石油钻井工程事故预警技术分析

石油钻井工程事故预警技术分析

寇世锋1努尔布拉提•,肉孜2

西部钻探克拉玛依钻井公司第一项目部新疆克拉玛依市834000

摘要：我国市场经济正在快速发展出现势不可挡的势头，这使得我国对石油的需求量也日益增加，我国在钻井工作以及工程设施、投资建设等多个方面都取得了很大的进步。但是由于石油工程自身的特点，具有很高的安全操作风险、施工难度较大，因此在进行石油钻井的时候，很有可能会发生一些工程事故，因此石油钻井工程事故的预警分析显得尤为重要。

关键词：钻井工程；事故监测；预警方法

前言：随着我国经济的起飞，在石油需求量上的快速增长，石油钻井工程数量在近些年增长了很多。石油钻井工程，其具有操作安全风险高、施工技术要求高、资金投入高以及隐蔽性强等诸多特点。因此对于石油钻井工程而言，一旦在生产中发生意外事故对于施工的运行以及施工人员的安全都有着巨大的影响，故此做好石油钻井工程事故的预警工作是十分必要的。

一、石油钻井工程事故的预警重要性

我国经济的发展对石油的依赖性非常大，而钻井工程是石油开采的必要环节，关乎开采作业的水平高低。但是，钻井工程耗资大、风险高、作业环境恶劣、意外因素多，一旦发生事故，将造成巨大的损失。而有效的事故监测和预警方法能在事故发生的早期进行评估分析，控制风险，减少损失，确保人员和财产的安全。

二、钻井工程事故监测和预警方法

2.1钻井工程的现状

安全是钻井工程首要考虑的问题，随着计算机技术和综合录井技术的发展，钻井监控和风险控制的水平也得到提高，尤其是运用人工智能技术，预判工程的走向，及早的预警，有效的控制风险。但是，目前钻井事故监测和预报方法仍然存在缺陷，限制了钻井工程的优化发展。钻井中常见的事故有井漏、井涌、井喷、钻具损坏、堵塞水眼、牙轮掉落等，常常迫使工程停工，严重的还会引发安全事故。而目前的事故监测和预警方法主要是研究工程参数，观察其变化情况，进而判断工程的状态。目前为止，此类技术的自动化水平还不高，构建的系统还比较单一，大多采用经典数学工具建立模型，难以客观、精确的反映钻井复杂多变的情况。人工智能技术虽然为钻井工程监测和预警拓展了广阔的前景，但是它仍处于探索阶段，有待深入的发展应用。

2.2钻井工程事故监测和预警方法

2.2.1钻具振动分析

此项技术比较先进，由于在钻井时，岩石与钻头、井壁与钻柱相互作用，会导致钻具的振动。但是各项因素相互作用所产生的应力比较复杂，可以通过测量其动力学的特征，如使用MWD测量仪，进行分析。目前钻具振动的分析系统比较有名的是美国的VibrA软件，而我国的研究处于实验阶段。钻井过程中，产生的应力波频谱不同，进而可分析地质信息，尤其是低频段可以识别牙轮钻头的情况。通过研究分析钻具的振动，可以监测钻具、钻头的工作状态，预防共振、谐振等状况。但也有一定的局限性，对井场其他钻井事故的监测和预警作用很小。

2.2.2综合录井参数研究

钻井工程中的多变性，采用综合录井参数分析技术，可以对其进行综合的处理分析，判断井况和钻具的状态，进而监测地层压力信息。该技术需要计算机的配合，自动化程度要求高，但限于操作人员的专业素质、责任意识、判断能力不高，无法全程监测数据的微小变化，也难以及时、准确的判断出钻井的状态。因而计算机监测与预警系统的研究被广泛重视，如法国开发的ALS-K快速探测系统，能够实现钻井事故的监测和预警自动化，对于出口流量、钻井液进口等计算的精度高，自动计算出流量门限值，在钻井工程事故和预警领域发挥着很大的作用。

2.2.3模糊理论的应用

综合录井参数分析法是一种专家系统，它会根据预测的可能性给出提示或预警信息。由于预判的不确定性，而以自然语言为基础的经验性知识，没有明确的界限，如果采用经典逻辑来表述具有局限性，使得问题的处理过于单一，不能体现出智能的特点。而模糊理论具有随机性和概率性，是分析随机和统计的数学工具，运用模糊理论建立的数学判断工具能取代精确的数学模型，模拟人的思维方式，在处理随机性和不确定性的问题具有很好的优势。由于钻井工程中的不确定性，采用精确的数学模型预判显然是存在缺点的，也难以客观的反映问题，而基于模糊理论的先天的优势，对定量化的信息进行模糊处理，达到多因素综合分析的目的，模糊理论的事故监测和预警系统也成为了重要的发展方向。

三、石油钻井工程事故的主要预警要素和内容

在石油钻井过程中，利用大量钻井监测数据进行石油钻井工程事故的某些设备等的预警和故障诊断已得到广泛重视。神经网络技术、模糊系统、专家系统以及数据挖掘技术都得到应用。而智能化的模糊诊断专家系统技术主要运用了计算机网络技术，可以结合钻井工程的实际情况进行事故预警。该技术具有以下要素和内容：

3.1设备故障诊断

设备故障的诊断，主要有状态监测、分析诊断以及治理预防等三个阶段。

3.1.1状态监测

监测指的是对设备日常正常的运行状态进行检测，主要运用传感器对设备正常运行时的相关参数进行采集，在免除干扰参数的基础上，监测设备的主要特征参数。

3.1.2治理预防

在进行状态监测与分析诊断后，对于出现故障或有故障趋向的部位进行治理与预防，可以运用模糊推理与理论来描述诊断系统，保证设备的正常运转。

3.2专家系统

专家系统主要指在运用智能计算机网络程序后，能够对人类提前输送的命令来模仿专家固有推断能力，并根据命令要求来解决实际存在的故障与问题，具有鲜明的启发性、灵活性以及透明性的优点。

由于钻井技术的特殊性，对于相关技术人员来讲具有极大的挑战，不能仅以人工经验或者参数监测来完成。而鉴于专家系统的优点，只要计算机网络技术符合要求，就可以高效连续的进行工作，同时可长时间的保存日常的故障经验或者相关数据，并在升级后，提升与吸取新的操作经验，加强系统的预警技术。

3.3建立系统模型

3.3.1建立预警模型类库

在预警技术的运用上，从事故对象的分析到预警技术的设计制造属于一个逐渐扩散与细化模型的步骤。

①细化对象

对系统中对象之间的交互作用与相关行为进行细化，从而形成一套明确、完整及稳定的定义。然后在根据参数和事故问题微秒关系的前提下，把已经出现过事故的行为、趋向等进行关联，确定参数的可用性。

②认定类型

在预警技术模型的设计上，一般都要求分为不同种类。如出现溢流、井涌、井喷、气侵或者油侵等分到溢流的类型上。

3.3.2建立模型

①在之前经验的基础上，对事故参数的变化情况来确立事故发生特殊点，然后对事故与参数行为、部件等属性进行联系。

②对于出现过工程事故的钻井与设备条件、录井参数等进行分析与研究，得到他们之间的关联点进行关系的确认。主要包括包含、继承、创建等静态关系。

③建立动态对象问的主要关系，然后才能形成一套较为全面的系统模型。

结束语：

钻井工程事故时有发生，钻井过程中出现的障碍等问题若得不到及时有效地解决，将浪费诸多的资源与时间，若在事故发生之前就能够预测并化解这些危机，将大大提高钻井工程的效率。面对石油钻进的高风险性和高投资性，建立切实有效的事故预警体系是十分必要的。而现阶段在石油钻井工程事故预警上使用较为广泛的技术为智能化模糊诊断专家的系统技术，其具备诸多特点，在石油钻井工程中充分合理使用可有效提升工程运作的安全性，值得相关企业给以充分关注，确保人身安全并达到经济效益的最大。

参考文献：

[1]王杰，李广，朱晓东.基于分层模糊推理的石油钻井事故预警系统.微计算机信息，2014，（21）：177-178；184.

[2]马鹏鹏，周英操，蒋宏伟，等.现代信息技术在石油钻井中的应用研究——关于钻井信息工程学的探讨.石油天然气学报，2014（7）：89-95；6.

[3]王建彬.石油钻井工程事故的预警技术研究.北京：中国地质大学，2013.