摘 要:近年來陸上、海上等鉆井技術(shù)研究的深入，使鉆井施工難度不斷增大，施工條件也更加復(fù)雜，地質(zhì)問題導(dǎo)致的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)有所增加，而工作中人為因素、工藝水平和環(huán)境條件等的影響，也使設(shè)備運(yùn)行面臨更大風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步影響了鉆井施工的安全與效率。而對(duì)井下環(huán)境和機(jī)械事故的預(yù)測(cè)、識(shí)別和防控需要綜合考慮非常多的因素，這就需要建立科學(xué)完善的風(fēng)險(xiǎn)控制體系，對(duì)施工的全過程進(jìn)行嚴(yán)格管理。在這一背景下，無意外風(fēng)險(xiǎn)鉆井技術(shù)因其準(zhǔn)確、及時(shí)的預(yù)見性和指導(dǎo)性得到了迅速發(fā)展，其功效不斷在鉆井現(xiàn)場(chǎng)得到驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞:鉆井技術(shù) 無意外風(fēng)險(xiǎn)鉆井 作業(yè)風(fēng)險(xiǎn) 安全控制

中圖分類號(hào):TD44文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)08(b)-0086-01

1 無意外風(fēng)險(xiǎn)鉆井技術(shù)的應(yīng)用

1.1 鉆井施工中面臨的風(fēng)險(xiǎn)因素分析

1.1.1 地質(zhì)條件等相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)因素

近年來陸上、海上等鉆井技術(shù)研究的深入，使鉆井施工難度不斷增大，施工條件更加復(fù)雜，地質(zhì)問題導(dǎo)致的鉆井風(fēng)險(xiǎn)也有增加的趨勢(shì)。施工中較常見的井漏、井涌、井塌、井噴、砂橋、卡鉆、地層蠕變和井下落物等事故，嚴(yán)重影響了鉆井工程的順利進(jìn)行。而對(duì)井下環(huán)境的預(yù)測(cè)、識(shí)別和防控需要綜合非常多的因素，并進(jìn)行精密科學(xué)的分析技術(shù)，而由于對(duì)地層壓力、破裂壓力梯度及斷層等井下地質(zhì)條件掌握不明，且井上下信息的傳達(dá)不夠通暢，鉆井工程的安全生產(chǎn)常常面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

1.1.2 鉆井設(shè)備的常見故障及其后果

作為石油鉆井的重要生產(chǎn)因素，鉆井設(shè)備在使用過程中常受到人為因素、工藝水平和環(huán)境條件等的影響，不可避免地出現(xiàn)零部件的磨損和變形，若不及時(shí)對(duì)其進(jìn)行預(yù)防和治理，可能造成嚴(yán)重的安全事故，并導(dǎo)致工期的延誤和成本的增加。作業(yè)中常見的設(shè)備故障包括機(jī)械零部件磨損、老化、松動(dòng)，以及設(shè)備過熱、堵塞、滲漏、壓力失控、行程失調(diào)等。

1.2 無意外風(fēng)險(xiǎn)鉆井技術(shù)的概念與作用

在上述背景下，以事先發(fā)覺潛在風(fēng)險(xiǎn)、及時(shí)提出準(zhǔn)確警報(bào)與防治對(duì)策為目的而研發(fā)的無意外風(fēng)險(xiǎn)鉆井技術(shù)得到了迅速發(fā)展，并在鉆井現(xiàn)場(chǎng)得到了驗(yàn)證。無意外風(fēng)險(xiǎn)鉆井是一種以多領(lǐng)域?qū)＜业娜轿粎⑴c為基礎(chǔ)，將鉆井?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)軟件、先進(jìn)的預(yù)測(cè)軟件以及各種硬件相集成，通過開放交流和團(tuán)隊(duì)協(xié)作，對(duì)井下各種風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別與防控的技術(shù)。實(shí)踐中該技術(shù)將針對(duì)特定施工條件制定動(dòng)態(tài)的鉆井方案，分析井下施工環(huán)境及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以解決井壁穩(wěn)定性與井筒壓力等控制問題，通過實(shí)時(shí)比較設(shè)計(jì)方案與實(shí)際作業(yè)間的差異，判斷方案的可行性并及時(shí)作出調(diào)整，可以準(zhǔn)確記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)，以達(dá)到消除井下意外風(fēng)險(xiǎn)的目的。

2 無意外風(fēng)險(xiǎn)鉆井技術(shù)的工藝過程

無意外風(fēng)險(xiǎn)鉆井的工藝過程可按施工劃分為事前、事中和事后三個(gè)階段。事前即鉆前階段，此時(shí)應(yīng)由地質(zhì)、地震領(lǐng)域的工程師與鉆井技術(shù)人員一道，綜合利用地震和鄰井地質(zhì)、測(cè)井以及鉆井資料等提供的信息建立地質(zhì)力學(xué)模型。并以地質(zhì)力學(xué)模型為依據(jù)，針對(duì)鉆井目標(biāo)儲(chǔ)層提出鉆前方案，制作巖石性質(zhì)、地層應(yīng)力等參數(shù)的綜合剖面圖，并通過工程軟件的協(xié)助制定鉆井方案。此時(shí)應(yīng)借助預(yù)測(cè)軟件對(duì)沿井眼軌跡可能發(fā)生的井下風(fēng)險(xiǎn)及其程度做出預(yù)判，并以井眼深度為函數(shù)，將預(yù)測(cè)結(jié)果標(biāo)注于剖面圖中，同時(shí)采取三維可視化技術(shù)將其標(biāo)識(shí)于地質(zhì)模型中。

鉆井階段的事中風(fēng)險(xiǎn)控制須嚴(yán)格依照預(yù)定方案施工，并通過隨鉆測(cè)量設(shè)備對(duì)井下工程數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)和采集，工程師團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)將其與預(yù)測(cè)參數(shù)進(jìn)行連續(xù)比較、評(píng)估，確定井下是否存在地質(zhì)問題和設(shè)備隱患，并將風(fēng)險(xiǎn)類型、風(fēng)險(xiǎn)程度等記入風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方案，通過團(tuán)隊(duì)交流討論對(duì)施工方案進(jìn)行改進(jìn)，并適時(shí)作出對(duì)設(shè)備維護(hù)、工藝選擇等方案的更新，及時(shí)避免意外的發(fā)生。

鉆井完成后，應(yīng)對(duì)項(xiàng)目的預(yù)測(cè)、設(shè)計(jì)和施工情況進(jìn)行事后總結(jié)，通過對(duì)實(shí)際問題的回顧，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、評(píng)估效益，并對(duì)專家數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更新，為以后的工程分析提供可靠依據(jù)。

3 無意外風(fēng)險(xiǎn)鉆井的關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 成功的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)與管理技術(shù)

無意外風(fēng)險(xiǎn)鉆井技術(shù)體系中包含了WellTRAK知識(shí)系統(tǒng)、RiskTRAK鉆井風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)、DrillMAP風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估軟件，及DrillCAST短期風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)軟件。這些軟件構(gòu)成了風(fēng)險(xiǎn)管理、識(shí)別、預(yù)測(cè)和預(yù)防所需的功能。其中WellTRAK允許對(duì)跟蹤到的實(shí)際鉆井活動(dòng)與初始方案進(jìn)行比較，預(yù)測(cè)鉆井時(shí)間及費(fèi)用，為系統(tǒng)提供了一個(gè)記錄、管理鉆井作業(yè)數(shù)據(jù)和知識(shí)的框架。RiskTRAK提供了錄入及檢索知識(shí)、危險(xiǎn)信息的窗口，并能把相應(yīng)的信息發(fā)送給相關(guān)的決策者，輔助決策者及時(shí)采取措施。在鉆井時(shí)，根據(jù)井壁穩(wěn)定性預(yù)測(cè)和鄰井?dāng)?shù)據(jù)分析結(jié)果，DrillMAP軟件列出基于深度的套管下入深度預(yù)測(cè)、優(yōu)化的井筒壓力窗口、事故和潛在鉆井危險(xiǎn)位置以及減輕風(fēng)險(xiǎn)的措施。此外，利用DrillMAP的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可對(duì)鉆井過程中的異?，F(xiàn)象做出快速響應(yīng)，并對(duì)作業(yè)方案進(jìn)行調(diào)整。DrillCAST軟件則用于預(yù)測(cè)未來24h、下一井段、未來幾天有關(guān)鉆井過程的信息，包括潛在事故、避免事故的最佳方法和應(yīng)急措施等。

3.2 地質(zhì)力學(xué)模型與孔隙壓力預(yù)測(cè)技術(shù)

由于鉆井施工的井下風(fēng)險(xiǎn)主要源自相關(guān)的地層壓力問題，因此準(zhǔn)確的地質(zhì)力學(xué)模型與孔隙壓力預(yù)測(cè)就成為了實(shí)現(xiàn)無意外風(fēng)險(xiǎn)鉆井的基礎(chǔ)技術(shù)。地質(zhì)力學(xué)模型是利用計(jì)算機(jī)描述特定地層剖面應(yīng)力和巖石力學(xué)特性的數(shù)值模，由地層頂部、斷層、巖石強(qiáng)度信息、孔隙壓力等各種參數(shù)的地質(zhì)剖面組成。而開鉆前或鉆井過程中，如能提前精確預(yù)測(cè)地層孔隙壓力變化并采取相應(yīng)措施，則有利于鉆井方案的設(shè)計(jì)、井壁穩(wěn)定性的控制以及鉆井液密度的選擇，減少井下事故的發(fā)生。

3.3 其他關(guān)鍵技術(shù)

除上述技術(shù)外，隨鉆檢測(cè)為研究工程實(shí)際與設(shè)計(jì)方案間的差異提供了重要依據(jù)，3D可視化實(shí)現(xiàn)了多領(lǐng)域?qū)崟r(shí)的數(shù)據(jù)共享，而井眼壓力的控制則是保證安全鉆井的關(guān)鍵，因此必須確保這些技術(shù)的完善和功能的實(shí)現(xiàn)。以井眼壓力的控制為例，對(duì)于存在既塌又漏復(fù)雜地質(zhì)條件的深井而言，控制井眼壓力是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。需要確定壓力的范圍，測(cè)定井底環(huán)空靜壓與動(dòng)壓，利用隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)不斷修正地層孔隙壓力及其梯度值，并將井底壓力控制在安全壓力窗口范圍內(nèi)。同時(shí)，還應(yīng)識(shí)別、分析鉆井引起的地層破裂與井壁坍塌等不穩(wěn)定問題。

參考文獻(xiàn)

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