無意外風險鉆井技術(shù)在油田安全生產(chǎn)中的應用探析

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，施工條件也更加復雜，地質(zhì)問題導致的作業(yè)風險有所增加，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)備運行面臨更大風險，進一步影響了鉆井施工的安全與效率。而對井下環(huán)境和機械事故的預測、識別和防控需要綜合考慮非常多的因素，這就需要建立科學完善的風險控制體系，對施工的全過程進行嚴格管理。在這一背景下，無意外風險鉆井技術(shù)因其準確、及時的預見性和指導性得到了迅速發(fā)展，其功效不斷在鉆井現(xiàn)場得到驗證。

關(guān)鍵詞:鉆井技術(shù) 無意外風險鉆井 作業(yè)風險 安全控制

中圖分類號:TD44文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)08(b)-0086-01

1 無意外風險鉆井技術(shù)的應用

1.1 鉆井施工中面臨的風險因素分析

1.1.1 地質(zhì)條件等相關(guān)風險因素

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，施工條件更加復雜，地質(zhì)問題導致的鉆井風險也有增加的趨勢。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，嚴重影響了鉆井工程的順利進行。而對井下環(huán)境的預測、識別和防控需要綜合非常多的因素，并進行精密科學的分析技術(shù)，而由于對地層壓力、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，若不及時對其進行預防和治理，可能造成嚴重的安全事故，并導致工期的延誤和成本的增加。作業(yè)中常見的設(shè)備故障包括機械零部件磨損、老化、松動，以及設(shè)備過熱、堵塞、滲漏、壓力失控、行程失調(diào)等。

1.2 無意外風險鉆井技術(shù)的概念與作用

在上述背景下，以事先發(fā)覺潛在風險、及時提出準確警報與防治對策為目的而研發(fā)的無意外風險鉆井技術(shù)得到了迅速發(fā)展，并在鉆井現(xiàn)場得到了驗證。無意外風險鉆井是一種以多領(lǐng)域?qū)＜业娜轿粎⑴c為基礎(chǔ)，將鉆井數(shù)據(jù)庫軟件、先進的預測軟件以及各種硬件相集成，通過開放交流和團隊協(xié)作，對井下各種風險進行識別與防控的技術(shù)。實踐中該技術(shù)將針對特定施工條件制定動態(tài)的鉆井方案，分析井下施工環(huán)境及設(shè)備運行狀態(tài)以解決井壁穩(wěn)定性與井筒壓力等控制問題，通過實時比較設(shè)計方案與實際作業(yè)間的差異，判斷方案的可行性并及時作出調(diào)整，可以準確記錄觀測數(shù)據(jù)，以達到消除井下意外風險的目的。

2 無意外風險鉆井技術(shù)的工藝過程

無意外風險鉆井的工藝過程可按施工劃分為事前、事中和事后三個階段。事前即鉆前階段，此時應由地質(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)、測井以及鉆井資料等提供的信息建立地質(zhì)力學模型。并以地質(zhì)力學模型為依據(jù)，針對鉆井目標儲層提出鉆前方案，制作巖石性質(zhì)、地層應力等參數(shù)的綜合剖面圖，并通過工程軟件的協(xié)助制定鉆井方案。此時應借助預測軟件對沿井眼軌跡可能發(fā)生的井下風險及其程度做出預判，并以井眼深度為函數(shù)，將預測結(jié)果標注于剖面圖中，同時采取三維可視化技術(shù)將其標識于地質(zhì)模型中。

鉆井階段的事中風險控制須嚴格依照預定方案施工，并通過隨鉆測量設(shè)備對井下工程數(shù)據(jù)進行實時的檢測和采集，工程師團隊應將其與預測參數(shù)進行連續(xù)比較、評估，確定井下是否存在地質(zhì)問題和設(shè)備隱患，并將風險類型、風險程度等記入風險評估方案，通過團隊交流討論對施工方案進行改進，并適時作出對設(shè)備維護、工藝選擇等方案的更新，及時避免意外的發(fā)生。

鉆井完成后，應對項目的預測、設(shè)計和施工情況進行事后總結(jié)，通過對實際問題的回顧，總結(jié)經(jīng)驗、評估效益，并對專家數(shù)據(jù)庫進行更新，為以后的工程分析提供可靠依據(jù)。

3 無意外風險鉆井的關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 成功的風險預測與管理技術(shù)

無意外風險鉆井技術(shù)體系中包含了WellTRAK知識系統(tǒng)、RiskTRAK鉆井風險數(shù)據(jù)庫、DrillMAP風險評估軟件，及DrillCAST短期風險預測軟件。這些軟件構(gòu)成了風險管理、識別、預測和預防所需的功能。其中WellTRAK允許對跟蹤到的實際鉆井活動與初始方案進行比較，預測鉆井時間及費用，為系統(tǒng)提供了一個記錄、管理鉆井作業(yè)數(shù)據(jù)和知識的框架。RiskTRAK提供了錄入及檢索知識、危險信息的窗口，并能把相應的信息發(fā)送給相關(guān)的決策者，輔助決策者及時采取措施。在鉆井時，根據(jù)井壁穩(wěn)定性預測和鄰井數(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測、優(yōu)化的井筒壓力窗口、事故和潛在鉆井危險位置以及減輕風險的措施。此外，利用DrillMAP的實時監(jiān)測，可對鉆井過程中的異?，F(xiàn)象做出快速響應，并對作業(yè)方案進行調(diào)整。DrillCAST軟件則用于預測未來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急措施等。

3.2 地質(zhì)力學模型與孔隙壓力預測技術(shù)

由于鉆井施工的井下風險主要源自相關(guān)的地層壓力問題，因此準確的地質(zhì)力學模型與孔隙壓力預測就成為了實現(xiàn)無意外風險鉆井的基礎(chǔ)技術(shù)。地質(zhì)力學模型是利用計算機描述特定地層剖面應力和巖石力學特性的數(shù)值模，由地層頂部、斷層、巖石強度信息、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，如能提前精確預測地層孔隙壓力變化并采取相應措施，則有利于鉆井方案的設(shè)計、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，隨鉆檢測為研究工程實際與設(shè)計方案間的差異提供了重要依據(jù)，3D可視化實現(xiàn)了多領(lǐng)域?qū)崟r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)的完善和功能的實現(xiàn)。以井眼壓力的控制為例，對于存在既塌又漏復雜地質(zhì)條件的深井而言，控制井眼壓力是一項艱巨的任務。需要確定壓力的范圍，測定井底環(huán)空靜壓與動壓，利用隨鉆測量數(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，還應識別、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

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