王家華，徐曉秋

四川大學(xué)制造科學(xué)與工程學(xué)院，四川成都 610065

0 引言

由于國內(nèi)空氣鉆井技術(shù)還不夠成熟，導(dǎo)致在鉆井過程中存在許多安全隱患，鉆井事故時(shí)常發(fā)生，比如井下燃爆、地層出水、氣測(cè)異常等。中國石化近年來一直致力于研發(fā)一套完善的空氣鉆井事故監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，并不斷改進(jìn)，使之能對(duì)空氣鉆井異常事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警，為鉆井工作人員提供井下數(shù)據(jù)顯示，有效地預(yù)防事故的發(fā)生。

1 安全預(yù)警系統(tǒng)基本原理

圖1 安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)工作流程圖

2 預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 預(yù)報(bào)模型建立

根據(jù)調(diào)研，初步確定了氣體鉆井主要異常事故，建立了空氣鉆井工程異常事故診斷表，見表2。

空氣鉆井主要可能發(fā)生地層出水、井下燃爆等八種安全異常事件。造成事故發(fā)生的主要參素有懸重、扭矩、立壓等。每種事故由一種或幾種因素綜合引起。

通過收集、整理、分析錄井公司歷年來多次事故的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)，確立預(yù)報(bào)模型。系統(tǒng)預(yù)警分為單參數(shù)預(yù)警、異常事件綜合預(yù)警。單參數(shù)預(yù)警就是設(shè)置某一參數(shù)的正常高值和正常低值。當(dāng)該單參數(shù)的當(dāng)前值不在正常范圍內(nèi)時(shí)，實(shí)現(xiàn)單參數(shù)預(yù)警。異常事件綜合預(yù)警首先要確定某種異常事件若干影響參數(shù)，用該異常事件發(fā)生的趨勢(shì)值衡量其發(fā)生的可能性。趨勢(shì)值的計(jì)算方法如下：

其中基值是指一段時(shí)間內(nèi)參數(shù)正常情況下的平均值；權(quán)重是指某參數(shù)在諸多參數(shù)對(duì)某一異常事件的影響中所占百分比例。通過公式計(jì)算獲得異常事件趨勢(shì)值，與正常趨勢(shì)值比較，判斷異常的發(fā)生。

表1 異常事件趨勢(shì)值報(bào)警分級(jí)表

表2 空氣鉆井工程異常事故診斷表

為了更加具體的描述安全隱患的嚴(yán)重程度，系統(tǒng)采用分級(jí)報(bào)警，見表2。根據(jù)趨勢(shì)值的變化將各種異常事件可能發(fā)生的程度分為三級(jí)，實(shí)現(xiàn)三級(jí)預(yù)警。

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫以SQL Server 2005 為開發(fā)平臺(tái)，數(shù)據(jù)均為實(shí)時(shí)更新的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫KqzjDB 總共包含九張數(shù)據(jù)表。用戶信息表User 保存用戶名、登陸密碼及其權(quán)限；事故表Accident 包含事故ID，事故名稱，和發(fā)生此事故的標(biāo)志；異常事故記錄表AccidentLog，包含記錄ID，此記錄對(duì)應(yīng)事故發(fā)生參數(shù)、事故ID、事故發(fā)生時(shí)間、導(dǎo)致事故發(fā)生的原因；報(bào)警分級(jí)數(shù)據(jù)表AlertLevel 主要是針對(duì)復(fù)雜事故，總共8 個(gè)復(fù)雜事故預(yù)警，包含分級(jí)ID、分級(jí)對(duì)應(yīng)事故ID、一級(jí)趨勢(shì)值、二級(jí)趨勢(shì)值、三級(jí)趨勢(shì)值；表ComplexPart 和表ComplexAlert 共同作用實(shí)現(xiàn)復(fù)雜報(bào)警閾值設(shè)置；參數(shù)表Index 存儲(chǔ)系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)，包含參數(shù)ID、參數(shù)名稱；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄表Monitor，記錄系統(tǒng)采樣一次所得到的各種參數(shù)值，包含監(jiān)測(cè)ID 和監(jiān)測(cè)時(shí)間以及所有參數(shù)指標(biāo)，此表用于用戶打印數(shù)據(jù)

監(jiān)測(cè)單；單參數(shù)報(bào)警閾值表SimpleAlert，用來設(shè)置各單參數(shù)的閾值包含閾值ID，對(duì)應(yīng)單參數(shù)ID、正常低值、正常高值、井深。

2.3 系統(tǒng)業(yè)務(wù)處理流程分析

系統(tǒng)的業(yè)務(wù)處理流程如圖2 所示，用戶經(jīng)登錄系統(tǒng)進(jìn)入系統(tǒng)主界面，通過子系統(tǒng)選擇，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)預(yù)警、系統(tǒng)維護(hù)、參數(shù)重置、幫用戶助和查詢打印等功能。

監(jiān)測(cè)預(yù)警子系統(tǒng)用于對(duì)鉆井參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警，包括單值預(yù)警和綜合預(yù)警。其中，前者對(duì)每個(gè)單一參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并用數(shù)據(jù)和曲線圖反映。綜合預(yù)警監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)八種異常事件，可視化顯示各趨勢(shì)值變化情況，實(shí)現(xiàn)分級(jí)預(yù)警。

系統(tǒng)維護(hù)子系統(tǒng)用于系統(tǒng)管理員對(duì)各用戶的權(quán)限管理，并且提供數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)清理功能，提高系統(tǒng)安全性和降低數(shù)據(jù)庫冗余度。

參數(shù)重置子系統(tǒng)包括單參數(shù)預(yù)置、綜合預(yù)警參數(shù)預(yù)置以及分級(jí)參數(shù)預(yù)置。在鉆井過程中，各種預(yù)置參數(shù)不是固定不變的，而是隨著井號(hào)、井深、鉆井時(shí)間以及環(huán)境條件的改變而改變的，包括單參數(shù)預(yù)置、綜合預(yù)警參數(shù)預(yù)置以及分級(jí)參數(shù)預(yù)置。

查詢打印子系統(tǒng)根據(jù)查詢需求對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)覽和按照所需格式打印，包括查詢打印事故通知單和歷史數(shù)據(jù)查詢。

用戶幫助子系統(tǒng)提供用戶密碼等個(gè)人信息設(shè)置。

3 結(jié)論

本項(xiàng)目研究的空氣鉆井安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已正式投入使用于到川東北地區(qū)元壩氣田的鉆井現(xiàn)場(chǎng)，氣體濃度的測(cè)量精度控制在±4%FS 之內(nèi)，滿足系統(tǒng)要求的±5%FS，預(yù)警系統(tǒng)能在工程要求的5 秒內(nèi)做出準(zhǔn)確及時(shí)的預(yù)警響應(yīng)，有效地對(duì)空氣鉆井安全事故進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)警。

圖2 安全預(yù)警系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖

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