楊 智

中國石油集團川慶鉆探工程有限公司培訓中心井控培訓中心 四川成都 610213

隨著我國社會經(jīng)濟水平的不斷提高，石油和天然氣在我國經(jīng)濟發(fā)展中的占比也進一步提升。作為供應我國能源的主要來源，需要首先重視石油天然氣開采過程中風險控制問題，以進一步提高石油天然氣的開采效率。

1 自動化鉆井技術

1.1 自動化鉆井裝備

隨著自動化技術在石油天然氣鉆井開采工作中的應用，包含自動化鉆機、自動化控制系統(tǒng)、自動化測量系統(tǒng)的研用，促使自動化鉆井技術再度發(fā)展到了一個高潮。由意大利某公司研發(fā)的AHEAD 自動化鉆機同時兼?zhèn)潆妱域?qū)動和液壓驅(qū)動，并且其又配置了全自動的離線處理、流量監(jiān)測及連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)，可以當作智能鉆桿使用，且其又具備流量監(jiān)控和自動送鉆、連續(xù)循環(huán)功能，使用這種鉆機，可提升鉆井效率超50%。另外由另一家油井公司研發(fā)的自動化閉環(huán)鉆井系統(tǒng)，可以自動獲取到井底壓力、鉆壓、井下振動等參數(shù)信息，同時又可以完成地面和井下設備以及工具參數(shù)的優(yōu)化工作，這種鉆井系統(tǒng)在美國某頁巖區(qū)開采中的實踐應用，做到了機械鉆速最大化，且其系統(tǒng)日均進度提升了17%。不僅如此，某公司研發(fā)的在線鉆井液測試系統(tǒng)，可以同時完成鉆井液流變性、慮失量、硫化氫含量以及密度、pH 值、粒徑分布、固相含量、電導率等參數(shù)，能夠完整地預測并分析出鉆井液性能的變化情況并適當給出調(diào)整建議。挪威某機器人鉆井系統(tǒng)研發(fā)公司研制的全自動鉆臺機器人能夠完成鉆桿自動化處理，且目前該系統(tǒng)已投入實際應用中。

1.2 井下自動控制技術

事實上，這種技術的發(fā)展核心應該從井下自動鉆井系統(tǒng)和井下信號隨鉆傳輸技術兩方面體現(xiàn)出來。如果從隨鉆測量信號傳輸?shù)慕嵌葋矸治觯四芴岣咩@井液脈沖信號傳輸性能以外，同時也開發(fā)了有線鉆桿、電磁傳輸、聲波傳輸?shù)仍趦?nèi)的多重技術。斯倫貝謝公司研制的MWD 鉆井液脈沖數(shù)據(jù)傳輸平臺DigiScope 以及XACT 公司研制的鉆柱聲波傳輸系統(tǒng)，成功地克服了以往鉆機傳輸速率低、數(shù)據(jù)量小、脈沖噪聲影響和調(diào)速受限、泡沫鉆井信號傳輸困難、空氣鉆井信號等問題。另外由某公司研發(fā)的Intelliserv 智能鉆桿的傳輸速率達到了2Mb/ s，此為近年來鉆井技術研發(fā)領域邁出的重要一大步。

而對于井下自動鉆井系統(tǒng)而言，主要從旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)與自動垂直鉆井系統(tǒng)的研發(fā)及其性能的提升來體現(xiàn)其發(fā)展，能在做到地層多參數(shù)精細評價與眼軌跡高精度控制的基礎上，大幅提升其測控性能[1]。

2 鉆井液技術

關于鉆井液的研發(fā)，重點體現(xiàn)在其能夠抵抗高溫的能力、抗抑制性、環(huán)保性及防堵漏性幾個方面體現(xiàn)出來。時下水基鉆井液最高可以在243℃的高溫下使用，且密度最大可達到2.87g/ cm3。而油基鉆井液其參數(shù)則分別為265℃和2.39g/ cm3，另由斯倫貝謝公司研發(fā)的超高溫高壓油基鉆井液的密度則為2.39g/ cm3，這種鉆井系統(tǒng)在260℃的高溫下性能也同樣比較穩(wěn)定，而高溫高密度水基鉆井液參數(shù)則分別為232℃和2.3g/ cm3。

由貝克休斯和哈里伯頓等部分公司研發(fā)的頁巖氣水基鉆井液可以同時抵抗封堵微裂縫及空隙壓力傳遞，并且其同時具備高潤滑性、強抑制性、低慮失性、降摩阻性及阻絕泥包與環(huán)境友好等特征，這種技術多被應用于頁巖氣鉆井工作中。此外由德克薩斯大學研發(fā)的納米顆粒頁巖抑制劑，成功地攻破了頁巖井壁失穩(wěn)的問題，再者也保證了水基鉆井液鉆穿頁巖地層工作的安全開展。

沙特阿美公司與挪威Wellcem 公司研發(fā)的熱活性樹脂堵漏材料能在很短的時間內(nèi)于地層溫度下固化，固結發(fā)生時的溫度為20～150℃，此時的密度控制為0.75～2.5g/ cm3，該系統(tǒng)適用于密度較窄的窗口鉆井工程中。

另外氟基抗高溫鉆井液是由哈里伯頓公司研發(fā)的，且它是由氯化鈣鹽水、全氟聚醚、氟乳化劑共同配制合成的，這種鉆井液不僅熱穩(wěn)定性高，且抗氧化性也較強，受抵溫度可以超343℃。由中國石油研發(fā)的高溫高密度水基鉆井液的參數(shù)分別為232℃和2.3g/ cm3。中石化工程院研發(fā)的超密度鉆井液密度高達2.87g/ cm3[2]。

3 隨鉆地層測試技術

國外關于隨鉆地層測試技術的研發(fā)基本已經(jīng)實現(xiàn)了地層取樣測試分析及地層壓力測量。例如，由哈里伯頓公司研發(fā)的智能測試系統(tǒng)就可以經(jīng)測量實時獲取到儲層動態(tài)數(shù)據(jù)和井下數(shù)據(jù)、井下信息等，達到了及時優(yōu)化鉆井方案并且快速決策的目標。系統(tǒng)的構成包括智能測試閥、單相取樣器和無線傳輸系統(tǒng)，可忍耐最高溫度為204℃，最高可抵抗140MPa 壓強。相較于其它系統(tǒng)而言，該無線傳輸系統(tǒng)可以實現(xiàn)雙向傳輸，即不僅能夠把井底的壓力數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛?，對其測試狀態(tài)進行實時監(jiān)控，同時又能把地面產(chǎn)生的指令傳輸?shù)焦ぞ摺毫τ嬐型?、油管試壓閥、選擇測試閥、OMNI 循環(huán)閥共同構成了智能測試閥，且適用于井下開關及循環(huán)等作業(yè)中，可以快速反應出操作結果。此外，單向取樣器附帶了9 只取樣腔，因此它可以實現(xiàn)全工作過程全封閉、壓力補償、多次取樣預防樣品被污染，又可以精確地將取樣地層溫度與壓力記錄下來。再者，斯倫貝謝公司研發(fā)的三維徑向探測儀具備徑向探測和延伸的性能，可用于取樣地層動態(tài)流體參數(shù)及測量壓力參數(shù)。系統(tǒng)配置有4 個間隔90°的自封吸附式探測器，因此可以探測到周圍0.05m2以內(nèi)的流體范圍，是常規(guī)探測流體范圍的12 倍，又可以測試0.01mD（mPa·s）的低流動性與低滲透性地層中的壓力，墨西哥成功地完成了在抗壓強度300pi（2068.8kPa）欠膠結地層中的流體取樣作業(yè)。

隨鉆地層壓力測試儀是中海油田服務股份有限公司研制開發(fā)的鉆機系統(tǒng)，它能夠定點定時地完成地層壓力與地層密度的測量工作，且系統(tǒng)能抵抗的最高溫度為150℃，以及系統(tǒng)能抵抗的最高壓強為138MPa，此外，能抵抗的地層最高測量壓力為110MPa。經(jīng)由中石油工程院研發(fā)的井底環(huán)空壓力隨鉆測量系統(tǒng)可以保證被測量井底環(huán)空和柱內(nèi)的壓力及溫度，同時系統(tǒng)既可以單獨使用也可以對接MWD 聯(lián)合使用，該系統(tǒng)能抵抗最高使用溫度為150℃，且系統(tǒng)能抵抗最高壓強為170MPa。微芯片測量儀是由塔爾薩大學研發(fā)出來的，該儀器設備能夠充分利用鉆井液經(jīng)循環(huán)測量得到環(huán)空壓力數(shù)據(jù)、井底溫度等信息參數(shù)，不僅操作起來簡便而且應用成本也不高[3]。

4 石油天然氣鉆井工程風險控制技術

4.1 確定風險量化原則

基于以往作業(yè)經(jīng)驗可以得知，鉆井工程風險具有突發(fā)性高、預測困難度高等特點，因此在對其展開控制時，需要應用不同的量化原則，以此來確保事故出現(xiàn)后應急處理過程的時效性，降低安全風險事故帶來的危害性。在量化原則的擬定中，需要對其進行適當簡化，借此來方便計算工作的進行。現(xiàn)階段所使用的固有風險指數(shù)為G，其評分范圍在0～100 分，如果得分較高，那么表示目前存在較為嚴重的安全風險，并且也具備了較高的事故發(fā)生概率；而易發(fā)性的風險指數(shù)設定為Y，其評分范圍在0～100 分，若得分較高那么表示風險事故發(fā)生概率較大；嚴重類型的風險指數(shù)設定為S，其評分范圍在0～10 分，得分越高表明風險帶來的后果越嚴重。

4.2 明確風險分級標準

在對石油天然氣鉆井工程作業(yè)風險展開控制時，也需要明確相應的風險等級劃分標準，此過程也需要交給專業(yè)人員進行負責，而且所擬定的分級標準需具備較強的細化度，這樣也可以提高評估結果的可靠性，不斷提升工程運行過程的安全系數(shù)。一般情況下會將風險標準劃分為四個應用等級，具體內(nèi)容如下：

（1）1 級風險，其對應評分為0～100 分，表示鉆井工程不存在較大的風險問題；

（2）2 級風險，其對應評分為100～200 分，表示鉆井工程存在中等風險問題；

（3）3 級風險，其對應評分為200～500 分，表示鉆井工程存在較高等級風險問題；

（4）4 級風險，其對應評分超過500 分，表示鉆井工程存在非常高等級的風險問題，需及時組織專業(yè)人員進行處理，以降低工程帶來的風險性。

4.3 建立風險評估體系

完成上述工作內(nèi)容后，進入風險評估體系的搭建階段，相關作業(yè)人員需要對風險體系中的相關內(nèi)容展開深入了解，同時也需要做好實地考察工作，對于該地區(qū)基本作業(yè)環(huán)境、地質(zhì)結構、氣候條件等內(nèi)容，這些都是非常重要的影響因素需對其展開針對性，以此來得出鉆井工程施工期間的常見風險、突發(fā)性風險、嚴重性風險，提高后續(xù)風險分析評估過程的可靠性，確保所擬定施工決策的可行性。而且在體系建設過程中，也會基于信息技術對于系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)進行實時獲取，以此來作為風險評估活動的重要參考，提高預防措施的有效性。

4.4 突發(fā)事故應急處理

在石油天然氣鉆井工程施工過程中，也會面臨一些突發(fā)性事故，這也是風險處理時重點關注的內(nèi)容，常見突發(fā)性事故包括井噴失控、鉆井局部塌陷等，這也需要及時采取應急處理措施來進行整理，以降低突發(fā)事故帶來的危害性。以井噴失控事故為例，在對其展開應急處理時，應注意以下幾點：

（1）出現(xiàn)井噴失控事故時，需要及時成立救援小隊，向井筒內(nèi)噴水降溫，控制失控狀況。相關管理人員要及時進行現(xiàn)場指導，與施工人員之間做好協(xié)調(diào)工作，借此避免井噴事故影響擴大化，減少此問題帶來的負面影響。

（2）監(jiān)管部門也需要在現(xiàn)場做好監(jiān)測工作，檢查空氣中天然氣、硫化氫濃度，若超出安全值需及時組織人員進行處理，減少火災、爆炸、中毒等次生災害。應急處理中需秉持安全第一原則，避免對施工人員造成生命威脅。

5 結語

綜上所述，在石油工業(yè)工程中，石油鉆井技術扮演著非常重要的角色，且基于行業(yè)性激烈的競爭趨勢影響作用下，研究和優(yōu)化石油鉆井技術更有利于石油資源勘探，且對其行業(yè)性發(fā)展極具現(xiàn)實性影響意義。隨著我國各種鉆井工程技術的發(fā)展和優(yōu)化，當前所取得的經(jīng)濟效益比較可觀，然而，受到環(huán)境因素的影響，石油資源也逐漸變得緊缺，為此，就需要在原有的鉆井技術的基礎上進一步進行深化研發(fā)，嚴控鉆井測量技術實踐中的風險因素，將工作重點放在油氣層保護鉆井液技術研發(fā)上面來。