效益型安全管理在石油企业主营业务中的应用——以钻井地质设计的事故树(FTA)分析为例*

韩国猛

(中国石油大港油田公司 天津 300280)

0 引言

高效的钻井地质设计是石油企业可持续发展的保证，用低限的投入钻遇并保护尽可能多的油气层是衡量安全、高效与否的重要标准，是效益型安全管理的直接体现。因此，保证安全、突出效益是钻井地质设计过程中首先要面对的源头性问题[1-3]。

1 钻井地质设计面临的问题

大港油田的生产作业区位于渤海湾盆地黄骅坳陷，该一级构造单元在地质历史上经历多次构造运动改造，油藏类型丰富，由下至上拥有多套含油层系和油水界面。经过56年的注水开发生产，油藏的原始地层压力系统已被打乱，钻井地质设计的难度较大，面临的井控安全问题较为突出[4]。

井控安全就是通过采用一定的方法平衡地层孔隙压力，即对油气井的压力进行人为控制，使得井筒内的压力足以平衡地层压力，防止地层流体进入井内，保证钻井作业安全顺利实施。大港油田每年实施的钻井数量众多、井型多样，钻井实施过程中的难点和面临的问题较多。在钻井地质设计过程中，井控风险提示较为困难，针对性不强。如何提高风险识别的全面性和系统性，同时采取针对性的措施，增强对钻井工程设计和施工过程的指导性，最大限度地从钻井地质设计这一源头分析、识别、提示井控安全控制风险，确保钻井安全，成为一项重要任务[5]。

1.1 地质风险

成功的钻井地质设计是提供正确的“三压力”(地层破裂压力、地层坍塌压力、地层孔隙压力)剖面，准确预测地层压力和地层流体性质，防止地层流体流入井筒，避免造成井控安全事故。钻井地质设计主要面临以下5个方面的地质风险：

(1)多套层系和长期注水开发造成压力系数预测困难，同时对停注井的资料采集及提示为空白。

(2)部分区块油气层埋藏浅，同时存在浅层气控制风险，由于浅层未动用开发，没有录取资料，无法量化预测。

(3)纵向多油组、油层跨度大，平面分布差异性强，经过多年的开发及加密调整，地下井网密集等地质状况存在风险识别隐患。

(4)“三压力”掌控不准确，井壁坍塌、井涌、溢流、气侵等情况和事故时有发生，资料掌握不及时。

(5)由于缺少气测和相关分析资料，对部分区块的有毒有害气体含量预测困难。

1.2 钻井成本的压力

钻井地质设计的最终目的是保护油层，井控安全是在风险可控的前提下，收获更多的油气层，实现效益钻探。对于钻井泥浆及井控设备的定型选用，在钻井进尺相同的情况下，两者使用量越少，钻机钻速越高，收获的油气层越多，钻井成本越低；必须本着经济、高效、安全的原则，取全、取准各种地质资料，达到延长油井寿命的目的。

因此，井控安全已经从单纯的防止井喷发展成为保护油气层、提高采收率、防止环境污染等多头并重的领域。钻井地质设计在保证安全、降低成本方面的具体体现，是成功指导钻井施工单位提高钻井速度，实施近平衡(或者欠平衡)压力钻井，最终实现“压而不死、活而不喷”的经济、高效、安全的钻井效果。

2 解决的方法

从安全管理的角度，当井控危险低于某种程度时认为是安全的。钻井地质设计的风险主要是“三压力”预测不准、有毒有害的地层流体预测不准、钻井液密度选择不准等，其后果轻则溢流、重则井喷。

运用安全管理的方法，将其分为风险评估、风险应对、监测反馈等3个步骤，对风险逐类分析，详见图1。同时，引入事故树分析方法(Fault Tree Analysis)，对钻井地质设计的安全性进行评价，进而规避风险、降低成本、提高钻井地质设计成功率[6]。

图1 钻井地质设计风险管理

钻井地质设计面临的风险与钻井作业现场相比，更加抽象和专业，针对风险评估“四要素”，即人、物、环境、管理等方面因素，表现得更为“隐蔽”，不易识别，详见表1。

表1 钻井地质设计风险管理

事故树分析方法是一种借鉴计算机C语言的逻辑性判断功能的分析法。从风险起因到事故结果，采用有向逻辑树结构，树中的节点就是每个风险分类因素点，逻辑判断的结果只能为“是”或“非”两种结论；通过事故发生的因果关系，提前规避可能带来的事故结果。具备一定的条件a，在其中一个或多个风险同时存在时，可以导致井控事故发生；有的风险权重较高，只需一个就可以导致井控事故发生；详见图2和图3。

图2 逻辑“与”运算

图3 逻辑“或”运算

井控事故的发生条件包括钻井地质设计缺陷、钻井工程设计缺陷、现场井控装置故障、井控技术措施选择不当及落实不到位、关井后复杂井况处置失误、思想麻痹心存侥幸等6个方面。本研究主要针对钻井地质设计的风险管理进行论述。

图4为钻井地质设计的风险因素事故树(FTA)，便于安全管理人员快速且清晰地找到关键风险要素点，可以迅速地对各风险环节进行质量控制，从而确保井控事故的发生率最低。带“+”的框是逻辑“或”运算，表示在应对措施与监测反馈失效的条件下，所列风险中的任何一个都可以导致事故结果的发生；不带“+”的框是逻辑“与”运算，表示所列风险必须共同作用，且同时还需满足设计监测错误反馈机制失效的条件，才能导致事故结果的发生。

图4 钻井地质设计事故树(FTA)分析

3 实例应用

西某井是大港油田2019年建设的一口水平井，该井目的层为新近系明化镇组二段；该套层位经过多年的开发，原始地层压力系统已经改变，剩余油较分散，注水驱替的效果不明显，水窜现象严重。该井周边多口邻井在钻探的过程中，发生过溢流、井涌、井喷等井控安全事故；同时，根据大港油田特殊流体普查的结果表明，该生产区域在该套层位有存在硫化氢的可能，在钻井地质设计中必须提前预测。

采用事故树分析法，针对钻井地质设计涉及的4个因素，即人的因素A、物的因素B、环境因素C、管理因素D进行全面分析。将前述的A2、A3、A6、B2、B3、C1等作为需要重点解决的风险因素。

通过以下方法可解决前述风险因素：①收集邻井在该套层位的生产数据，如压力、产液量、流体性质、工作制度变更等资料；②收集该区域生产井、气测录井资料；③选取该区域已有的具有代表性的生产井数据，经过软件模拟预测准备钻井的地质构造的地层压力值S1；④将邻井(包括开发井、注水井)的所有生产数据，如压力、产液量、流体性质、注水驱替范围等，全部输入软件，建立原始地层模型及数值模拟开发生产过程，与邻井的实际生产数据不断进行比较，经过多次计算逐步地趋近真实数据，然后反演计算在该区域未经开发生产时的原始地层压力值S2；⑤将准备钻井的地质构造的地层压力值S1与区域压力值S2进行比较，若两者的差异范围在合理的数值模拟范围内，说明该S1的值合理，进而选择求取该S1的已知代表井的钻井地质设计相关数据，作为预备钻探新井的地质设计数据进行提交，从而确保数据可靠、效益安全。

通过反复的数值模拟运算比对真实生产数据，作为质量监测条件约束钻井地质设计的风险，进而实现钻井进尺可靠、钻井泥浆密度可靠、地层压力预测可靠等“三个可靠”，从本质上确保低成本、高安全，无钻井井控事故发生。

4 结语

确保井控安全需要考虑的风险因素有6个方面，钻井地质设计是其中一个重要方面。本文提及的钻井地质设计风险点，适用于类似大港油田这种多期断陷—坳陷构造运动叠合的东部油田。对于出现多次逆冲推覆构造运动的西部油田，其地层异常高压系统频现，需要在安全管理过程中重新选择适合其实际情况的事故树(FTA)进行风险评价。

在石油企业主营业务中，钻井成本越低、成效越高，是实现企业可持续发展的必要保证。若将安全管理与效益割裂，将会造成不必要的钻井进尺、泥浆注入的浪费，对石油企业的成本控制造成巨大压力。要实现效益型安全管理，前提是培养大批既懂专业、又懂安全的管理人员，通过选用合适的工作和管理方法，抓住安全管理的风险点，从而实现石油企业的本质安全，确保企业利益最大化。