基于C/S空氣鉆井安全預警系統設計

王家華，徐曉秋

四川大學制造科學與工程學院，四川成都 610065

0 引言

由于國內空氣鉆井技術還不夠成熟，導致在鉆井過程中存在許多安全隱患，鉆井事故時常發生，比如井下燃爆、地層出水、氣測異常等。中國石化近年來一直致力于研發一套完善的空氣鉆井事故監測預警系統，并不斷改進，使之能對空氣鉆井異常事件進行實時監控和預警，為鉆井工作人員提供井下數據顯示，有效地預防事故的發生。

1 安全預警系統基本原理

圖1 安全監測預警系統工作流程圖

2 預警系統平臺設計

2.1 預報模型建立

根據調研，初步確定了氣體鉆井主要異常事故，建立了空氣鉆井工程異常事故診斷表，見表2。

空氣鉆井主要可能發生地層出水、井下燃爆等八種安全異常事件。造成事故發生的主要參素有懸重、扭矩、立壓等。每種事故由一種或幾種因素綜合引起。

通過收集、整理、分析錄井公司歷年來多次事故的各項指標參數，確立預報模型。系統預警分為單參數預警、異常事件綜合預警。單參數預警就是設置某一參數的正常高值和正常低值。當該單參數的當前值不在正常范圍內時，實現單參數預警。異常事件綜合預警首先要確定某種異常事件若干影響參數，用該異常事件發生的趨勢值衡量其發生的可能性。趨勢值的計算方法如下：

其中基值是指一段時間內參數正常情況下的平均值；權重是指某參數在諸多參數對某一異常事件的影響中所占百分比例。通過公式計算獲得異常事件趨勢值，與正常趨勢值比較，判斷異常的發生。

表1 異常事件趨勢值報警分級表

表2 空氣鉆井工程異常事故診斷表

為了更加具體的描述安全隱患的嚴重程度，系統采用分級報警，見表2。根據趨勢值的變化將各種異常事件可能發生的程度分為三級，實現三級預警。

2.2 系統數據分析

系統數據庫以SQL Server 2005 為開發平臺，數據均為實時更新的動態數據，系統數據庫KqzjDB 總共包含九張數據表。用戶信息表User 保存用戶名、登陸密碼及其權限；事故表Accident 包含事故ID，事故名稱，和發生此事故的標志；異常事故記錄表AccidentLog，包含記錄ID，此記錄對應事故發生參數、事故ID、事故發生時間、導致事故發生的原因；報警分級數據表AlertLevel 主要是針對復雜事故，總共8 個復雜事故預警，包含分級ID、分級對應事故ID、一級趨勢值、二級趨勢值、三級趨勢值；表ComplexPart 和表ComplexAlert 共同作用實現復雜報警閾值設置；參數表Index 存儲系統各項指標，包含參數ID、參數名稱；監測數據記錄表Monitor，記錄系統采樣一次所得到的各種參數值，包含監測ID 和監測時間以及所有參數指標，此表用于用戶打印數據

監測單；單參數報警閾值表SimpleAlert，用來設置各單參數的閾值包含閾值ID，對應單參數ID、正常低值、正常高值、井深。

2.3 系統業務處理流程分析

系統的業務處理流程如圖2 所示，用戶經登錄系統進入系統主界面，通過子系統選擇，實現監測預警、系統維護、參數重置、幫用戶助和查詢打印等功能。

監測預警子系統用于對鉆井參數進行實時監測預警，包括單值預警和綜合預警。其中，前者對每個單一參數進行監測，并用數據和曲線圖反映。綜合預警監測和預報八種異常事件，可視化顯示各趨勢值變化情況，實現分級預警。

系統維護子系統用于系統管理員對各用戶的權限管理，并且提供數據備份和數據清理功能，提高系統安全性和降低數據庫冗余度。

參數重置子系統包括單參數預置、綜合預警參數預置以及分級參數預置。在鉆井過程中，各種預置參數不是固定不變的，而是隨著井號、井深、鉆井時間以及環境條件的改變而改變的，包括單參數預置、綜合預警參數預置以及分級參數預置。

查詢打印子系統根據查詢需求對各類數據進行預覽和按照所需格式打印，包括查詢打印事故通知單和歷史數據查詢。

用戶幫助子系統提供用戶密碼等個人信息設置。

3 結論

本項目研究的空氣鉆井安全監測系統已正式投入使用于到川東北地區元壩氣田的鉆井現場，氣體濃度的測量精度控制在±4%FS 之內，滿足系統要求的±5%FS，預警系統能在工程要求的5 秒內做出準確及時的預警響應，有效地對空氣鉆井安全事故進行監測和預警。

圖2 安全預警系統業務流程圖

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