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摘 要:近年来陆上、海上等钻井技术研究的深入,使钻井施工难度不断增大,施工条件也更加复杂,地质问题导致的作业风险有所增加,而工作中人为因素、工艺水平和环境条件等的影响,也使设备运行面临更大风险,进一步影响了钻井施工的安全与效率。而对井下环境和机械事故的预测、识别和防控需要综合考虑非常多的因素,这就需要建立科学完善的风险控制体系,对施工的全过程进行严格管理。在这一背景下,无意外风险钻井技术因其准确、及时的预见性和指导性得到了迅速发展,其功效不断在钻井现场得到验证。
关键词:钻井技术 无意外风险钻井 作业风险 安全控制
中图分类号:TD44 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)08(b)-0086-01
1 无意外风险钻井技术的应用
1.1 钻井施工中面临的风险因素分析
1.1.1 地质条件等相关风险因素
近年来陆上、海上等钻井技术研究的深入,使钻井施工难度不断增大,施工条件更加复杂,地质问题导致的钻井风险也有增加的趋势。施工中较常见的井漏、井涌、井塌、井喷、砂桥、卡钻、地层蠕变和井下落物等事故,严重影响了钻井工程的顺利进行。而对井下环境的预测、识别和防控需要综合非常多的因素,并进行精密科学的分析技术,而由于对地层压力、破裂压力梯度及断层等井下地质条件掌握不明,且井上下信息的传达不够通畅,钻井工程的安全生产常常面临着巨大的挑战。
1.1.2 钻井设备的常见故障及其后果
作为石油钻井的重要生产因素,钻井设备在使用过程中常受到人为因素、工艺水平和环境条件等的影响,不可避免地出现零部件的磨损和变形,若不及时对其进行预防和治理,可能造成严重的安全事故,并导致工期的延误和成本的增加。作业中常见的设备故障包括机械零部件磨损、老化、松动,以及设备过热、堵塞、渗漏、压力失控、行程失调等。
1.2 無意外风险钻井技术的概念与作用
在上述背景下,以事先发觉潜在风险、及时提出准确警报与防治对策为目的而研发的无意外风险钻井技术得到了迅速发展,并在钻井现场得到了验证。无意外风险钻井是一种以多领域专家的全方位参与为基础,将钻井数据库软件、先进的预测软件以及各种硬件相集成,通过开放交流和团队协作,对井下各种风险进行识别与防控的技术。实践中该技术将针对特定施工条件制定动态的钻井方案,分析井下施工环境及设备运行状态以解决井壁稳定性与井筒压力等控制问题,通过实时比较设计方案与实际作业间的差异,判断方案的可行性并及时作出调整,可以准确记录观测数据,以达到消除井下意外风险的目的。
2 无意外风险钻井技术的工艺过程
无意外风险钻井的工艺过程可按施工划分为事前、事中和事后三个阶段。事前即钻前阶段,此时应由地质、地震领域的工程师与钻井技术人员一道,综合利用地震和邻井地质、测井以及钻井资料等提供的信息建立地质力学模型。并以地质力学模型为依据,针对钻井目标储层提出钻前方案,制作岩石性质、地层应力等参数的综合剖面图,并通过工程软件的协助制定钻井方案。此时应借助预测软件对沿井眼轨迹可能发生的井下风险及其程度做出预判,并以井眼深度为函数,将预测结果标注于剖面图中,同时采取三维可视化技术将其标识于地质模型中。
钻井阶段的事中风险控制须严格依照预定方案施工,并通过随钻测量设备对井下工程数据进行实时的检测和采集,工程师团队应将其与预测参数进行连续比较、评估,确定井下是否存在地质问题和设备隐患,并将风险类型、风险程度等记入风险评估方案,通过团队交流讨论对施工方案进行改进,并适时作出对设备维护、工艺选择等方案的更新,及时避免意外的发生。
钻井完成后,应对项目的预测、设计和施工情况进行事后总结,通过对实际问题的回顾,总结经验、评估效益,并对专家数据库进行更新,为以后的工程分析提供可靠依据。
3 无意外风险钻井的关键技术分析
3.1 成功的风险预测与管理技术
无意外风险钻井技术体系中包含了WellTRAK知识系统、RiskTRAK钻井风险数据库、DrillMAP风险评估软件,及DrillCAST短期风险预测软件。这些软件构成了风险管理、识别、预测和预防所需的功能。其中WellTRAK允许对跟踪到的实际钻井活动与初始方案进行比较,预测钻井时间及费用,为系统提供了一个记录、管理钻井作业数据和知识的框架。RiskTRAK提供了录入及检索知识、危险信息的窗口,并能把相应的信息发送给相关的决策者,辅助决策者及时采取措施。在钻井时,根据井壁稳定性预测和邻井数据分析结果,DrillMAP软件列出基于深度的套管下入深度预测、优化的井筒压力窗口、事故和潜在钻井危险位置以及减轻风险的措施。此外,利用DrillMAP的实时监测,可对钻井过程中的异常现象做出快速响应,并对作业方案进行调整。DrillCAST软件则用于预测未来24h、下一井段、未来几天有关钻井过程的信息,包括潜在事故、避免事故的最佳方法和应急措施等。
3.2 地质力学模型与孔隙压力预测技术
由于钻井施工的井下风险主要源自相关的地层压力问题,因此准确的地质力学模型与孔隙压力预测就成为了实现无意外风险钻井的基础技术。地质力学模型是利用计算机描述特定地层剖面应力和岩石力学特性的数值模,由地层顶部、断层、岩石强度信息、孔隙压力等各种参数的地质剖面组成。而开钻前或钻井过程中,如能提前精确预测地层孔隙压力变化并采取相应措施,则有利于钻井方案的设计、井壁稳定性的控制以及钻井液密度的选择,减少井下事故的发生。
3.3 其他关键技术
除上述技术外,随钻检测为研究工程实际与设计方案间的差异提供了重要依据,3D可视化实现了多领域实时的数据共享,而井眼压力的控制则是保证安全钻井的关键,因此必须确保这些技术的完善和功能的实现。以井眼压力的控制为例,对于存在既塌又漏复杂地质条件的深井而言,控制井眼压力是一项艰巨的任务。需要确定压力的范围,测定井底环空静压与动压,利用随钻测量数据不断修正地层孔隙压力及其梯度值,并将井底压力控制在安全压力窗口范围内。同时,还应识别、分析钻井引起的地层破裂与井壁坍塌等不稳定问题。
参考文献
[1] 乐守群,梁海波,赵庆,等.钻井风险实时诊断技术概念设计[J].钻采工艺,2011(1).
[2] 连志龙,赵庆,霍宗强,等.井下风险管理系统设计及应用[J].石油钻采工艺,2011(2).
[3] 张卫东,何德磊,袁文奎,等.无风险钻井关键技术及其应用[J].石油钻探技术,2010(4).
[4] 张恒,王广新,李瑞营.NDS(无风险)钻井技术在大庆油田应用可行性探讨[J].西部探矿工程,2009(9).
关键词:钻井技术 无意外风险钻井 作业风险 安全控制
中图分类号:TD44 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)08(b)-0086-01
1 无意外风险钻井技术的应用
1.1 钻井施工中面临的风险因素分析
1.1.1 地质条件等相关风险因素
近年来陆上、海上等钻井技术研究的深入,使钻井施工难度不断增大,施工条件更加复杂,地质问题导致的钻井风险也有增加的趋势。施工中较常见的井漏、井涌、井塌、井喷、砂桥、卡钻、地层蠕变和井下落物等事故,严重影响了钻井工程的顺利进行。而对井下环境的预测、识别和防控需要综合非常多的因素,并进行精密科学的分析技术,而由于对地层压力、破裂压力梯度及断层等井下地质条件掌握不明,且井上下信息的传达不够通畅,钻井工程的安全生产常常面临着巨大的挑战。
1.1.2 钻井设备的常见故障及其后果
作为石油钻井的重要生产因素,钻井设备在使用过程中常受到人为因素、工艺水平和环境条件等的影响,不可避免地出现零部件的磨损和变形,若不及时对其进行预防和治理,可能造成严重的安全事故,并导致工期的延误和成本的增加。作业中常见的设备故障包括机械零部件磨损、老化、松动,以及设备过热、堵塞、渗漏、压力失控、行程失调等。
1.2 無意外风险钻井技术的概念与作用
在上述背景下,以事先发觉潜在风险、及时提出准确警报与防治对策为目的而研发的无意外风险钻井技术得到了迅速发展,并在钻井现场得到了验证。无意外风险钻井是一种以多领域专家的全方位参与为基础,将钻井数据库软件、先进的预测软件以及各种硬件相集成,通过开放交流和团队协作,对井下各种风险进行识别与防控的技术。实践中该技术将针对特定施工条件制定动态的钻井方案,分析井下施工环境及设备运行状态以解决井壁稳定性与井筒压力等控制问题,通过实时比较设计方案与实际作业间的差异,判断方案的可行性并及时作出调整,可以准确记录观测数据,以达到消除井下意外风险的目的。
2 无意外风险钻井技术的工艺过程
无意外风险钻井的工艺过程可按施工划分为事前、事中和事后三个阶段。事前即钻前阶段,此时应由地质、地震领域的工程师与钻井技术人员一道,综合利用地震和邻井地质、测井以及钻井资料等提供的信息建立地质力学模型。并以地质力学模型为依据,针对钻井目标储层提出钻前方案,制作岩石性质、地层应力等参数的综合剖面图,并通过工程软件的协助制定钻井方案。此时应借助预测软件对沿井眼轨迹可能发生的井下风险及其程度做出预判,并以井眼深度为函数,将预测结果标注于剖面图中,同时采取三维可视化技术将其标识于地质模型中。
钻井阶段的事中风险控制须严格依照预定方案施工,并通过随钻测量设备对井下工程数据进行实时的检测和采集,工程师团队应将其与预测参数进行连续比较、评估,确定井下是否存在地质问题和设备隐患,并将风险类型、风险程度等记入风险评估方案,通过团队交流讨论对施工方案进行改进,并适时作出对设备维护、工艺选择等方案的更新,及时避免意外的发生。
钻井完成后,应对项目的预测、设计和施工情况进行事后总结,通过对实际问题的回顾,总结经验、评估效益,并对专家数据库进行更新,为以后的工程分析提供可靠依据。
3 无意外风险钻井的关键技术分析
3.1 成功的风险预测与管理技术
无意外风险钻井技术体系中包含了WellTRAK知识系统、RiskTRAK钻井风险数据库、DrillMAP风险评估软件,及DrillCAST短期风险预测软件。这些软件构成了风险管理、识别、预测和预防所需的功能。其中WellTRAK允许对跟踪到的实际钻井活动与初始方案进行比较,预测钻井时间及费用,为系统提供了一个记录、管理钻井作业数据和知识的框架。RiskTRAK提供了录入及检索知识、危险信息的窗口,并能把相应的信息发送给相关的决策者,辅助决策者及时采取措施。在钻井时,根据井壁稳定性预测和邻井数据分析结果,DrillMAP软件列出基于深度的套管下入深度预测、优化的井筒压力窗口、事故和潜在钻井危险位置以及减轻风险的措施。此外,利用DrillMAP的实时监测,可对钻井过程中的异常现象做出快速响应,并对作业方案进行调整。DrillCAST软件则用于预测未来24h、下一井段、未来几天有关钻井过程的信息,包括潜在事故、避免事故的最佳方法和应急措施等。
3.2 地质力学模型与孔隙压力预测技术
由于钻井施工的井下风险主要源自相关的地层压力问题,因此准确的地质力学模型与孔隙压力预测就成为了实现无意外风险钻井的基础技术。地质力学模型是利用计算机描述特定地层剖面应力和岩石力学特性的数值模,由地层顶部、断层、岩石强度信息、孔隙压力等各种参数的地质剖面组成。而开钻前或钻井过程中,如能提前精确预测地层孔隙压力变化并采取相应措施,则有利于钻井方案的设计、井壁稳定性的控制以及钻井液密度的选择,减少井下事故的发生。
3.3 其他关键技术
除上述技术外,随钻检测为研究工程实际与设计方案间的差异提供了重要依据,3D可视化实现了多领域实时的数据共享,而井眼压力的控制则是保证安全钻井的关键,因此必须确保这些技术的完善和功能的实现。以井眼压力的控制为例,对于存在既塌又漏复杂地质条件的深井而言,控制井眼压力是一项艰巨的任务。需要确定压力的范围,测定井底环空静压与动压,利用随钻测量数据不断修正地层孔隙压力及其梯度值,并将井底压力控制在安全压力窗口范围内。同时,还应识别、分析钻井引起的地层破裂与井壁坍塌等不稳定问题。
参考文献
[1] 乐守群,梁海波,赵庆,等.钻井风险实时诊断技术概念设计[J].钻采工艺,2011(1).
[2] 连志龙,赵庆,霍宗强,等.井下风险管理系统设计及应用[J].石油钻采工艺,2011(2).
[3] 张卫东,何德磊,袁文奎,等.无风险钻井关键技术及其应用[J].石油钻探技术,2010(4).
[4] 张恒,王广新,李瑞营.NDS(无风险)钻井技术在大庆油田应用可行性探讨[J].西部探矿工程,2009(9).