無意外風險鉆井技術在油田安全生產中的應用探析

摘 要:近年來陸上、海上等鉆井技術研究的深入，使鉆井施工難度不斷增大，施工條件也更加復雜，地質問題導致的作業風險有所增加，而工作中人為因素、工藝水平和環境條件等的影響，也使設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因其準確、及時的預見性和指導性得到了迅速發展，其功效不斷在鉆井現場得到驗證。

關鍵詞:鉆井技術 無意外風險鉆井 作業風險 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的應用

1.1 鉆井施工中面臨的風險因素分析

1.1.1 地質條件等相關風險因素

近年來陸上、海上等鉆井技術研究的深入，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，而由于對地層壓力、破裂壓力梯度及斷層等井下地質條件掌握不明，且井上下信息的傳達不夠通暢，鉆井工程的安全生產常常面臨著巨大的挑戰。

1.1.2 鉆井設備的常見故障及其后果

作為石油鉆井的重要生產因素，鉆井設備在使用過程中常受到人為因素、工藝水平和環境條件等的影響，不可避免地出現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。作業中常見的設備故障包括機械零部件磨損、老化、松動，以及設備過熱、堵塞、滲漏、壓力失控、行程失調等。

1.2 無意外風險鉆井技術的概念與作用

在上述背景下，以事先發覺潛在風險、及時提出準確警報與防治對策為目的而研發的無意外風險鉆井技術得到了迅速發展，并在鉆井現場得到了驗證。無意外風險鉆井是一種以多領域專家的全方位參與為基礎，將鉆井數據庫軟件、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作，對井下各種風險進行識別與防控的技術。實踐中該技術將針對特定施工條件制定動態的鉆井方案，分析井下施工環境及設備運行狀態以解決井壁穩定性與井筒壓力等控制問題，通過實時比較設計方案與實際作業間的差異，判斷方案的可行性并及時作出調整，可以準確記錄觀測數據，以達到消除井下意外風險的目的。

2 無意外風險鉆井技術的工藝過程

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、地震領域的工程師與鉆井技術人員一道，綜合利用地震和鄰井地質、測井以及鉆井資料等提供的信息建立地質力學模型。并以地質力學模型為依據，針對鉆井目標儲層提出鉆前方案，制作巖石性質、地層應力等參數的綜合剖面圖，并通過工程軟件的協助制定鉆井方案。此時應借助預測軟件對沿井眼軌跡可能發生的井下風險及其程度做出預判，并以井眼深度為函數，將預測結果標注于剖面圖中，同時采取三維可視化技術將其標識于地質模型中。

鉆井階段的事中風險控制須嚴格依照預定方案施工，并通過隨鉆測量設備對井下工程數據進行實時的檢測和采集，工程師團隊應將其與預測參數進行連續比較、評估，確定井下是否存在地質問題和設備隱患，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，并適時作出對設備維護、工藝選擇等方案的更新，及時避免意外的發生。

鉆井完成后，應對項目的預測、設計和施工情況進行事后總結，通過對實際問題的回顧，總結經驗、評估效益，并對專家數據庫進行更新，為以后的工程分析提供可靠依據。

3 無意外風險鉆井的關鍵技術分析

3.1 成功的風險預測與管理技術

無意外風險鉆井技術體系中包含了WellTRAK知識系統、RiskTRAK鉆井風險數據庫、DrillMAP風險評估軟件，及DrillCAST短期風險預測軟件。這些軟件構成了風險管理、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，為系統提供了一個記錄、管理鉆井作業數據和知識的框架。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送給相關的決策者，輔助決策者及時采取措施。在鉆井時，根據井壁穩定性預測和鄰井數據分析結果，DrillMAP軟件列出基于深度的套管下入深度預測、優化的井筒壓力窗口、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的實時監測，可對鉆井過程中的異常現象做出快速響應，并對作業方案進行調整。DrillCAST軟件則用于預測未來24h、下一井段、未來幾天有關鉆井過程的信息，包括潛在事故、避免事故的最佳方法和應急措施等。

3.2 地質力學模型與孔隙壓力預測技術

由于鉆井施工的井下風險主要源自相關的地層壓力問題，因此準確的地質力學模型與孔隙壓力預測就成為了實現無意外風險鉆井的基礎技術。地質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值模，由地層頂部、斷層、巖石強度信息、孔隙壓力等各種參數的地質剖面組成。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計、井壁穩定性的控制以及鉆井液密度的選擇，減少井下事故的發生。

3.3 其他關鍵技術

除上述技術外，隨鉆檢測為研究工程實際與設計方案間的差異提供了重要依據，3D可視化實現了多領域實時的數據共享，而井眼壓力的控制則是保證安全鉆井的關鍵，因此必須確保這些技術的完善和功能的實現。以井眼壓力的控制為例，對于存在既塌又漏復雜地質條件的深井而言，控制井眼壓力是一項艱巨的任務。需要確定壓力的范圍，測定井底環空靜壓與動壓，利用隨鉆測量數據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。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定問題。

參考文獻

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