譙婧　劉天時　孟雅蕾

摘要：為了確定油井鉆進過程中各工況因素對鉆井安全的影響程度，減少鉆井事故發(fā)生率，該文分析影響鉆井安全的相關(guān)因素確定鉆井安全評價指標(biāo)，采用層次分析法建立鉆井安全評價模型，對各指標(biāo)的影響程度予以定量表示。最后結(jié)合實際的鉆井工況數(shù)據(jù)綜合分析確定出不同工況數(shù)據(jù)的安全等級。應(yīng)用實例表明，該模型能夠?qū)︺@井作業(yè)的安全性進行科學(xué)評價，從而有效的降低事故發(fā)生率。

關(guān)鍵詞：鉆進過程；層次分析法；安全等級評估；隸屬函數(shù)

中圖分類號：TP182 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）10-0213-03

1 概述

隨著油田勘探的不斷發(fā)展，鉆井的數(shù)量不斷上升，安全問題成為整個鉆井過程重點關(guān)注的焦點。在鉆井過程中采取合理的措施減少事故的發(fā)生，已成為當(dāng)前鉆井工程面臨的重要問題。

許多鉆井研究工作者對鉆井安全的各工況因素進行了廣泛地分析研究。文獻(xiàn)[1]利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對鉆井過程中各因素學(xué)習(xí)訓(xùn)練，以此監(jiān)控鉆井參數(shù)，指導(dǎo)鉆井參數(shù)調(diào)整的實施，從而有效減少鉆井事故的發(fā)生。文獻(xiàn)[2]采用層次分析法和模糊綜合評價法綜合評估預(yù)測井壁穩(wěn)定性，該方法減少了人為因素對評價結(jié)果的影響，提高了井壁穩(wěn)定性預(yù)測的準(zhǔn)確性，為現(xiàn)場鉆井施工的決策提供可靠的信息。

以上文獻(xiàn)只研究了單一工程因素對鉆井安全的影響，并未綜合考慮各工程因素之間存在差異。本文綜合考慮各工程因素對鉆井安全的影響，建立鉆井安全評價模型，各因素對鉆井安全的影響程度予以定量表示，并對現(xiàn)場鉆進過程中工況數(shù)據(jù)進行分析，最終評價各組工況數(shù)據(jù)的安全級別。

2 鉆井安全評估模型的建立

2.1 影響鉆井安全指標(biāo)的確定

鉆井過程錯綜復(fù)雜，鉆進過程中隨著鉆井深度的變化常會遇到不同的地質(zhì)巖層[3]本文結(jié)合油田歷史地質(zhì)資料、鉆井?dāng)?shù)據(jù)資料、安全人員的工作經(jīng)驗并參考油田鉆井井史記錄確定評價指標(biāo)，作為鉆進工況數(shù)據(jù)安全評價的依據(jù)。綜合考慮鉆井施工情況、鉆井液性能、地質(zhì)條件對鉆井安全的影響，對各影響因素對比研究，并遵循選擇指標(biāo)與井下事故關(guān)系緊密、對應(yīng)性好、穩(wěn)定性強、容易直接獲取的選用原則選取評價指標(biāo)

2.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

安全指標(biāo)之間相互影響，很難確定各個指標(biāo)的重要性[4]，因而采用AHP（Analytic Hierarchy Process）層次分析法確定權(quán)重，首先根據(jù)指標(biāo)的支配關(guān)系建立層次結(jié)構(gòu)模型。然后對各層影響指標(biāo)進行兩兩比較，將每一層指標(biāo)的相對重要程度予以定量表示構(gòu)造判斷矩陣，最終確定各指標(biāo)的權(quán)重[4-5]。根據(jù)支配關(guān)系確立了鉆井安全評價體系層次結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示，并用編號A-C34表示各指標(biāo)。

圖1 鉆井安全評價體系層次結(jié)構(gòu)

指標(biāo)的兩兩比較結(jié)果采用1～9標(biāo)度法定量表示，確定出判斷矩陣。1～9標(biāo)度法如表1所示。

通過一致性檢才能說明重要度判斷合理，否則要從新構(gòu)造判斷矩陣。一致性檢驗的計算方法如下：

[CR=CIRI] （1）

[CI=λmax-nn-1] （2）

其中CR為隨機一致性比率，CI為一致性指標(biāo)，RI為平均隨機一致性指標(biāo)，可查表6得出。[λmax]為矩陣的最大特征值，n為矩陣階數(shù)。當(dāng)CR<0.1時，認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性，當(dāng)CR>0.1時，必須重新調(diào)整判斷陣。經(jīng)檢驗后可知本文的判斷矩陣具有滿意的一致性，求出的權(quán)重合理。

2.3指標(biāo)數(shù)據(jù)的處理

指標(biāo)數(shù)據(jù)的取值、單位和量綱是不相同的，且每個指標(biāo)數(shù)據(jù)數(shù)值的大小和變化范圍也是不相同的，按指標(biāo)性質(zhì)分為4類：極大型指標(biāo)，即指標(biāo)值越大越好；極小型指標(biāo)，即指標(biāo)值越小越好；適中型指標(biāo)，即越靠近中值區(qū)間越好，越遠(yuǎn)離中值區(qū)間越差；對于非定量指標(biāo)地質(zhì)巖性，根據(jù)要預(yù)防事故對安全生產(chǎn)威脅程度的大小對事故類型的安全性進行量化，在0～1之間賦值，威脅越大賦值越小。對于地質(zhì)巖性指標(biāo)，事故提醒類型為防漏賦值0.8，防卡賦值0.7，防塌賦值0.6，防噴賦值0.5，防塌且防噴賦值0.4。各類型指標(biāo)按如下隸屬度函數(shù)進行歸一化處理。

極大型：

[μ（xi）=xi-miMi-mi][（mi≤xi≤Mi）] （3）

極小型：

[μ（xi）=Mi-xiMi-mi][（mi≤xi≤Mi）] （4）

適中型：

[μ（xi）=2（xi-mi）Mi-mi（mi≤xi

其中[（i=1，2，…，n）]表示選取指標(biāo)的個數(shù)，[μ（xi）]為標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)值，[xi]為原始指標(biāo)值，[mi]為[n]個[xi]中的最小值，[Mi]為[n]個[xi]中的最大值。

2.4 鉆井安全綜合評價

確定出各指標(biāo)權(quán)重，并對指標(biāo)數(shù)據(jù)進行歸一化處理后，應(yīng)用AHP法評估鉆進過程中工況安全性，如公式（6）所示。

[A=WB1j=66W1jC1j+WB2j=66W2jC2j+WB3j=44W3jC3j] （6）

式中A表示每組工況數(shù)據(jù)對鉆井安全影響程度的綜合得分。[WB1]、[WB2]、[WB3]為指標(biāo)B1、B2、B3對應(yīng)的權(quán)值，如表3所示；[W1j]、[W2j]、[W3j]為權(quán)值向量，如表4、表5、表6所示；[C1j]、[C2j]、[C3j]為各指標(biāo)數(shù)據(jù)歸一化處理后的取值。根據(jù)式（6）計算出的結(jié)果進行安全等級劃分，一般安全等級分級標(biāo)準(zhǔn)如表7所示。

3 應(yīng)用舉例

隨機選取某油田已開采井的鉆進過程中實時工況數(shù)據(jù)6組進行研究，鉆井取樣深度900～2500m，數(shù)據(jù)樣本如表8所示。X1～X6對應(yīng)指標(biāo)C11～C16，X7～X12對應(yīng)指標(biāo)C21～C26，X13～X16對應(yīng)指標(biāo)C31～C34，其中進口泥流量（C11）、烴類氣體含量（C21）、漏斗粘度（C26）、膨脹性（C32）、水活度（C33）為極小型指標(biāo)；轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速（C14）、立管壓力（C25）、巖層密度（C31）為極大型指標(biāo)；出口泥流量（C12）、鉆速（C15）、大鉤負(fù)荷（C16）、鉆井液體積（C22）、鉆井液出口密度（C23）、鉆井液入口密度C24為適中型指標(biāo)。

綜合分析后，得出各組工況數(shù)據(jù)的安全等級，如表9所示可知鉆進過程中高風(fēng)險工況較少，中、良級風(fēng)險相對較多。

4 結(jié)論

鉆井安全評價體系是一個多因素的評價系統(tǒng)且各因素之間關(guān)系復(fù)雜。在實例應(yīng)用研究中，本文整理了鉆進過程中影響鉆井安全各因素的數(shù)據(jù)資料，綜合考慮了鉆井技術(shù)安全性因素、鉆井液性能因素和地質(zhì)巖層穩(wěn)定性因素，引入隸屬函數(shù)對工況數(shù)據(jù)進行處理，研究表明隨著鉆井深度的變化各組鉆進工況數(shù)據(jù)差異也較大。綜合評價分析后，客觀地確定出各組鉆井工況的安全等級。在一定程度上能減少人為主觀影響，使評價更全面合理。

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