基于鉆進(jìn)過程的油井安全綜合評估

譙婧　劉天時　孟雅蕾

摘要：為了確定油井鉆進(jìn)過程中各工況因素對鉆井安全的影響程度，減少鉆井事故發(fā)生率，該文分析影響鉆井安全的相關(guān)因素確定鉆井安全評價指標(biāo)，采用層次分析法建立鉆井安全評價模型，對各指標(biāo)的影響程度予以定量表示。最后結(jié)合實(shí)際的鉆井工況數(shù)據(jù)綜合分析確定出不同工況數(shù)據(jù)的安全等級。應(yīng)用實(shí)例表明，該模型能夠?qū)︺@井作業(yè)的安全性進(jìn)行科學(xué)評價，從而有效的降低事故發(fā)生率。

關(guān)鍵詞：鉆進(jìn)過程；層次分析法；安全等級評估；隸屬函數(shù)

中圖分類號：TP182 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）10-0213-03

1 概述

隨著油田勘探的不斷發(fā)展，鉆井的數(shù)量不斷上升，安全問題成為整個鉆井過程重點(diǎn)關(guān)注的焦點(diǎn)。在鉆井過程中采取合理的措施減少事故的發(fā)生，已成為當(dāng)前鉆井工程面臨的重要問題。

許多鉆井研究工作者對鉆井安全的各工況因素進(jìn)行了廣泛地分析研究。文獻(xiàn)[1]利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對鉆井過程中各因素學(xué)習(xí)訓(xùn)練，以此監(jiān)控鉆井參數(shù)，指導(dǎo)鉆井參數(shù)調(diào)整的實(shí)施，從而有效減少鉆井事故的發(fā)生。文獻(xiàn)[2]采用層次分析法和模糊綜合評價法綜合評估預(yù)測井壁穩(wěn)定性，該方法減少了人為因素對評價結(jié)果的影響，提高了井壁穩(wěn)定性預(yù)測的準(zhǔn)確性，為現(xiàn)場鉆井施工的決策提供可靠的信息。

以上文獻(xiàn)只研究了單一工程因素對鉆井安全的影響，并未綜合考慮各工程因素之間存在差異。本文綜合考慮各工程因素對鉆井安全的影響，建立鉆井安全評價模型，各因素對鉆井安全的影響程度予以定量表示，并對現(xiàn)場鉆進(jìn)過程中工況數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終評價各組工況數(shù)據(jù)的安全級別。

2 鉆井安全評估模型的建立

2.1 影響鉆井安全指標(biāo)的確定

鉆井過程錯綜復(fù)雜，鉆進(jìn)過程中隨著鉆井深度的變化常會遇到不同的地質(zhì)巖層[3]本文結(jié)合油田歷史地質(zhì)資料、鉆井?dāng)?shù)據(jù)資料、安全人員的工作經(jīng)驗(yàn)并參考油田鉆井井史記錄確定評價指標(biāo)，作為鉆進(jìn)工況數(shù)據(jù)安全評價的依據(jù)。綜合考慮鉆井施工情況、鉆井液性能、地質(zhì)條件對鉆井安全的影響，對各影響因素對比研究，并遵循選擇指標(biāo)與井下事故關(guān)系緊密、對應(yīng)性好、穩(wěn)定性強(qiáng)、容易直接獲取的選用原則選取評價指標(biāo)

2.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

安全指標(biāo)之間相互影響，很難確定各個指標(biāo)的重要性[4]，因而采用AHP（Analytic Hierarchy Process）層次分析法確定權(quán)重，首先根據(jù)指標(biāo)的支配關(guān)系建立層次結(jié)構(gòu)模型。然后對各層影響指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，將每一層指標(biāo)的相對重要程度予以定量表示構(gòu)造判斷矩陣，最終確定各指標(biāo)的權(quán)重[4-5]。根據(jù)支配關(guān)系確立了鉆井安全評價體系層次結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示，并用編號A-C34表示各指標(biāo)。

圖1 鉆井安全評價體系層次結(jié)構(gòu)

指標(biāo)的兩兩比較結(jié)果采用1～9標(biāo)度法定量表示，確定出判斷矩陣。1～9標(biāo)度法如表1所示。

通過一致性檢才能說明重要度判斷合理，否則要從新構(gòu)造判斷矩陣。一致性檢驗(yàn)的計(jì)算方法如下：

[CR=CIRI] （1）

[CI=λmax-nn-1] （2）

其中CR為隨機(jī)一致性比率，CI為一致性指標(biāo)，RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，可查表6得出。[λmax]為矩陣的最大特征值，n為矩陣階數(shù)。當(dāng)CR<0.1時，認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性，當(dāng)CR>0.1時，必須重新調(diào)整判斷陣。經(jīng)檢驗(yàn)后可知本文的判斷矩陣具有滿意的一致性，求出的權(quán)重合理。

2.3指標(biāo)數(shù)據(jù)的處理

指標(biāo)數(shù)據(jù)的取值、單位和量綱是不相同的，且每個指標(biāo)數(shù)據(jù)數(shù)值的大小和變化范圍也是不相同的，按指標(biāo)性質(zhì)分為4類：極大型指標(biāo)，即指標(biāo)值越大越好；極小型指標(biāo)，即指標(biāo)值越小越好；適中型指標(biāo)，即越靠近中值區(qū)間越好，越遠(yuǎn)離中值區(qū)間越差；對于非定量指標(biāo)地質(zhì)巖性，根據(jù)要預(yù)防事故對安全生產(chǎn)威脅程度的大小對事故類型的安全性進(jìn)行量化，在0～1之間賦值，威脅越大賦值越小。對于地質(zhì)巖性指標(biāo)，事故提醒類型為防漏賦值0.8，防卡賦值0.7，防塌賦值0.6，防噴賦值0.5，防塌且防噴賦值0.4。各類型指標(biāo)按如下隸屬度函數(shù)進(jìn)行歸一化處理。

極大型：

[μ（xi）=xi-miMi-mi][（mi≤xi≤Mi）] （3）

極小型：

[μ（xi）=Mi-xiMi-mi][（mi≤xi≤Mi）] （4）

適中型：

[μ（xi）=2（xi-mi）Mi-mi（mi≤xi

其中[（i=1，2，…，n）]表示選取指標(biāo)的個數(shù)，[μ（xi）]為標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)值，[xi]為原始指標(biāo)值，[mi]為[n]個[xi]中的最小值，[Mi]為[n]個[xi]中的最大值。

2.4 鉆井安全綜合評價

確定出各指標(biāo)權(quán)重，并對指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理后，應(yīng)用AHP法評估鉆進(jìn)過程中工況安全性，如公式（6）所示。

[A=WB1j=66W1jC1j+WB2j=66W2jC2j+WB3j=44W3jC3j] （6）

式中A表示每組工況數(shù)據(jù)對鉆井安全影響程度的綜合得分。[WB1]、[WB2]、[WB3]為指標(biāo)B1、B2、B3對應(yīng)的權(quán)值，如表3所示；[W1j]、[W2j]、[W3j]為權(quán)值向量，如表4、表5、表6所示；[C1j]、[C2j]、[C3j]為各指標(biāo)數(shù)據(jù)歸一化處理后的取值。根據(jù)式（6）計(jì)算出的結(jié)果進(jìn)行安全等級劃分，一般安全等級分級標(biāo)準(zhǔn)如表7所示。

3 應(yīng)用舉例

隨機(jī)選取某油田已開采井的鉆進(jìn)過程中實(shí)時工況數(shù)據(jù)6組進(jìn)行研究，鉆井取樣深度900～2500m，數(shù)據(jù)樣本如表8所示。X1～X6對應(yīng)指標(biāo)C11～C16，X7～X12對應(yīng)指標(biāo)C21～C26，X13～X16對應(yīng)指標(biāo)C31～C34，其中進(jìn)口泥流量（C11）、烴類氣體含量（C21）、漏斗粘度（C26）、膨脹性（C32）、水活度（C33）為極小型指標(biāo)；轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速（C14）、立管壓力（C25）、巖層密度（C31）為極大型指標(biāo)；出口泥流量（C12）、鉆速（C15）、大鉤負(fù)荷（C16）、鉆井液體積（C22）、鉆井液出口密度（C23）、鉆井液入口密度C24為適中型指標(biāo)。

綜合分析后，得出各組工況數(shù)據(jù)的安全等級，如表9所示可知鉆進(jìn)過程中高風(fēng)險工況較少，中、良級風(fēng)險相對較多。

4 結(jié)論

鉆井安全評價體系是一個多因素的評價系統(tǒng)且各因素之間關(guān)系復(fù)雜。在實(shí)例應(yīng)用研究中，本文整理了鉆進(jìn)過程中影響鉆井安全各因素的數(shù)據(jù)資料，綜合考慮了鉆井技術(shù)安全性因素、鉆井液性能因素和地質(zhì)巖層穩(wěn)定性因素，引入隸屬函數(shù)對工況數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，研究表明隨著鉆井深度的變化各組鉆進(jìn)工況數(shù)據(jù)差異也較大。綜合評價分析后，客觀地確定出各組鉆井工況的安全等級。在一定程度上能減少人為主觀影響，使評價更全面合理。

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