韓國(guó)猛

(中國(guó)石油大港油田公司 天津 300280)

0 引言

高效的鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)是石油企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的保證，用低限的投入鉆遇并保護(hù)盡可能多的油氣層是衡量安全、高效與否的重要標(biāo)準(zhǔn)，是效益型安全管理的直接體現(xiàn)。因此，保證安全、突出效益是鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)過(guò)程中首先要面對(duì)的源頭性問(wèn)題[1-3]。

1 鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)面臨的問(wèn)題

大港油田的生產(chǎn)作業(yè)區(qū)位于渤海灣盆地黃驊坳陷，該一級(jí)構(gòu)造單元在地質(zhì)歷史上經(jīng)歷多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改造，油藏類型豐富，由下至上擁有多套含油層系和油水界面。經(jīng)過(guò)56年的注水開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，油藏的原始地層壓力系統(tǒng)已被打亂，鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)的難度較大，面臨的井控安全問(wèn)題較為突出[4]。

井控安全就是通過(guò)采用一定的方法平衡地層孔隙壓力，即對(duì)油氣井的壓力進(jìn)行人為控制，使得井筒內(nèi)的壓力足以平衡地層壓力，防止地層流體進(jìn)入井內(nèi)，保證鉆井作業(yè)安全順利實(shí)施。大港油田每年實(shí)施的鉆井?dāng)?shù)量眾多、井型多樣，鉆井實(shí)施過(guò)程中的難點(diǎn)和面臨的問(wèn)題較多。在鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)過(guò)程中，井控風(fēng)險(xiǎn)提示較為困難，針對(duì)性不強(qiáng)。如何提高風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的全面性和系統(tǒng)性，同時(shí)采取針對(duì)性的措施，增強(qiáng)對(duì)鉆井工程設(shè)計(jì)和施工過(guò)程的指導(dǎo)性，最大限度地從鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)這一源頭分析、識(shí)別、提示井控安全控制風(fēng)險(xiǎn)，確保鉆井安全，成為一項(xiàng)重要任務(wù)[5]。

1.1 地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)

成功的鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)是提供正確的“三壓力”(地層破裂壓力、地層坍塌壓力、地層孔隙壓力)剖面，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)地層壓力和地層流體性質(zhì)，防止地層流體流入井筒，避免造成井控安全事故。鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)主要面臨以下5個(gè)方面的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)：

(1)多套層系和長(zhǎng)期注水開(kāi)發(fā)造成壓力系數(shù)預(yù)測(cè)困難，同時(shí)對(duì)停注井的資料采集及提示為空白。

(2)部分區(qū)塊油氣層埋藏淺，同時(shí)存在淺層氣控制風(fēng)險(xiǎn)，由于淺層未動(dòng)用開(kāi)發(fā)，沒(méi)有錄取資料，無(wú)法量化預(yù)測(cè)。

(3)縱向多油組、油層跨度大，平面分布差異性強(qiáng)，經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)發(fā)及加密調(diào)整，地下井網(wǎng)密集等地質(zhì)狀況存在風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別隱患。

(4)“三壓力”掌控不準(zhǔn)確，井壁坍塌、井涌、溢流、氣侵等情況和事故時(shí)有發(fā)生，資料掌握不及時(shí)。

(5)由于缺少氣測(cè)和相關(guān)分析資料，對(duì)部分區(qū)塊的有毒有害氣體含量預(yù)測(cè)困難。

1.2 鉆井成本的壓力

鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)的最終目的是保護(hù)油層，井控安全是在風(fēng)險(xiǎn)可控的前提下，收獲更多的油氣層，實(shí)現(xiàn)效益鉆探。對(duì)于鉆井泥漿及井控設(shè)備的定型選用，在鉆井進(jìn)尺相同的情況下，兩者使用量越少，鉆機(jī)鉆速越高，收獲的油氣層越多，鉆井成本越低；必須本著經(jīng)濟(jì)、高效、安全的原則，取全、取準(zhǔn)各種地質(zhì)資料，達(dá)到延長(zhǎng)油井壽命的目的。

因此，井控安全已經(jīng)從單純的防止井噴發(fā)展成為保護(hù)油氣層、提高采收率、防止環(huán)境污染等多頭并重的領(lǐng)域。鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)在保證安全、降低成本方面的具體體現(xiàn)，是成功指導(dǎo)鉆井施工單位提高鉆井速度，實(shí)施近平衡(或者欠平衡)壓力鉆井，最終實(shí)現(xiàn)“壓而不死、活而不噴”的經(jīng)濟(jì)、高效、安全的鉆井效果。

2 解決的方法

從安全管理的角度，當(dāng)井控危險(xiǎn)低于某種程度時(shí)認(rèn)為是安全的。鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)主要是“三壓力”預(yù)測(cè)不準(zhǔn)、有毒有害的地層流體預(yù)測(cè)不準(zhǔn)、鉆井液密度選擇不準(zhǔn)等，其后果輕則溢流、重則井噴。

運(yùn)用安全管理的方法，將其分為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)、監(jiān)測(cè)反饋等3個(gè)步驟，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)逐類分析，詳見(jiàn)圖1。同時(shí)，引入事故樹(shù)分析方法(Fault Tree Analysis)，對(duì)鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)而規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)、降低成本、提高鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)成功率[6]。

圖1 鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)管理

鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)面臨的風(fēng)險(xiǎn)與鉆井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)相比，更加抽象和專業(yè)，針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估“四要素”，即人、物、環(huán)境、管理等方面因素，表現(xiàn)得更為“隱蔽”，不易識(shí)別，詳見(jiàn)表1。

表1 鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)管理

事故樹(shù)分析方法是一種借鑒計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言的邏輯性判斷功能的分析法。從風(fēng)險(xiǎn)起因到事故結(jié)果，采用有向邏輯樹(shù)結(jié)構(gòu)，樹(shù)中的節(jié)點(diǎn)就是每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)分類因素點(diǎn)，邏輯判斷的結(jié)果只能為“是”或“非”兩種結(jié)論；通過(guò)事故發(fā)生的因果關(guān)系，提前規(guī)避可能帶來(lái)的事故結(jié)果。具備一定的條件a，在其中一個(gè)或多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)同時(shí)存在時(shí)，可以導(dǎo)致井控事故發(fā)生；有的風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重較高，只需一個(gè)就可以導(dǎo)致井控事故發(fā)生；詳見(jiàn)圖2和圖3。

圖2 邏輯“與”運(yùn)算

圖3 邏輯“或”運(yùn)算

井控事故的發(fā)生條件包括鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)缺陷、鉆井工程設(shè)計(jì)缺陷、現(xiàn)場(chǎng)井控裝置故障、井控技術(shù)措施選擇不當(dāng)及落實(shí)不到位、關(guān)井后復(fù)雜井況處置失誤、思想麻痹心存僥幸等6個(gè)方面。本研究主要針對(duì)鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)管理進(jìn)行論述。

圖4為鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)因素事故樹(shù)(FTA)，便于安全管理人員快速且清晰地找到關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)要素點(diǎn)，可以迅速地對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量控制，從而確保井控事故的發(fā)生率最低。帶“+”的框是邏輯“或”運(yùn)算，表示在應(yīng)對(duì)措施與監(jiān)測(cè)反饋失效的條件下，所列風(fēng)險(xiǎn)中的任何一個(gè)都可以導(dǎo)致事故結(jié)果的發(fā)生；不帶“+”的框是邏輯“與”運(yùn)算，表示所列風(fēng)險(xiǎn)必須共同作用，且同時(shí)還需滿足設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)錯(cuò)誤反饋機(jī)制失效的條件，才能導(dǎo)致事故結(jié)果的發(fā)生。

圖4 鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)事故樹(shù)(FTA)分析

3 實(shí)例應(yīng)用

西某井是大港油田2019年建設(shè)的一口水平井，該井目的層為新近系明化鎮(zhèn)組二段；該套層位經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)發(fā)，原始地層壓力系統(tǒng)已經(jīng)改變，剩余油較分散，注水驅(qū)替的效果不明顯，水竄現(xiàn)象嚴(yán)重。該井周邊多口鄰井在鉆探的過(guò)程中，發(fā)生過(guò)溢流、井涌、井噴等井控安全事故；同時(shí)，根據(jù)大港油田特殊流體普查的結(jié)果表明，該生產(chǎn)區(qū)域在該套層位有存在硫化氫的可能，在鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)中必須提前預(yù)測(cè)。

采用事故樹(shù)分析法，針對(duì)鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)涉及的4個(gè)因素，即人的因素A、物的因素B、環(huán)境因素C、管理因素D進(jìn)行全面分析。將前述的A2、A3、A6、B2、B3、C1等作為需要重點(diǎn)解決的風(fēng)險(xiǎn)因素。

通過(guò)以下方法可解決前述風(fēng)險(xiǎn)因素：①收集鄰井在該套層位的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，如壓力、產(chǎn)液量、流體性質(zhì)、工作制度變更等資料；②收集該區(qū)域生產(chǎn)井、氣測(cè)錄井資料；③選取該區(qū)域已有的具有代表性的生產(chǎn)井?dāng)?shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)軟件模擬預(yù)測(cè)準(zhǔn)備鉆井的地質(zhì)構(gòu)造的地層壓力值S1；④將鄰井(包括開(kāi)發(fā)井、注水井)的所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)，如壓力、產(chǎn)液量、流體性質(zhì)、注水驅(qū)替范圍等，全部輸入軟件，建立原始地層模型及數(shù)值模擬開(kāi)發(fā)生產(chǎn)過(guò)程，與鄰井的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)不斷進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)多次計(jì)算逐步地趨近真實(shí)數(shù)據(jù)，然后反演計(jì)算在該區(qū)域未經(jīng)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)時(shí)的原始地層壓力值S2；⑤將準(zhǔn)備鉆井的地質(zhì)構(gòu)造的地層壓力值S1與區(qū)域壓力值S2進(jìn)行比較，若兩者的差異范圍在合理的數(shù)值模擬范圍內(nèi)，說(shuō)明該S1的值合理，進(jìn)而選擇求取該S1的已知代表井的鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)，作為預(yù)備鉆探新井的地質(zhì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行提交，從而確保數(shù)據(jù)可靠、效益安全。

通過(guò)反復(fù)的數(shù)值模擬運(yùn)算比對(duì)真實(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，作為質(zhì)量監(jiān)測(cè)條件約束鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鉆井進(jìn)尺可靠、鉆井泥漿密度可靠、地層壓力預(yù)測(cè)可靠等“三個(gè)可靠”，從本質(zhì)上確保低成本、高安全，無(wú)鉆井井控事故發(fā)生。

4 結(jié)語(yǔ)

確保井控安全需要考慮的風(fēng)險(xiǎn)因素有6個(gè)方面，鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)是其中一個(gè)重要方面。本文提及的鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，適用于類似大港油田這種多期斷陷—坳陷構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊合的東部油田。對(duì)于出現(xiàn)多次逆沖推覆構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的西部油田，其地層異常高壓系統(tǒng)頻現(xiàn)，需要在安全管理過(guò)程中重新選擇適合其實(shí)際情況的事故樹(shù)(FTA)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

在石油企業(yè)主營(yíng)業(yè)務(wù)中，鉆井成本越低、成效越高，是實(shí)現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必要保證。若將安全管理與效益割裂，將會(huì)造成不必要的鉆井進(jìn)尺、泥漿注入的浪費(fèi)，對(duì)石油企業(yè)的成本控制造成巨大壓力。要實(shí)現(xiàn)效益型安全管理，前提是培養(yǎng)大批既懂專業(yè)、又懂安全的管理人員，通過(guò)選用合適的工作和管理方法，抓住安全管理的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)石油企業(yè)的本質(zhì)安全，確保企業(yè)利益最大化。