石油鉆井工程事故的預警技術分析

黃俊潮　王俊杰

摘要：鉆井工程事故監測和預警方法對于確保鉆井作業的安全至關重要，論文將研究鉆井工程事故監測和預警方法的內容，提出一些建議，限于研究水平有限，論點不夠深入，有待進一步的探討。

關鍵詞：鉆井工程；事故監測；預警方法

1引言

目前，石油鉆井工程，具有投資高、風險高、施工技術要求高及隱蔽性強等特點。因此，在鉆井的過程中，一旦遇到復雜多變的地層或者某一工序失誤時，都會引發工程事故，對施工人員與企業財產的安全具有巨大的威脅。因此，做好事前的預警工作，提前把可能出現的事故進行排除也就非常的重要。

2石油鉆井工程事故的預警重要性

我國經濟的發展對石油的依賴性非常大，而鉆井工程是石油開采的必要環節，關乎開采作業的水平高低。但是，鉆井工程耗資大、風險高、作業環境惡劣、意外因素多，一旦發生事故，將造成巨大的損失。而有效的事故監測和預警方法能在事故發生的早期進行評估分析，控制風險，減少損失，確保人員和財產的安全。

3石油鉆井工程事故的主要預警要素和內容

在石油鉆井過程中，利用大量鉆井監測數據進行石油鉆井工程事故的某些設備等的預警和故障診斷已得到廣泛重視。神經網絡技術、模糊系統、專家系統以及數據挖掘技術都得到應用。而智能化的模糊診斷專家系統技術主要運用了計算機網絡技術，可以結合鉆井工程的實際情況進行事故預警。該技術具有以下要素和內容：

3.1設備故障診斷

設備故障的診斷，主要有狀態監測、分析診斷以及治理預防等三個階段。

1、狀態監測

監測指的是對設備日常正常的運行狀態進行檢測，主要運用傳感器對設備正常運行時的相關參數進行采集，在免除干擾參數的基礎上，監測設備的主要特征參數。

2、治理預防

在進行狀態監測與分析診斷后，對于出現故障或有故障趨向的部位進行治理與預防，可以運用模糊推理與理論來描述診斷系統，保證設備的正常運轉。

3.2專家系統

專家系統主要指在運用智能計算機網絡程序后，能夠對人類提前輸送的命令來模仿專家固有推斷能力，并根據命令要求來解決實際存在的故障與問題，具有鮮明的啟發性、靈活性以及透明性的優點。

由于鉆井技術的特殊性，對于相關技術人員來講具有極大的挑戰，不能僅以人工經驗或者參數監測來完成。而鑒于專家系統的優點，只要計算機網絡技術符合要求，就可以高效連續的進行工作，同時可長時間的保存日常的故障經驗或者相關數據，并在升級后，提升與吸取新的操作經驗，加強系統的預警技術。

3.3建立系統模型

1、建立預警模型類庫

在預警技術的運用上，從事故對象的分析到預警技術的設計制造屬于一個逐漸擴散與細化模型的步驟。

①細化對象

對系統中對象之間的交互作用與相關行為進行細化，從而形成一套明確、完整及穩定的定義。然后在根據參數和事故問題微秒關系的前提下，把已經出現過事故的行為、趨向等進行關聯，確定參數的可用性。

②認定類型

在預警技術模型的設計上，一般都要求分為不同種類。如出現溢流、井涌、井噴、氣侵或者油侵等分到溢流的類型上。

2、建立模型

①在之前經驗的基礎上，對事故參數的變化情況來確立事故發生特殊點，然后對事故與參數行為、部件等屬性進行聯系。

②對于出現過工程事故的鉆井與設備條件、錄井參數等進行分析與研究，得到他們之間的關聯點進行關系的確認。主要包括包含、繼承、創建等靜態關系。

③建立動態對象問的主要關系，然后才能形成一套較為全面的系統模型。

4鉆井工程事故監測和預警方法

4.1鉆井工程的現狀

安全是鉆井工程首要考慮的問題，隨著計算機技術和綜合錄井技術的發展，鉆井監控和風險控制的水平也得到提高，尤其是運用人工智能技術，預判工程的走向，及早的預警，有效的控制風險。但是，目前鉆井事故監測和預報方法仍然存在缺陷，限制了鉆井工程的優化發展。鉆井中常見的事故有井漏、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，嚴重的還會引發安全事故。而目前的事故監測和預警方法主要是研究工程參數，觀察其變化情況，進而判斷工程的狀態。目前為止，此類技術的自動化水平還不高，構建的系統還比較單一，大多采用經典數學工具建立模型，難以客觀、精確的反映鉆井復雜多變的情況。人工智能技術雖然為鉆井工程監測和預警拓展了廣闊的前景，但是它仍處于探索階段，有待深入的發展應用。

4.2鉆井工程事故監測和預警方法

1、鉆具振動分析

此項技術比較先進，由于在鉆井時，巖石與鉆頭、井壁與鉆柱相互作用，會導致鉆具的振動。但是各項因素相互作用所產生的應力比較復雜，可以通過測量其動力學的特征，如使用MWD測量儀，進行分析。目前鉆具振動的分析系統比較有名的是美國的VibrA軟件，而我國的研究處于實驗階段。鉆井過程中，產生的應力波頻譜不同，進而可分析地質信息，尤其是低頻段可以識別牙輪鉆頭的情況。通過研究分析鉆具的振動，可以監測鉆具、鉆頭的工作狀態，預防共振、諧振等狀況。但也有一定的局限性，對井場其他鉆井事故的監測和預警作用很小。

2、綜合錄井參數研究

鉆井工程中的多變性，采用綜合錄井參數分析技術，可以對其進行綜合的處理分析，判斷井況和鉆具的狀態，進而監測地層壓力信息。該技術需要計算機的配合，自動化程度要求高，但限于操作人員的專業素質、責任意識、判斷能力不高，無法全程監測數據的微小變化，也難以及時、準確的判斷出鉆井的狀態。因而計算機監測與預警系統的研究被廣泛重視，如法國開發的ALS-K快速探測系統，能夠實現鉆井事故的監測和預警自動化，對于出口流量、鉆井液進口等計算的精度高，自動計算出流量門限值，在鉆井工程事故和預警領域發揮著很大的作用。

3、模糊理論的應用

綜合錄井參數分析法是一種專家系統，它會根據預測的可能性給出提示或預警信息。由于預判的不確定性，而以自然語言為基礎的經驗性知識，沒有明確的界限，如果采用經典邏輯來表述具有局限性，使得問題的處理過于單一，不能體現出智能的特點。而模糊理論具有隨機性和概率性，是分析隨機和統計的數學工具，運用模糊理論建立的數學判斷工具能取代精確的數學模型，模擬人的思維方式，在處理隨機性和不確定性的問題具有很好的優勢。由于鉆井工程中的不確定性，采用精確的數學模型預判顯然是存在缺點的，也難以客觀的反映問題，而基于模糊理論的先天的優勢，對定量化的信息進行模糊處理，達到多因素綜合分析的目的，模糊理論的事故監測和預警系統也成為了重要的發展方向。

5結語

鉆井工程的首要前提是安全性，因而要預防事故，就必須研究事故監測和預警方法，將風險降到最小，確保工程的安全性，相關研究還處于實驗階段，有待深入。相信隨著科技的快速發展和科研人員的不屑努力，在不久的將來一定會研發出更安全有效的預警技術，將我們鉆井工程的風險降到更小！