石油鉆井工程事故的預(yù)警技術(shù)分析

黃俊潮　王俊杰

摘要：鉆井工程事故監(jiān)測(cè)和預(yù)警方法對(duì)于確保鉆井作業(yè)的安全至關(guān)重要，論文將研究鉆井工程事故監(jiān)測(cè)和預(yù)警方法的內(nèi)容，提出一些建議，限于研究水平有限，論點(diǎn)不夠深入，有待進(jìn)一步的探討。

關(guān)鍵詞：鉆井工程；事故監(jiān)測(cè)；預(yù)警方法

1引言

目前，石油鉆井工程，具有投資高、風(fēng)險(xiǎn)高、施工技術(shù)要求高及隱蔽性強(qiáng)等特點(diǎn)。因此，在鉆井的過(guò)程中，一旦遇到復(fù)雜多變的地層或者某一工序失誤時(shí)，都會(huì)引發(fā)工程事故，對(duì)施工人員與企業(yè)財(cái)產(chǎn)的安全具有巨大的威脅。因此，做好事前的預(yù)警工作，提前把可能出現(xiàn)的事故進(jìn)行排除也就非常的重要。

2石油鉆井工程事故的預(yù)警重要性

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)石油的依賴(lài)性非常大，而鉆井工程是石油開(kāi)采的必要環(huán)節(jié)，關(guān)乎開(kāi)采作業(yè)的水平高低。但是，鉆井工程耗資大、風(fēng)險(xiǎn)高、作業(yè)環(huán)境惡劣、意外因素多，一旦發(fā)生事故，將造成巨大的損失。而有效的事故監(jiān)測(cè)和預(yù)警方法能在事故發(fā)生的早期進(jìn)行評(píng)估分析，控制風(fēng)險(xiǎn)，減少損失，確保人員和財(cái)產(chǎn)的安全。

3石油鉆井工程事故的主要預(yù)警要素和內(nèi)容

在石油鉆井過(guò)程中，利用大量鉆井監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行石油鉆井工程事故的某些設(shè)備等的預(yù)警和故障診斷已得到廣泛重視。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模糊系統(tǒng)、專(zhuān)家系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)都得到應(yīng)用。而智能化的模糊診斷專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)主要運(yùn)用了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以結(jié)合鉆井工程的實(shí)際情況進(jìn)行事故預(yù)警。該技術(shù)具有以下要素和內(nèi)容：

3.1設(shè)備故障診斷

設(shè)備故障的診斷，主要有狀態(tài)監(jiān)測(cè)、分析診斷以及治理預(yù)防等三個(gè)階段。

1、狀態(tài)監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)指的是對(duì)設(shè)備日常正常的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，主要運(yùn)用傳感器對(duì)設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行采集，在免除干擾參數(shù)的基礎(chǔ)上，監(jiān)測(cè)設(shè)備的主要特征參數(shù)。

2、治理預(yù)防

在進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析診斷后，對(duì)于出現(xiàn)故障或有故障趨向的部位進(jìn)行治理與預(yù)防，可以運(yùn)用模糊推理與理論來(lái)描述診斷系統(tǒng)，保證設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.2專(zhuān)家系統(tǒng)

專(zhuān)家系統(tǒng)主要指在運(yùn)用智能計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)程序后，能夠?qū)θ祟?lèi)提前輸送的命令來(lái)模仿專(zhuān)家固有推斷能力，并根據(jù)命令要求來(lái)解決實(shí)際存在的故障與問(wèn)題，具有鮮明的啟發(fā)性、靈活性以及透明性的優(yōu)點(diǎn)。

由于鉆井技術(shù)的特殊性，對(duì)于相關(guān)技術(shù)人員來(lái)講具有極大的挑戰(zhàn)，不能僅以人工經(jīng)驗(yàn)或者參數(shù)監(jiān)測(cè)來(lái)完成。而鑒于專(zhuān)家系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，只要計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)符合要求，就可以高效連續(xù)的進(jìn)行工作，同時(shí)可長(zhǎng)時(shí)間的保存日常的故障經(jīng)驗(yàn)或者相關(guān)數(shù)據(jù)，并在升級(jí)后，提升與吸取新的操作經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)系統(tǒng)的預(yù)警技術(shù)。

3.3建立系統(tǒng)模型

1、建立預(yù)警模型類(lèi)庫(kù)

在預(yù)警技術(shù)的運(yùn)用上，從事故對(duì)象的分析到預(yù)警技術(shù)的設(shè)計(jì)制造屬于一個(gè)逐漸擴(kuò)散與細(xì)化模型的步驟。

①細(xì)化對(duì)象

對(duì)系統(tǒng)中對(duì)象之間的交互作用與相關(guān)行為進(jìn)行細(xì)化，從而形成一套明確、完整及穩(wěn)定的定義。然后在根據(jù)參數(shù)和事故問(wèn)題微秒關(guān)系的前提下，把已經(jīng)出現(xiàn)過(guò)事故的行為、趨向等進(jìn)行關(guān)聯(lián)，確定參數(shù)的可用性。

②認(rèn)定類(lèi)型

在預(yù)警技術(shù)模型的設(shè)計(jì)上，一般都要求分為不同種類(lèi)。如出現(xiàn)溢流、井涌、井噴、氣侵或者油侵等分到溢流的類(lèi)型上。

2、建立模型

①在之前經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)事故參數(shù)的變化情況來(lái)確立事故發(fā)生特殊點(diǎn)，然后對(duì)事故與參數(shù)行為、部件等屬性進(jìn)行聯(lián)系。

②對(duì)于出現(xiàn)過(guò)工程事故的鉆井與設(shè)備條件、錄井參數(shù)等進(jìn)行分析與研究，得到他們之間的關(guān)聯(lián)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)系的確認(rèn)。主要包括包含、繼承、創(chuàng)建等靜態(tài)關(guān)系。

③建立動(dòng)態(tài)對(duì)象問(wèn)的主要關(guān)系，然后才能形成一套較為全面的系統(tǒng)模型。

4鉆井工程事故監(jiān)測(cè)和預(yù)警方法

4.1鉆井工程的現(xiàn)狀

安全是鉆井工程首要考慮的問(wèn)題，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和綜合錄井技術(shù)的發(fā)展，鉆井監(jiān)控和風(fēng)險(xiǎn)控制的水平也得到提高，尤其是運(yùn)用人工智能技術(shù)，預(yù)判工程的走向，及早的預(yù)警，有效的控制風(fēng)險(xiǎn)。但是，目前鉆井事故監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)方法仍然存在缺陷，限制了鉆井工程的優(yōu)化發(fā)展。鉆井中常見(jiàn)的事故有井漏、井涌、井噴、鉆具損壞、堵塞水眼、牙輪掉落等，常常迫使工程停工，嚴(yán)重的還會(huì)引發(fā)安全事故。而目前的事故監(jiān)測(cè)和預(yù)警方法主要是研究工程參數(shù)，觀察其變化情況，進(jìn)而判斷工程的狀態(tài)。目前為止，此類(lèi)技術(shù)的自動(dòng)化水平還不高，構(gòu)建的系統(tǒng)還比較單一，大多采用經(jīng)典數(shù)學(xué)工具建立模型，難以客觀、精確的反映鉆井復(fù)雜多變的情況。人工智能技術(shù)雖然為鉆井工程監(jiān)測(cè)和預(yù)警拓展了廣闊的前景，但是它仍處于探索階段，有待深入的發(fā)展應(yīng)用。

4.2鉆井工程事故監(jiān)測(cè)和預(yù)警方法

1、鉆具振動(dòng)分析

此項(xiàng)技術(shù)比較先進(jìn)，由于在鉆井時(shí)，巖石與鉆頭、井壁與鉆柱相互作用，會(huì)導(dǎo)致鉆具的振動(dòng)。但是各項(xiàng)因素相互作用所產(chǎn)生的應(yīng)力比較復(fù)雜，可以通過(guò)測(cè)量其動(dòng)力學(xué)的特征，如使用MWD測(cè)量?jī)x，進(jìn)行分析。目前鉆具振動(dòng)的分析系統(tǒng)比較有名的是美國(guó)的VibrA軟件，而我國(guó)的研究處于實(shí)驗(yàn)階段。鉆井過(guò)程中，產(chǎn)生的應(yīng)力波頻譜不同，進(jìn)而可分析地質(zhì)信息，尤其是低頻段可以識(shí)別牙輪鉆頭的情況。通過(guò)研究分析鉆具的振動(dòng)，可以監(jiān)測(cè)鉆具、鉆頭的工作狀態(tài)，預(yù)防共振、諧振等狀況。但也有一定的局限性，對(duì)井場(chǎng)其他鉆井事故的監(jiān)測(cè)和預(yù)警作用很小。

2、綜合錄井參數(shù)研究

鉆井工程中的多變性，采用綜合錄井參數(shù)分析技術(shù)，可以對(duì)其進(jìn)行綜合的處理分析，判斷井況和鉆具的狀態(tài)，進(jìn)而監(jiān)測(cè)地層壓力信息。該技術(shù)需要計(jì)算機(jī)的配合，自動(dòng)化程度要求高，但限于操作人員的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)、責(zé)任意識(shí)、判斷能力不高，無(wú)法全程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的微小變化，也難以及時(shí)、準(zhǔn)確的判斷出鉆井的狀態(tài)。因而計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的研究被廣泛重視，如法國(guó)開(kāi)發(fā)的ALS-K快速探測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)鉆井事故的監(jiān)測(cè)和預(yù)警自動(dòng)化，對(duì)于出口流量、鉆井液進(jìn)口等計(jì)算的精度高，自動(dòng)計(jì)算出流量門(mén)限值，在鉆井工程事故和預(yù)警領(lǐng)域發(fā)揮著很大的作用。

3、模糊理論的應(yīng)用

綜合錄井參數(shù)分析法是一種專(zhuān)家系統(tǒng)，它會(huì)根據(jù)預(yù)測(cè)的可能性給出提示或預(yù)警信息。由于預(yù)判的不確定性，而以自然語(yǔ)言為基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)，沒(méi)有明確的界限，如果采用經(jīng)典邏輯來(lái)表述具有局限性，使得問(wèn)題的處理過(guò)于單一，不能體現(xiàn)出智能的特點(diǎn)。而模糊理論具有隨機(jī)性和概率性，是分析隨機(jī)和統(tǒng)計(jì)的數(shù)學(xué)工具，運(yùn)用模糊理論建立的數(shù)學(xué)判斷工具能取代精確的數(shù)學(xué)模型，模擬人的思維方式，在處理隨機(jī)性和不確定性的問(wèn)題具有很好的優(yōu)勢(shì)。由于鉆井工程中的不確定性，采用精確的數(shù)學(xué)模型預(yù)判顯然是存在缺點(diǎn)的，也難以客觀的反映問(wèn)題，而基于模糊理論的先天的優(yōu)勢(shì)，對(duì)定量化的信息進(jìn)行模糊處理，達(dá)到多因素綜合分析的目的，模糊理論的事故監(jiān)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)也成為了重要的發(fā)展方向。

5結(jié)語(yǔ)

鉆井工程的首要前提是安全性，因而要預(yù)防事故，就必須研究事故監(jiān)測(cè)和預(yù)警方法，將風(fēng)險(xiǎn)降到最小，確保工程的安全性，相關(guān)研究還處于實(shí)驗(yàn)階段，有待深入。相信隨著科技的快速發(fā)展和科研人員的不屑努力，在不久的將來(lái)一定會(huì)研發(fā)出更安全有效的預(yù)警技術(shù)，將我們鉆井工程的風(fēng)險(xiǎn)降到更小！