内外 近年来在优化钻井、钻井信息利用、钻井施工的经济、技术、风险评价等方面做了许多 工作，取得了很大的成绩，然而对钻井质量的评价工作，直到现在还没有一个全面系统 的整体认识。 国外的钻井质量评价工作起步于上世纪5 0 年代，但是直到现在质量评价体系的建立 依然不够完善。国外比较有影响力的石油标准有国际标准( i s o ) 和美国石油协会标准 ( a p i ) 两种，i s o 在钻井方面的标准较少，主要集中在固井水泥和材料的规范，没有钻 井质量评价方面的标准文件；相比较而言，a p i 钻井标准比较多，但在钻井质量评价方 面，只有固井质量评价方法及钻井液材料标准两大类。国外开展的钻井质量评价工作主 要有：对固井质量测并仪器的研发及测井解释方面，钻井液性能测定方法的规范化 方面。目前国外各大石油公司已经开始意识到钻井质量评价的工作的重要性，开始通过 规范钻井质量评价方法及改进测量仪器性能来实现高标准的钻井质量评价工作。 国内的钻井质量评价体系在上世纪9 0 年代初开始形成，当前国家标准( g b ) 在钻 井质量评价方面的文件还没有。比较系统的钻井质量评价标准是石油行业标准( s y ) ， 其中涉及到取芯、同井、井身三个方面，但在钻井液性能评价方面并没有给出统一的行 业标准；目前国内各大油田的钻井质量评价方法基本上还停留在对某个具体特定环节单 项评价的基础上，还没有形成一个比较系统，能全方位体现钻井质量整体效果的评价方 法。这些都使得钻井质量系统评价还停留在一个初等、低级的阶段。如何将分散的、孤 立的、定性的指标系统化、定量化、综合化是钻井质量评价目前所急需解决的问题【2 1 。 ( 2 ) 钻井综合应用软件的开发现状 国内外都有专业的石油软件公司从事钻井应用软件的开发，其中比较著名的有国外 的l a n d m a r k 公司，国内的侏罗纪公司、新生代公司等。 美国l a n d m a r k 公司在石油行业内享有盛誉，在世界石油行业的专业软件领域内一 直居于领先地位。它的软件产品内容涉及油藏、地质、钻井、采油、测井解释等各个方 面。在钻井领域，它的集成化钻井软件主要由钻井信息管理系统( d f w ) 组成，其次 还有钻井设计( w e l l p l a n ) 、定向井设计( c o m p a s s ) 、井身结构及井下工具组合简 图( p r o f i l e ) 、递减曲线和经济评价( a 鼬e s ) 等十多个专业化的软件。l a n d m a r k 的 软件技术功能强大，内容广泛，基本涵盖了钻井行业的各个方面【3 】。但对于国内的油田 用户来说，所提供的报表与国内现用的有很大差别，输入输出界面本地化也没有做好。 国内的侏罗纪软件公司是一家以石油行业为依托，以计算机软件开发项目服务为主 的高新技术企业。它的软件产品主要有油气资源评价、油田g i s 应用、地震资料解释等。 2 第一章绪论 在钻井领域，其产品有钻井设计系统d p s 。新生代软件公司以石油i t 行业计算机技术应 用为主，主要从事石油软件( 含管理和技术) 产品开发和销售，井筒仪器设备组装及生 产，为各石油现场提供现场工程技术服务和石油专业项目研发等。它的软件产品有综合 录井软件系统、地质辅助设计软件系统、岩芯图像扫描系统、油气层解释评价软件等十 多个石油专业化软件。在钻井方面，有钻井信息管理与工程服务软件、井场综合数据平 台、井场数据远程传输软件系统、定向井设计分析软件、c z l d p 完井资料处理系统软 件( 开发井版及探井版) 。但两家公司都偏重于钻井信息的集成、缺乏足够的专业知识支 持。 1 3 课题背景及本文主要工作 本题目来源于中国石油天然气股份有限公司科技风险创新研究项目：钻井工程监督 助理及质量监控体系研究与开发，主要以钻井质量评价方法的研究为核心，依据钻井工 程所涉及到的内容( 钻井液、井身、固井、取芯四个方面) 进行评价。首先通过熟悉及 参与该项日的部分工作，加深了对钻井质量评价体系的认识。然后通过对有关文献进行 比较全面的分析，在广泛深入调研的基础上，作者根据国内油田钻井质量监管的要求， 从系统工程的角度，充分借鉴前人的研究思路和处理方法，开展钻井质量评价体系的研 究工作，最后依据软件工程学的要求，充分利用先进编程技术，基于钻井质量评价模型 进行综合应用软件开发。主要工作内容如下： 对国内外钻井质量评价的现状和发展趋势进行充分的文献资料调研，整理收集国 内外各大石油公司关于钻井质量的评价体系、方法、流程，并深入国内油田现场对钻井 质量评价的需求进行调研。 通过对现存的评价方法不能系统地反映整个施工质量的原因进行深层次分析，对 现行各种系统评价方法的优劣进行对比，确定整体评价方案。 针对不同钻井液类型、不同井型、不同固井测井方法、不同取芯方式、不同地区 的钻井施工及工艺流程，收集评价钻井工程质量的指标因素。 在对钻井质量评价工作内容系统分析的基础上，结合钻井现场的实际需求，建立 钻井液性能、井身质量、固井质量、取芯质量评价体系模型。 。 利用计算机辅助钻井质量的评价，采用面向对象技术，利用a c t i v e x 控件，c o m ， d l l 等先进的编程方法，用v i s u a lb a s i c 语言进行钻井质量评价综合应用软件的开发。 1 4 本文的创新点 研究钻井质量评价体系的建立及应用有助于石油行业钻井质量的监督与管理。其创 新之处在于： 通过对钻井质量评价体系的研究，实现钻井质量的系统定量综合评价，有助于从 整体上反映钻井工程的施工质量。 对钻井施工从技术质量指标上进行全面的分析，给监督管理者一个明确的、全方 西安石油人学硕士学位论文 位的钻井施工质量分析报告。 用v i s u a lb a s i c 语言实现钻井质量评价体系综合应用软件的开发，使得钻井质量评 价达到快速、准确、高效，满足工程实际需要。 4 第二章d q e s 的实现原理及方法 第二章d q e s 的实现原理及方法 系统综合评价作为一种重要的评价分析方法，早已在各行业中得到应用。系统综合 评价技术是基于系统分析的思想、运用数学模型对日益复杂的经济、技术和社会问题进 行描述、分析和评价的技术。系统综合评价方法是以单项评价为基础，应用关系合成的 原理，将一些性质不同的单项指标标准化，然后将这些单项指标综合起来评价的一种方 法 4 1 。将系统综合分析方法应用于钻井质量评价，可解决钻井质量评价指标系统化、综 合化、定量化的问题，从整体上反映钻井质量的施工效果。系统综合评价的实现主要包 括评价指标体系的建立、标准化及评价方法。本章主要介绍应用于d q e s 所涉及到的系 统综合评价的部分原理及方法。钻井质量评价体系的研究工作从钻井液性能、井身质量、 固井质量、取芯质量四个方面入手。考虑到固井质量评价方法与钻井液性能、井身质量、 取芯有所不同，不需要进行指标标准化及计算权重，故本章2 2 、2 3 、2 4 节的内容不涉 及固井质量评价。 2 1 系统综合评价的指标体系建立 2 1 1 评价指标筛选的原则 在综合评价体系中，并非是评价指标越多越好，但是也不是越少越好。评价指标过 多，存在重复性；评价指标过少，缺乏代表性。因此，在建立评价指标体系时应遵守六 个原则：系统性原则。指标体系应能全面反映评价对象的本质特征和整体性能，指标 体系的整体评价功能大于各分项指标的简单总和。一致性原则。评价指标体系应与评 价目标一致，从而充分体现评价活动的意图。独立性原则。同层次的指标不应具有包 含关系，保证指标能从不同方面反映系统的实际情况。可测性原则。指标能够被测定 或度量，尽可能用数字说话。评价指标涵义要明确，数据要规范，口径要一致，资料收 集要简便。科学性原则。以科学理论为指导，以客观系统内部要素以及其本质联系为 依据，定量分析与定性分析相结合，正确反映系统整体和内部相互关系的数量特征。 可比性原则。评价指标和评价标准的制定要客观实际，便于比较。指标标准化处理中要 保持相同趋势，以保证指标之间的可比性。 2 1 2 评价指标筛选的方法 在对评价因素进行筛选时，不仅要针对具体的评价对象、评价内容进行分析，还必 须采用一些筛选方法对指标中体现的信息进行分析，剔除不必要的指标，简化指标体系。 常采用的评价指标筛选方法主要有专家调研法，条件广义方差极小法，极大不相关法， 最小均方差法等。在钻井质量评价时，指标筛选采用专家调研法。 专家调研法是一种向专家发函、征求意见的调研方法。评价人可以根据评价目标和 评价对象的特征，在所设计的调查表中列出一系列的评价项目，分别征求专家对所评价 项目的意见，然后进行统计处理，并反馈咨询结果。这种方法具有主观性，其结果是否 全面和可靠取决于专家的知识结构、经验，该方法比较适用于专业性较强指标的筛选。 西安石油人学硕士学位论文 2 2 系统综合评价的指标标准化 2 2 1 评价指标标准化的概念 在综合评价体系中，一般各个指标值的单位和量级是不相同的，这样，各个指标之 间存在着不可公度性，给系统综合评价带来了不便之处，为了能尽可能地反映实际情况， 排除由于各项指标的单位不同以及其数值量级之间的悬殊差别所带来的影响，避免发生 不合理的现象，必须对评价指标进行标准量化。 对评价系统的指标进行标准化处理，包括指标的一致化处理和无量纲处理。所谓一 致化处理就是指对评价指标类型的统一，系统中指标往往存在极大型指标、极小型指标、 居中型指标和区间型指标，各类指标具有不同的特点。若评价体系中存在各种类型的指 标，必须在综合评价之前，将评价标准的类型作一致化处理，在考虑所选评价模型特点 的基础上，尽可能将指标的类型数量减少。所谓无量纲化，也称为指标的规范化，是通 过数学变换来消除原始指标及其数值数量影响的过程，这是指标综合化的前提。因此， 指标就有指标的实际值( 测量值或计算值) 与指标的评价值，一般地，将指标无量纲化 以后的值称为指标评价值。无量纲化过程就是将指标实际值转化为指标评价值的过程。 2 2 2 评价指标标准化的方法 ( 1 ) 定量指标标准化处理 对评价指标进行标准化，就是采用相应的函数对不同类型的指标进行处理，常采用 线性函数和非线性函数作为数学变换。线性函数法包括阀值法、统计法两种；非线性函 数包括折线型及曲线型标准化函数两种。理论上来讲，折线型标准化方法更符合钻井质 量评价指标的实际情况，其应用的前提是评价者必须对钻井工程有较深刻的理解和认识， 合理确定出指标值的转折点及其评价值。 折线型标准化函数适合于发展呈现阶段性的事物，指标值在不同阶段变化对事物总 体影响是不同的。构造折线型标准化函数的难点在于必须找出事物发展的转折点的指标 值并确定其评价值。常用的函数有以下两种类型： 1 ) 两折线型。采用两折线形标准化函数，指标值在相应的不同时期起变化被赋以不 同的评价值增量，分为凸折线型和凹折线型两种。如图2 1 及图2 2 。 图2 1 凸折线型图2 2 凹折线型 凸折线型的特点是前期增量大而后期增量小( 以折点为界) ；凹折线型的特点是后期 增量大而前期增量小( 以折点为界) 。折线型函数适用于偏大型指标和偏小型指标。 6 第二章d q e s 的实现原理及方法 2 ) 三折线型。三折线形标准化函数示意图见图2 3 及图2 4 。 图2 - 3 区间型图2 - 4 居中型 图2 3 适合于某些事物要求指标值在某区间变化，若超出这个区间则指标值的变化 对事物的总体水平影响几乎没有什么影响。图2 4 适合于居中型指标的标准化，即指标 值过大或过小都会对事物产生不利影响。 ( 2 ) 定性指标标准化处理 评价系统出现定性指标是经常会碰到的，为了和定量指标组成一个有机的评价体系， 也必须对其进行标准化处理。常用的较简单的处理方法是，首先借用主观赋权法的方法 原理，对指标的不同描述进行评分，然后按指标属性特点选用标准化函数建立与定量指 标相适应的指标评价值，也可以在主观评分的基础上直接计算指标评价值。钻井质量评 价体系采用主观评分法。 2 2 3 评价指标标准化的步骤 在对指标进行标准化时，尽量选择适合评价对象性质的方法，基本步骤如下： 分析各评价指标工程意义，选择适合评价对象性质的方法； 根据所选评价方法，确定评价指标函数，重点是确定出指标值的转折点及评价值； 将实际值带入所确定的指标函数，计算出指标评价值。 2 3 系统综合评价方法 2 3 1 评价指标权重的概念 综合评价过程，通常涉及到大量的指标因素，而要想充分认识复杂的评价体，就必 须从不同的角度，从多个方面对此进行分析和研究，从而形成了多指标评价问题。一个 指标反映评价体一个方面的特征，要想全面反映评价体的状况，就要将这些指标综合起 来考虑，建立一套科学的、完善的指标体系。对于多指标评价系统，各评价指标的相互 重要程度不同，即指标权重互不相同。指标权重是综合评价的重要信息，它是由评价因 子的社会价值、决策者的管理目的、评价者的个人知识等多种因素决定的。 多指标评价的权重，是指每项指标对目标实现的贡献程度，它反映了各指标在评价 对象的价值地位。不同的权重将导致不同的评价结果。如果权重数值确定的不合理，那 么评价指标确定的全面与否将失去意义，因此合理地确定指标权重对评价系统是非常重 要的【5 】o 7 西安石油大学硕士学位论文 2 3 2 计算指标权重的方法 根据计算权重时原始数据的来源不同，系统综合分析评价可以分为主观赋权法、客 观赋权法和组合赋权法三类。主观赋权法主要有专家咨询法、最小平方和法、层次分析 法、特征值法等，其研究比较成熟。这类方法的特点是能较好反映评价对象所处的背景 条件和评价者的意图，但各个指标权重系数的准确性有赖于专家经验的积累。客观赋权 法的原始数据来自于评价矩阵的实际数据，如熵值法、拉开档次法、逼近理想点法等， 但容易出现“重要指标的权重系数小而不重要指标的权重系数大”的不合理现象。组合赋 权法是结和主观赋权法和客观赋权法的各自特点形成的，但其准确性有赖于对主观、客 观赋权法权重系数所占比例的确定，而且实施起来过于繁琐【6 】。 综上分析，主观赋权法能较好反映评价对象所处的背景条件和评价者的意图。而在 主观评价方法中，层次分析法能将定量分析与定性分析相结合，把数学处理与人的主观 判断相结合，能够有效地分析目标准则体系层次间的非次序关系，有效地综合测度评价 工作者的判断和比较，能较好地衡量相互关联的事物之间的重要程度，因此选用层次分 析法来评价钻井质量，可以得到客观、满意的评价结果。 2 4 层次分析法原理及评价步骤 2 4 1a h p 原理 层次分析法( t h e a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ，即a h p ) ，又称多层次权重解析方法， 是2 0 世纪7 0 年代由美国著名运筹学家、匹兹堡大学萨蒂教授提出来的。由于它简洁实 用，在许多领域得到越来越广泛的应用。利用层次分析法来确定钻井质量评价指标权重 可将各个单项评价指标综合起来，系统地考虑各评价单项对整个系统的整体影响。 假设有n 个评价指标x l ，x 2 ，x 3 ，x 4 ，x 5 ，x 。- i ，x n ，如果可以精确地判断两 两之间的重要程度，那么就可以得到一个权重比矩阵。 彳= ( 磊) 。= 磊磊： 最。暖： 磊。 嚷。 ： w l w 1 w 2 w l w l w 2 w 2 瓯瓯2 屯- jl w i w 2 w i w w 2 嘭蟛 ( 2 1 ) 显然，嗡= l t ，皖= l ，磊= 颤靠，f ，j ，k = 1 2 ，刀。用向量权重形= ( w l ，w 2 9o ) r 右乘矩阵a ，其结果为： a 矽= w l m w 2 m 1 4 w 1 w l w 2 w 2 w 2 w 2 y i w , i i w 2 ： m = 刀形 ( 2 2 ) 即( a n i ) w = 0 ，这是一个齐次线性方程，它有非零解的充要条件是行列式 么一以i = 0 ，即n 是矩阵a 的一个特征值。由于a 的每一行等于a 的第一行和某个常数 8 屹； 。l1j ， m 第一章d q e s 的实现原理及方法 的乘积，因此矩阵a 的秩为l 。根据矩阵所有特征值之和应等于其积，l ! v 以= t r ( a ) = 刀， s = l 可以判断矩阵a 只有个特征值( 最大特征值) 五觚= 刀，其余的皆为零。 不难看出，n 个评价指标x 的权重向量w 是比较判断矩阵a 的对应于i 1 的特征相 量，n 为上述矩阵a 唯一非零的最大特征值，w 是矩阵a 的特征根r l 对应的特征相量【7 l 。 2 4 2a h p 评价步骤 ( 1 ) 建立层次结构模型 将问题所包含的因素分层，可以划分为最高层、中间层、最底层。最高层表示解决 问题的目的，中间层为实现总目标而采取的措施、方案、政策，最底层是解决问题的各 种措施、政策和方案等。 ( 2 ) 构造判断矩阵彳 以a 表示目标，令石， 表示i ，j 指标对目标集“贡献”的大小，表示i 指标与j 指标比较的相对重要程度，然后认真选择专家进行咨询，希望第k 位专家能给出白 己的判断值气。最终判断矩阵彳的元素口 = 口，这里l 表示专家个数，则可得 厶k = l 到判断矩【8 】： 尊( 2 3 ) ( 3 ) 判断矩阵的标度及其含义 在层次分析法中，一系列成对因素的相对重要性的比较是定性的，为了使评价判断 定量化，形成判断矩阵，必须引入合适的标度值对各种相对重要性的关系进行度量。利 用表2 1 所示的l 9 标度法【9 1 可使定性评价转化为定量评价。 表2 - 1 相对重要性取值 标度含义 l 表示冈素x 。与x ，比较，具有同等重要 3 表示冈素x i 与x j 比较，x i 比x j 稍微重要 5 表示冈素x l 与x j 比较，x i 比x j 明显重要 7 表示冈素x i 与x j 比较，x i 比x j 强烈重要 9 表示冈素x l 与x j 比较，x i 比x j 极端重要 2 ，4 ，6 ，8 2 ，4 ，6 ，8 分别表示相邻判断1 - 3 ，3 - 5 ，5 7 ，7 - 9 的i f i 值 倒数x u 表示冈素x i 与x j 比较的判断，则x j 与x i 比较的判断颧= l x u ( 4 ) 计算权重 权重的计算有三种方法：平方和法、s a t t y 的最大特征向量法及几何平均法。 9 ” 疗 q 吒； 西安石油大学硕士学位论文 1 ) 平方和法 设名= ( ，如， 确定： ( 2 4 ) 式必须满足： ( 2 6 ) 式中： b = 九) r 为n 个指标权重的列向量， m i n ( 丑一乃) 2 j = li = 1 = 1 t = l 8 允= c ( 口：+ n - 1 ) j i 一( 口1 2 + a 2 1 ) 一( 口l 。+ 口。i ) 名值通过求解如下规划模型 ( 2 - 4 ) ( 2 5 ) ( 2 6 ) 一( 口1 2 + d 2 1 ) 一( a h + 口。1 ) ( 口三+ n - 1 ) ，“ ： 一( 口。2 + 口2 。) 一( a 2 。+ 口。2 ) ( 瓦+ n - 1 ) f 月 ( 2 7 ) c = ( 一口，一口，一口)( 2 - 8 ) 由于上述方程组有n + 1 个变量，n + 1 个独立方程，故解向量五不仅存在且唯一。 2 ) s a a t y 的最大特征向量法 设力为权向量，凡为判断矩阵彳的最大特征值，则通过求解方程 a 2 = 儿五 ( 2 9 ) 获得权向量见。即权向量力是判断矩阵j 的最大特征值所对应的特征向量f l o l 。 3 ) 几何平均法 她：陋口”卜乩2 ，3 ，i j j = l 丑= 车l ，i = l ，2 ，n ( 2 1 0 ) 即允= ( ，五， ) r 为权向量。 通过以上三种方法对c 构成的判断矩阵刁进行计算，并将结果求出平均值，可得力= ( 五，如，以) 。 ( 5 ) 判断矩阵的一致性检验 衡量矩阵a 的不一致程度的数量指标为一致性指标c i ( c o n s i s t e n c yi n d e x ) ，满 足： c i ：等 ( 2 1 1 ) 1 0 第二章d q e s 的实现原理及方法 为了得到一个不同阶数的判断矩阵均适用的一致性检验的临界值，还必须考虑一致 性与矩阵阶数之间的关系。一般地，判断矩阵的阶数越大，元素之间的关系就更难达到 一致性。因此，需根据判断矩阵的阶数对一致性指标c i 进行修正。 平均随机一致性指标r i 的计算过程如下【l l 】： 对于固定n 阶矩阵，从l ，2 ，9 ， 个值，作为矩阵上三角元素，主对角元素取 机正互反矩阵a ； 1 2 ，l 9 中独立地随机抽取n ( n - 1 ) 2 l ，下三角元素取对称元素的倒数，得到随 计算矩阵彳的一致性指标r i ，尼，= 每兰： ； 重复上述步骤得到足够数量样本，计算r i 的样本均值。表2 2 给出了样本容 量为1 0 0 0 的r i 均值。 表2 2 判断矩阵r i 值表 nl23456789l o r 10 0 0o 0 00 5 20 8 91 1 21 2 61 3 61 4 l1 4 61 4 9 这里，对于2 阶判断矩阵，r i 只是形式上的，因为2 阶判断矩阵总是具有一致 性。当阶数大于2 时，将判断矩阵的一致性指标c i 与同阶平均随机一致性指标r i 的 比值称为随机一致性比率，记为c r ( c o n s i s t e n c yr a t i o ) ，即： c r ：c o 1 0 1 0 ( 2 1 2 ) r 1 即当c r 0 1 0 时，则判断矩阵有可接受不一致性，否则，就认为初步建立判断矩 阵是不能令人满意的，需重新赋值，仔细修正，直到一致性检验通过为止。 ( 6 ) 评价值获得 总目标的评价值a ： 一 ，c ，、 彳= 爿l 霉d ql f = l 、，；l， ( 2 1 3 ) 其中名表示c ，的权重，名表示d q 的权重，c 。表示e 中口的个数，d q 表示g 栉c “ 中第j 个d 的指标值，且z = l ，彳= l 。 i = l = l 2 5 固井质量评价方法 固井质量评价所使用的方法比较简单，通过筛选出评价指标后，进行评价指标的定 性评价，然后在定性评价的基础上，将单项指标重新组合起来，进行水泥胶结质量、层 间封隔性能评价。在水泥胶结质量、层间封隔性能的评价过程中，利用数理统计原理， 量化同井段各等级的井段长度。 2 6 本章小结 本章首先简要介绍了d q e s 实现所采用的系统综合评价方法，然后重点阐述了实现 两安石油大学硕士学位论文 系统综合评价方法的三个主要环节：评价指标体系的建立、指标标准化及评价方法的选 择。在评价指标体系建立部分，介绍了用于d q e s 指标筛选的专家调研法；在指标标准 化部分，定量指标采用折线形函数法，定性指标则采用在主观评分的基础上直接计算指 标评价值；在评价方法部分，介绍了权重的概念以及确定权重的方法；并根据钻井工程 的具体情况特点，选择用层次分析法来进行钻井质量系统评价。对于所选的评价方法， 即层次分析法，在最后一节对其数学原理和评价方法进行详细描述。通过本章的工作， 解决了d q e s 实现过程所依据的理论原理及所采用的技术方法，是d q e s 整个研究工作 的指导方针。 1 2 第三章d q e s 的总体设计 第三章d q e s 的总体设计 d q e s 的建立是在质量评价指标系统化、定量化、综合化基础上实现的，钻井质量 评价系统化就是通过对评价项目的筛选，选择代表性的指标集，将所选的评价指标在同 一目标下总体地考虑问题；钻井质量评价指标定量化就是利用指标测量值与标准值之间 的映射关系，最大限度地反映指标相互间的实际情况，排除由于各项指标的单位不同以 及其数值、量级之间的差别所带来的差异影响；钻井质量评价综合化就是利用层次分析 法，给出各评价体( 钻井液、井身、取芯) 的评价指标权重系数，将各评价指标综合起 来，总体考虑各评价指标对整个评价体质量的整体影响。 从评价过程看，钻井质量评价涉及到大量的原始数据且计算过程比较复杂，为使所 提评价方法具有可操作性，开发了钻井质量评价综合应用软件。钻井质量评价综合应用 软件的开发是在钻井工程甲方监督助理系统地框架下，原有的钻井信息应用系统基础上 建立的，它保持了原来系统一贯的集成化、模块化的思想，实现了钻井质量评价的高效、 快速、准确，满足工程实际需求。 3 1d q e s 需求分析 在石油勘探开发各个阶段都要进行钻井施工，如在地质普查阶段，为了研究地质剖 面，寻找储油构造，要钻地质井、基准井、构造井；在区域详探阶段，为了寻找油气藏， 并详细研究油藏储量、性质、要钻预探井、详探井；在油田开发阶段，为了把石油、天 然气开采出来，更需要钻井，由此可见，钻井在石油勘探过程中的重要地位，而所有这 些开发研究工作能否成功的关键，首先取决于钻井工程质量，因此，对钻井工程质量进 行系统地、客观地评价，是非常有必要的。 传统的钻井质量评价都是简单地通过质量指标计算值( 测量值) 与设计标准中质量 要求允许值之间的比较，得到合格与否的定性评价，这种定性的、单项的指标，往往只 能反映钻井工程特定方面施工质量的好坏，而不足以全面反映钻井施工的整体效果。如 何将分散的、孤立的、定性的指标系统化、定量化、综合化是钻井质量评价体系目前急 需解决的问题。 通过对以往钻井质量评价中存在很难反映整体施工效果问题的分析，本文选用系统 综合评价技术，利用其对钻井质量中施工数据进行精细化处理，充分展现钻井施工质量 的整体效果。钻井质量评价系统化就是通过对评价项目的筛选，选择代表性的指标集， 将所选的评价指标在钻井各评价大项( 钻井液性能，井身质量、取芯质量、固井质量) 框架下整体性地考虑各指标的贡献程度；钻井质量评价指标定量化能最大化地反映指标 相互间的实际情况，排除由于各项指标的单位不同以及其数值、量级之间的差别所带来 的影响，使所有评价指标在统一标尺下加以衡量；钻井质量评价综合化就是利用层次分 析法，给出评价指标权重系数，将各评价指标综合起来，考虑各评价指标对质量评价大 项影响。 西安石油人学硕士学位论文 3 2d q e s 的关键技术 3 2 1 钻井质量评价指标的筛选 在钻井质量评价体系中，存在很多指标，各指标之间不可避免的存在着质量因素的 重叠性，所以评价指标选的过多，存在重复性，会相互干扰；评价指标过少，可能缺乏 足够的代表性，会产生片面性。因此，在选择质量评价指标时应遵守系统性、一致性、 独立性、可测性、科学性、可比性原则。钻井质量评价指标的筛选拟采用专家调研法， 由钻井专家根据工程环节的特性，如钻井液类型、井身类型、取芯类型等，在推荐评价 项目中确定一系列的评价指标集，作为该大项的质量评价指标体系。专家调研法本身具 有主观性，其结果是否全面和可靠性取决于专家的知识结构、经验，而本系统采用推荐 评价项目的方法，除钻井液质量评价没有行业标准外，其它所有评价项目均来源于石油 行业标准，评价者只需在推荐评价项目的取舍之间加以选择，此方法可以有效弥补专家 调研法的不足之处。 3 2 2 钻井质量评价指标的标准化 在钻井质量评价体系中，一般各个指标值的单位和量级是不相同的，这样，各个指 标之间存在着不可公度性，给系统评价带来了不便之处，为了能尽可能地反映实际情况， 排除由于各项指标的单位不同以及其数值、量级之间的悬殊差别所带来的影响，避免发 生评价的不合理现象，必须对评价指标进行标准量化。理论上来讲，折线型标准化方法 比较符合钻井质量评价指标的实际特性，其应用的前提是评价者必须对钻井工程有较深 刻的理解和认识，合理确定出指标值的转折点及其评价值。本文在钻井质量评价过程中， 将转折点定为评价标准值点，评价标准值的确定，钻井液性能指标标准值与钻井液类型 有关；井身质量指标标准值与井型、井别有关：取芯质量指标标准值与取芯类型、地层 类型有关。 对于定量型指标，考虑拉开档次的要求，一般低于评价标准值的指标，即不合格指 标，设定其评价值为0 ，高于评价标准值的指标，即合格指标，按线性函数赋值，最大 值为1 0 0 ，最小值为6 0 。对于定性指标，可以在主观评分的基础上直接按照定性描述给 定指标评价值。同理，不合格指标设定其评价值为0 ，合格指标则根据其描述打分，分 值为6 0 至1 0 0 。 3 2 3 钻井质量评价指标权重的确定 在系统评价过程中，通常涉及到大量的指标因素，一个指标反映一个评价体一个方 面的特征。要想充分认识复杂的评价体，就必须从不同的角度，从多个方面对此进行分 析和研究，从而形成了多指标评价问题。同样道理，要想全面反映钻井质量总体的状况， 就要将所有反映质量指标因素综合起来考虑，建立一套科学的、完善的指标体系。对于 钻井质量多指标评价系统，与各评价体相关的评价指标对于该评价体的相互重要程度各 不相同，即指标权重互不相同。因此，确定指标权重是钻井质量综合化评价的关键环节。 1 4 第三章d q e s 的总体设计 在主观评价方法中，层次分析法能将定量分析与定性分析相结合，把数学计算与人 的思维相结合；能有效地分析评价体系层次间的主次关系，有效地表达评价工作者的判 断和比较；能较好地衡量相互关联的指标因素之间的重要程度，因此选用层次分析法来 系统评价钻井质量，可以得到客观、满意的评价结果。 3 3d q e s 的设计原则 d q e s 在设计时，要充分考虑以下原则： 由于钻井质量评价标准的多样性，设计标准数据库时要充分考虑兼容性，以适应 各种不同标准类型的公用性。 充分考虑国内钻井质