钻井风险评价技术研究

曹　超

(延安大学石油工程与环境工程学院　西安临潼　716000)



钻井风险评价技术研究

曹超

(延安大学石油工程与环境工程学院西安临潼716000)

摘要：文章主要对钻井风险评价技术进行研究与探索，以层次分析方法重点进行风险评价体系的建构，包括基于钻井风险提出的多因素、多层次综合评价技术应用方法。

关键词：钻井，风险评价，模型，层次分析

伴随着中国油气产业的发展与壮大，高新技术在勘探及其开发领域的应用越来越广泛，从而形成了目前较为先进的钻井技术。但是在一些地质较为复杂的偏远地区及海洋石油开发区域，由于受到钻井条件、地质条件等因素的限制，使其在石油工程的施工过程中存在着非常大的风险。如何排除不利的风险因素，掌握正确的钻井风险评价方法是关键。在当前社会主义市场经济环境下，人们更多注重的是经济效益，因此，许多钻井承包商以及钻井施工队伍也希望以最快速和最便捷的钻井方式去估算、去预测钻井工程项目的施工成本，以掌握有利投资信息，参加钻井工程的投标，在这种市场环境下，钻井风险的评价得到社会各界更加广泛的关注。

1钻井风险评价

1.1钻井风险

钻井风险属于风险的一种，同样具有一种不确定性因素的存在。文章主要是针对在钻井工程的施工过程中可能存在的一系列风险因素进行分析与评价。通常情况下，由于施工人员、技术专家等对于认识客观事物的能力有限，再加上风险信息本身就具备不确定性、滞后型等因素，文章所阐述的风险主要是指一种损失，包括机械设备故障、经济效益、成本、安全事故等，也可以抽象的指未能实现预期的目标。石油公司或者钻井承包商在对投标石油钻井工程项目的过程中，可能也会因为施工行为目标以及某些客观条件的不确定性因素，从而导致工程项目的施工结果偏离规划的既定目标。与此同时，随着钻井范围区域内部地质条件的复杂性与不确定性，其中所存在的发生安全事故的风险概率。

1.2风险评价方法

在钻井风险评价方法的选取上，一般包括检查法、情景分析法、德菲尔法、流程图、故障树法、预先分析法等。其中最为简单的就是检查法，而最为权威的一种评价方法就是德菲尔法。德菲尔法主要是指一种反馈匿名函询法，亦被称为专家调查法，但是它存在着一个致命性的缺陷，一旦整个调查研究的过程受到专家心理情绪爱好的左右，那么其结果将会严重偏离目标。所以文章主要运用的是故障树法与流程图相结合的评价方法，本文将其称作为“层次分析法”。表1概述了钻井工程中潜在的风险，主要包括身体健康伤害、突发性自然灾害、工期时间和工程成本等方面。

表1　钻井工程风险清单

2层次分析方法在钻井风险评价中的运用

2.1确定评价系统内各层次指标要素——构建体系

层次分析法权重计算流程如图1所示。钻井风险评价层次结构框架如图2所示。

图1　层次分析法权重计算流程

图2　钻进风险评价层次结构框架

2.2确定准则层对目标层的权重——建立对比矩阵

将中间层设定为Ci，方案层设定为Dj，在建立对比矩阵时，需要以此比较中间层第i个风险指标要素与方案层的第j个指标元素，并比较二者y相对于上一层某个因素的重要性。

标度定义两个元素同等重要1同样重要两个元素同等重要3稍微重要一个元素比另一个元素稍微重要5明显示重要一个元素比另一个元素明显示重要7强烈重要一个元素比另一个元素强烈重要2、4、6、8相邻判断的折中———

2.3确定层次目标层风险指标要素对准则层的权重——钻井风险项目

钻井风险项目如图3所示。

图3　钻进风险项目

其中生产风险可分为石油价格风险与石油生产风险；钻井风险又可分为特殊作业风险、施工操作风险、钻井风险、费用风险等。

2.4钻井风险评价技术研究与应用实例分析

以陕西省境内某石油矿藏区域为例，该石油钻井工程项目所处区域地理地质条件相当复杂，经过技术专家的勘察与测量，测量出该井深为5897m，垂直井深为2875m，水平位移为4239m，文章主要采用的是层次分析法。

正如图2和图3所示，根据“目标层”“准则层”“指标层”来进行钻井工程项目风险结果的评价与计算。

经过计算得出钻井风险最终的评价数值为(0.3542+0.221+0.15876+0.103624+0.046+0.0675646+0.0266)= 0.978(该钻井工程的成功率) 。

3无风险钻井关键技术在钻井工程中的应用

基于上述对现状的分析与研究，提出了一种无风险钻井关键技术——“NDS”技术，这是现发展阶段国内外备受关注的一种新型的钻井风险应用技术。在中国，NDS技术目前还处在一个初步的发展阶段。经过近些年的研究与探索，基本上掌握了NDS中关键核心技术的构建框架以及发展方向，包括钻井风险分析、数据的采集、信息传输以及实时解释、井下监测与控制等应用技术。而NDS技术的核心所在就是将上述一系列钻井风险评价技术融为一体，进而形成一套全面化、集成化、信息化、智能化、自动化的新型钻井技术平台。通过国际上一些发达地区、国家的成功实践案例表明，通过NDS技术的推广与应用，可以有效地防止和避免在钻井过程中井下风险的发生。同时，还极大的提升了钻井施工的速度与效率，降低了钻井成本，因此备受钻井承包商的欢迎与支持。虽然这种应用技术在钻井风险评价过程中具有明显的优势，但是也存在着一些缺陷。详见图4

图4　NDS系统示意图

从图4可以看出，NDS技术的成功之处就在于内部系统中“信息交流”的全方位实现，信息交流就是NDS技术的核心关键所在。

3.1钻井工程前期的风险预测技术

在风险预测技术体系框架中主要涵盖了RiskTRAK数据库与WellTRAK知识系统，其中RiskTRAK数据库系统的主要功能与作用就是，将在钻井风险数据库系统中所收集到的各种钻井历史上的危险信息，通过数据统计的形式全面展示出来，目的就是防止在钻井过程中一旦出现钻井故障所造成时间上的浪费。

3.2随钻风险发现技术

在随钻风险发现技术中又可以将其细分为两个小的领域，分别是随钻测井技术、随钻地震技术、随钻环空压力监测技术。

3.3随钻风险决策技术

在随钻风险决策应用技术框架中，具体包括了三维应用技术与iCenter应用技术。关于三维技术的应用是比较广泛的，主要包括三维地质建模应用技术、构造建模、油藏属性建模等，它在NDS技术系统平台的运用之下，通过各种建模技术的进一步融化与创新，从而为许多地理学家、地质学家、岩石物理学家以及石油矿藏工程的工作管理人员提供了一个共享的信息平台。关于iCenter技术的应用，可以说它是应用于石油产生领域最前沿的一项先进的综合化的技术，具有操作便捷、实时监控等特点，同时还能够为所有的工程参与工作人员提供一个协同模式下的工作平台，包括工程投标商、竞标商、管理人员、决策人员、施工人员、技术专家、合作伙伴等。在iCenter技术系统平台中，主要是由五部分来构成，分别是计算机应用操作管理系统、高清图像投影系统、屏幕系统、房间(工作人员的工作环境)、软件系统(决策应用软件)。

3.4钻井工程后期风险评价技术

钻后风险评价技术主要是指在钻井工程工作完成之后，通过观察试验来重新检测并提出在钻井过程中所有可能存在的各种风险及其信息，并通过信息系统来建立数学计算模型对其进行工程评价。

4结语

基于层次分析方法下的钻井风险评价技术研究，首先可以充分表明层次分析法是一种简单实用的科学分析评价的方法，它值得在全国范围行业内进行推广，基本上满足国内油田矿藏区域开发与钻井施工的各个方面。

随着社会经济的不断发展，当前国内对石油、天然气等能源资源的需求量急剧增加，因此也决定了其行业的特殊性质。石油钻井施工作业是一项高投入与高风险并存的特殊作业工程项目，其对技术水平的要求也是比较全面的。尤其是在钻井工程施工作业中的各个环节，包括施工技术人员的身体健康、机械设施的安全、周边生态环境的保护等，这些都存在着巨大的潜在风险，而钻井风险评价经过近些年的研究与实践，促使着一个新兴的行业机构应运而生，它就是风险评价行业。

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(责任编辑宁梵西)

中图分类号：TE 28

文献标识码：A

文章编号：1674-9545(2015)04-0048-(04)

通讯作者：曹超，950341297@qq.com。

收稿日期：2015-9-21