杨 智

中国石油集团川庆钻探工程有限公司培训中心井控培训中心 四川成都 610213

随着我国社会经济水平的不断提高，石油和天然气在我国经济发展中的占比也进一步提升。作为供应我国能源的主要来源，需要首先重视石油天然气开采过程中风险控制问题，以进一步提高石油天然气的开采效率。

1 自动化钻井技术

1.1 自动化钻井装备

随着自动化技术在石油天然气钻井开采工作中的应用，包含自动化钻机、自动化控制系统、自动化测量系统的研用，促使自动化钻井技术再度发展到了一个高潮。由意大利某公司研发的AHEAD 自动化钻机同时兼备电动驱动和液压驱动，并且其又配置了全自动的离线处理、流量监测及连续循环系统，可以当作智能钻杆使用，且其又具备流量监控和自动送钻、连续循环功能，使用这种钻机，可提升钻井效率超50%。另外由另一家油井公司研发的自动化闭环钻井系统，可以自动获取到井底压力、钻压、井下振动等参数信息，同时又可以完成地面和井下设备以及工具参数的优化工作，这种钻井系统在美国某页岩区开采中的实践应用，做到了机械钻速最大化，且其系统日均进度提升了17%。不仅如此，某公司研发的在线钻井液测试系统，可以同时完成钻井液流变性、虑失量、硫化氢含量以及密度、pH 值、粒径分布、固相含量、电导率等参数，能够完整地预测并分析出钻井液性能的变化情况并适当给出调整建议。挪威某机器人钻井系统研发公司研制的全自动钻台机器人能够完成钻杆自动化处理，且目前该系统已投入实际应用中。

1.2 井下自动控制技术

事实上，这种技术的发展核心应该从井下自动钻井系统和井下信号随钻传输技术两方面体现出来。如果从随钻测量信号传输的角度来分析，除了能提高钻井液脉冲信号传输性能以外，同时也开发了有线钻杆、电磁传输、声波传输等在内的多重技术。斯伦贝谢公司研制的MWD 钻井液脉冲数据传输平台DigiScope 以及XACT 公司研制的钻柱声波传输系统，成功地克服了以往钻机传输速率低、数据量小、脉冲噪声影响和调速受限、泡沫钻井信号传输困难、空气钻井信号等问题。另外由某公司研发的Intelliserv 智能钻杆的传输速率达到了2Mb/ s，此为近年来钻井技术研发领域迈出的重要一大步。

而对于井下自动钻井系统而言，主要从旋转导向系统与自动垂直钻井系统的研发及其性能的提升来体现其发展，能在做到地层多参数精细评价与眼轨迹高精度控制的基础上，大幅提升其测控性能[1]。

2 钻井液技术

关于钻井液的研发，重点体现在其能够抵抗高温的能力、抗抑制性、环保性及防堵漏性几个方面体现出来。时下水基钻井液最高可以在243℃的高温下使用，且密度最大可达到2.87g/ cm3。而油基钻井液其参数则分别为265℃和2.39g/ cm3，另由斯伦贝谢公司研发的超高温高压油基钻井液的密度则为2.39g/ cm3，这种钻井系统在260℃的高温下性能也同样比较稳定，而高温高密度水基钻井液参数则分别为232℃和2.3g/ cm3。

由贝克休斯和哈里伯顿等部分公司研发的页岩气水基钻井液可以同时抵抗封堵微裂缝及空隙压力传递，并且其同时具备高润滑性、强抑制性、低虑失性、降摩阻性及阻绝泥包与环境友好等特征，这种技术多被应用于页岩气钻井工作中。此外由德克萨斯大学研发的纳米颗粒页岩抑制剂，成功地攻破了页岩井壁失稳的问题，再者也保证了水基钻井液钻穿页岩地层工作的安全开展。

沙特阿美公司与挪威Wellcem 公司研发的热活性树脂堵漏材料能在很短的时间内于地层温度下固化，固结发生时的温度为20～150℃，此时的密度控制为0.75～2.5g/ cm3，该系统适用于密度较窄的窗口钻井工程中。

另外氟基抗高温钻井液是由哈里伯顿公司研发的，且它是由氯化钙盐水、全氟聚醚、氟乳化剂共同配制合成的，这种钻井液不仅热稳定性高，且抗氧化性也较强，受抵温度可以超343℃。由中国石油研发的高温高密度水基钻井液的参数分别为232℃和2.3g/ cm3。中石化工程院研发的超密度钻井液密度高达2.87g/ cm3[2]。

3 随钻地层测试技术

国外关于随钻地层测试技术的研发基本已经实现了地层取样测试分析及地层压力测量。例如，由哈里伯顿公司研发的智能测试系统就可以经测量实时获取到储层动态数据和井下数据、井下信息等，达到了及时优化钻井方案并且快速决策的目标。系统的构成包括智能测试阀、单相取样器和无线传输系统，可忍耐最高温度为204℃，最高可抵抗140MPa 压强。相较于其它系统而言，该无线传输系统可以实现双向传输，即不仅能够把井底的压力数据传输到地面，对其测试状态进行实时监控，同时又能把地面产生的指令传输到工具。压力计托筒、油管试压阀、选择测试阀、OMNI 循环阀共同构成了智能测试阀，且适用于井下开关及循环等作业中，可以快速反应出操作结果。此外，单向取样器附带了9 只取样腔，因此它可以实现全工作过程全封闭、压力补偿、多次取样预防样品被污染，又可以精确地将取样地层温度与压力记录下来。再者，斯伦贝谢公司研发的三维径向探测仪具备径向探测和延伸的性能，可用于取样地层动态流体参数及测量压力参数。系统配置有4 个间隔90°的自封吸附式探测器，因此可以探测到周围0.05m2以内的流体范围，是常规探测流体范围的12 倍，又可以测试0.01mD（mPa·s）的低流动性与低渗透性地层中的压力，墨西哥成功地完成了在抗压强度300pi（2068.8kPa）欠胶结地层中的流体取样作业。

随钻地层压力测试仪是中海油田服务股份有限公司研制开发的钻机系统，它能够定点定时地完成地层压力与地层密度的测量工作，且系统能抵抗的最高温度为150℃，以及系统能抵抗的最高压强为138MPa，此外，能抵抗的地层最高测量压力为110MPa。经由中石油工程院研发的井底环空压力随钻测量系统可以保证被测量井底环空和柱内的压力及温度，同时系统既可以单独使用也可以对接MWD 联合使用，该系统能抵抗最高使用温度为150℃，且系统能抵抗最高压强为170MPa。微芯片测量仪是由塔尔萨大学研发出来的，该仪器设备能够充分利用钻井液经循环测量得到环空压力数据、井底温度等信息参数，不仅操作起来简便而且应用成本也不高[3]。

4 石油天然气钻井工程风险控制技术

4.1 确定风险量化原则

基于以往作业经验可以得知，钻井工程风险具有突发性高、预测困难度高等特点，因此在对其展开控制时，需要应用不同的量化原则，以此来确保事故出现后应急处理过程的时效性，降低安全风险事故带来的危害性。在量化原则的拟定中，需要对其进行适当简化，借此来方便计算工作的进行。现阶段所使用的固有风险指数为G，其评分范围在0～100 分，如果得分较高，那么表示目前存在较为严重的安全风险，并且也具备了较高的事故发生概率；而易发性的风险指数设定为Y，其评分范围在0～100 分，若得分较高那么表示风险事故发生概率较大；严重类型的风险指数设定为S，其评分范围在0～10 分，得分越高表明风险带来的后果越严重。

4.2 明确风险分级标准

在对石油天然气钻井工程作业风险展开控制时，也需要明确相应的风险等级划分标准，此过程也需要交给专业人员进行负责，而且所拟定的分级标准需具备较强的细化度，这样也可以提高评估结果的可靠性，不断提升工程运行过程的安全系数。一般情况下会将风险标准划分为四个应用等级，具体内容如下：

（1）1 级风险，其对应评分为0～100 分，表示钻井工程不存在较大的风险问题；

（2）2 级风险，其对应评分为100～200 分，表示钻井工程存在中等风险问题；

（3）3 级风险，其对应评分为200～500 分，表示钻井工程存在较高等级风险问题；

（4）4 级风险，其对应评分超过500 分，表示钻井工程存在非常高等级的风险问题，需及时组织专业人员进行处理，以降低工程带来的风险性。

4.3 建立风险评估体系

完成上述工作内容后，进入风险评估体系的搭建阶段，相关作业人员需要对风险体系中的相关内容展开深入了解，同时也需要做好实地考察工作，对于该地区基本作业环境、地质结构、气候条件等内容，这些都是非常重要的影响因素需对其展开针对性，以此来得出钻井工程施工期间的常见风险、突发性风险、严重性风险，提高后续风险分析评估过程的可靠性，确保所拟定施工决策的可行性。而且在体系建设过程中，也会基于信息技术对于系统运行数据进行实时获取，以此来作为风险评估活动的重要参考，提高预防措施的有效性。

4.4 突发事故应急处理

在石油天然气钻井工程施工过程中，也会面临一些突发性事故，这也是风险处理时重点关注的内容，常见突发性事故包括井喷失控、钻井局部塌陷等，这也需要及时采取应急处理措施来进行整理，以降低突发事故带来的危害性。以井喷失控事故为例，在对其展开应急处理时，应注意以下几点：

（1）出现井喷失控事故时，需要及时成立救援小队，向井筒内喷水降温，控制失控状况。相关管理人员要及时进行现场指导，与施工人员之间做好协调工作，借此避免井喷事故影响扩大化，减少此问题带来的负面影响。

（2）监管部门也需要在现场做好监测工作，检查空气中天然气、硫化氢浓度，若超出安全值需及时组织人员进行处理，减少火灾、爆炸、中毒等次生灾害。应急处理中需秉持安全第一原则，避免对施工人员造成生命威胁。

5 结语

综上所述，在石油工业工程中，石油钻井技术扮演着非常重要的角色，且基于行业性激烈的竞争趋势影响作用下，研究和优化石油钻井技术更有利于石油资源勘探，且对其行业性发展极具现实性影响意义。随着我国各种钻井工程技术的发展和优化，当前所取得的经济效益比较可观，然而，受到环境因素的影响，石油资源也逐渐变得紧缺，为此，就需要在原有的钻井技术的基础上进一步进行深化研发，严控钻井测量技术实践中的风险因素，将工作重点放在油气层保护钻井液技术研发上面来。