摘要：為了有效存儲和合理利用川東北地區已鉆井的事故數據，提高鉆井事故數據管理的效率，設計開發了鉆井事故數據庫系統。以Microsoft Access為關系數據庫管理工具，Visual Basic為用戶訪問端的開發工具，利用SQL實現數據統計分析功能。現場試驗證明：利用該數據庫系統可方便快捷地對鉆井事故進行采集、存儲、查詢、統計與分析，為鉆井事故原因分析、風險評估以及事故預防提供數據支持。以川東北地區鉆井事故為對象開發的鉆井事故數據庫系統，加快了鉆井事故科學化、數字化管理的進程，是鉆井信息化的重要補充。

關鍵詞：四川；東北；含硫氣井；鉆井事故；數據庫系統；事故統計

    川東北地區天然氣資源十分豐富，作為“川氣東送”的源頭，已成為我國重要的戰略能源接替區。該地區是以含天然氣為主的碳酸鹽巖油氣藏，目的層埋藏深(一般在4000m以上)，且多數區塊高含硫化氫(含硫大于15%)鉆井過程中井下事故頻繁發生。該地區地質情況異常復雜，陸相與海相沉積共存，地層破碎嚴重、縱向壓力層系多，導致鉆井事故的原因錯綜復雜^[1]。這樣僅僅依靠老式的統計分析方法對該地區鉆井事故發生的原因和規律進行分析是遠遠不夠的。隨著現代計算機數據庫技術的發展，以其存儲容量大、運算速度快的特點，為該地區鉆井事故的分析提供了一種簡便、快捷的手段^[2]。把現場收集的大批數據按數據庫文件的組織方式儲存到磁盤里，并通過一個專門的管理程序來完成數據的分類、檢索、增加、刪除、修改、合并以及輸出各類報表等。這個管理程序就是一個較為復雜的軟件系統即含硫氣井鉆井事故數據庫分析系統。該數據庫系統收錄了川東北地區鉆完井過程中發生的事故，最大限度地實現資源共享，盡可能避免因鉆井經驗不足引起的鉆井事故。鉆井事故數據庫系統具有較為強大的查詢和統計功能，使得事故的管理實現數字化、自動化，也為科研人員對事故進行綜合分析提供了方便，提高了科研工作效率^[3～4]。

    數據庫設計是整個數據庫系統的基礎^[5]，我國2005年7月頒布了“石油工業數據庫設計規范”對石油行業數據庫設計的一般流程進行了詳細的說明。結合我國天然氣氣井鉆井施工的特點，進行了如下設計：

1) 系統整體設計。鉆井事故數據庫設計是一個以鉆井事故為主要研究對象，以提高鉆井事故數據管理效率為主要目的設計活動。針對川東北地區鉆井事故數據量大、事故影響因素涉及范圍廣、數據間關聯度大、冗余度高的特點，采用了分層設計的方法。從總體上對數據庫設計進行規劃，其設計過程主要包括數學模型的建立和物理設計兩個方面(圖1)。

 

    2) 完整性、可靠性設計。數據庫系統的完整性和可靠性是指數據的正確性和兼容性。設計了完整的數據規則，保證數據存取的正確性以及查詢、修改的可靠性，避免非法操作產生錯誤的結果。數據完整性規則通過索引、查詢觸發器控制來實現。

    3) 安全性設計。主要考慮兩個方面：①數據的安全性，防止數據庫被不合法者(惡意破壞或非法存取)使用，解決辦法是通過設置用戶的訪問權限，以此來保證用戶對數據庫訪問的合法性，即用戶通過對數據、程序讀出、寫入、修改、刪除和執行等的管理，確保用戶對數據庫的訪問是授權的，并拒絕非授權的訪問，以訪問控制作為對資源訪問處理的一部分；②數據庫的安全性，保證數據庫能夠從錯誤的狀態通過數據庫日志恢復到以前的狀態。

    4) 數據庫功能設計如圖2所示。

 

    5) 開發程序與開發體系選擇。研發鉆井事故數據庫系統時采用Microsoft Access數據庫管理軟件。在編程方面采用了現在較為大眾化使用的Visual basic編程軟件進行軟件的二次開發。在數據庫開發過程中采用目前主流的VB+J2EE的開發體系。克服了傳統的兩層C/S結構難于維護、穩定性極差、界面代碼和數據庫代碼混淆在一起、牽一動百的缺點，新的多層結構開發體系使得界面和數據庫完全分離，從而大大提高了編程的效率。

    含硫氣井鉆井事故數據庫系統，幾乎覆蓋了與鉆井工程有關的所有主要的工程信息，如鉆井地質參數、鉆井工藝參數、鉆井液性能參數、井口設備參數等多種參數。其主要包括如下幾部分：①油氣田基本信息數據。②區塊信息數據，如構造與地層特征。③單井基本信息，井型、井別、完鉆井深、構造位置、地理位置、完鉆層位、鉆井周期、鉆頭程序、套管程序等。④事故情況：a.事故基本信息，發生、解除時間、損失時間、發生經過、處理簡況、原因分析、經驗教訓等；b.事故地質參數，與事故相關的參數(巖性、地應力、地層傾角、地層壓力、孔隙度、滲透率等)；c.工藝技術參數，鉆井參數(鉆壓、轉速、泵壓、排量)、工藝參數(鉆頭、鉆桿和鉆鋌直徑等)以及井斜角、鉆時、D_C指數等；d.鉆井液性能參數，密度、黏度、API失水、濾餅、初終切力、終切力等參數；e.井口設備試壓參數，防噴器試壓、各種管匯、套管頭、四通等抗壓性能參數；⑤事故特征參數^[6]：a.井漏，平均漏失速度、最大漏失速度、漏失總量等；b.溢流，溢流速度、溢流總量、鉆井液密度與黏度變化情況等；c.井塌，掉塊情況、井徑擴大率、鉆井液攜帶巖屑量變化情況等；d.卡鉆，卡鉆類型、卡點深度、懸重變化、泵壓變化等；e.鉆具，泵壓變化情況、懸重情況、鉆具性能參數。

    鉆井事故數據庫系統主要有如下5大功能模塊：①數據管理：完整的數據錄入、編輯、刪除等操作。數據庫管理設計的關鍵問題是如何避免記錄重復添加、規范數據的輸入格式以及一定的容錯性。a.避免記錄重復，新數據與數據庫內原有記錄不能完全相同。若新輸入的數據在數據庫中已存在給出提示。b.數據庫格式規范化，數據庫對于所輸入的數據必須經過一定的后臺處理后，才能存儲到數據庫文件中。為了保證數據存儲的準確性，該數據庫系統對所輸入數據的格式進行了規定。c.容錯性，若對每一個數據項都進行嚴格的規定，這無疑會引起數據錄入人員的反感，對數據錄入人員的技術水平也提出更高的要求，有些字段沒有必要進行嚴格的格式限制。因此，充分利用Visual Basic內部的字符轉化程序，有些字段沒有進行格式限制，從而保證系統有一定的容錯性。d.數據的完整性，在數據編輯過程中所要考慮的首要問題是數據庫采用關系型數據庫，同一字段會在多個表中出現，在數據的修改、刪除操作時，須保證數據庫的整體完整性。②數據庫備份與恢復：對現有的數據庫內數據定期進行數據備份，防止由于系統問題或誤操作造成的數據丟失。a.備份文件名稱命名規則“database”+“備份的日期”(例如2008年5月29日備份的文件名：database20080529.mdb)。b.系統恢復功能，當數據庫內部數據出現錯誤或者誤操作引起數據丟失時，利用先前備份的數據庫文件，將數據庫恢復到指定日期。③查詢功能：數據庫的查詢功能是數據庫的核心功能，該數據庫系統共設計有5種查詢。a.數據導航式查詢，將數據庫系統所存儲數據以樹形結構進行顯示，以方便使用者查詢。數據導航式查詢采用“油氣田→區塊→井→事故”四級導航模式數據庫。b.區塊井位查詢，輸入區塊/井名稱查詢井位，有信息則在窗體右邊區域顯示，若沒有信息則給出數據庫中無信息的提示，在顯示區域可提前設定顯示比例。c.井的基本信息查詢，多種條件下的復合檢索，最多支持3個查詢條件。根據查詢條件的邏輯關系，在“邏輯關系”列表框中選擇“并且、或者”。d.鄰井查詢，以井口坐標為依據查詢鄰井，可以自定義查找半徑。e.事故查詢，事故地質、鉆井工藝、鉆井液性能、井口設備以及事故特征參數查詢。④統計功能，利用標準SQL語句可以對數據庫中的數據進行統計、求和等，然后利用Visual Basic中的Ms-chart控件實現統計結果的繪圖功能。⑤數據導出功能：根據用戶需要將特定的信息從數據庫導出到word或者excel文本中。⑥自動報表功能：根據數據庫所存數據，按照油氣田標準格式打印用戶指定信息。

    利用現場收集、文獻調研、報刊和情報調研的方式收集川東北地區68口井的資料和517起鉆井事故資料。把所搜集到的海量數據轉化成計算機可識別的文件，以數據庫文件的形式存儲于數據庫系統。含硫氣井鉆井事故數據庫系統主要有如下應用：

    1) 指導鉆井工程設計。系統收錄了川東北地區90%以上已鉆井的井身結構資料、部分地質資料和復雜情況資料，為鉆井工程設計提供了依據。①優化井身結構設計，查詢目前常用的井身結構系列，通過分析對比目前井身結構存在的不足，建立井身結構與復雜地層的對應關系，結合事故與復雜的統計數據和鄰井查詢結果，進行井身結構優化設計和有關設計參數的確定；選擇合理的套管與鉆頭系列、套管層次、尺寸及下深等，并進行相關配套鉆井技術的優選優配，最終制定井身結構優化設計方案；②利用數據庫的查詢統計功能，對鄰井的地層壓力與井下復雜情況進行統計分析(表1)，為鉆井液性能優化設計提供參考。

井號	層位	井深(m)	地層壓力(MPa)	壓力系數	備注
毛壩1	飛仙關組	4324～4352	82.16	1.80	H2S
毛壩2	飛仙關組	4127～4145	61.10	1.51	H2S
毛壩1	長興組	4609～4630	68.90	1.52	H2S
	飛仙關組	4340～4420	66.50	1.55
	長興組	4340～4379	66.10	1.55
普光1	飛仙關組	5610～5666	61.20	1.18	H2S
普光	飛仙關組	5027～5102	55.70	1.12
	長興組	5237～5281	56.50	1.10
普光4	飛仙關組	5759～5791	56.80	1.00

2) 調整鉆井參數避免事故發生。現場技術人員可以根據具體情況，在鉆井設計要求范圍內對鉆井參數進行小范圍的調整，以達到提高鉆速、避免事故的目的，而技術人員對鉆井參數進行調整的依據一是本身經驗；二是鄰井或工程狀況相似井的鉆井實踐。鄰井查詢功能可以為技術人員進行鉆井參數優化提供參考。

    3) 優選事故處理方案。鉆井事故與復雜情況多種多樣，處理手段和措施也是千變萬化，其總體原則是：安全、快速、靈活、經濟。該系統所存儲的鉆井事故信息可以為現場施工人員合理地制訂處理措施提供參考。①事故處理措施。川東北地區處于勘探初期，各鉆井施工隊伍鉆井經驗也是參差不齊，一旦發生惡性事故往往引起慌亂，利用該數據庫系統可以幫助現場工程師及時獲得相關事故處理經驗，第一時間控制事故的進一步惡化，為事故順利解除奠定基礎。數據庫系統收錄了近幾年川東北地區發生的鉆井事故，事故類型幾乎涵蓋了該地區全部的鉆井復雜與事故類型。因此，對現場事故處理具有一定的指導意義。②事故處理措施對比分析，數據庫中收錄的事故處理方法與效果參數可供現場技術人員對事故處理措施進行對比分析，優選切合實際的、經濟的、快速可行的事故處理方案。

    4) 為鉆井事故統計分析提供一種快捷的方式。科研究人員利用事故數據庫系統可以方便、快捷地對事故進行統計，提高科研工作的效率。數據庫和人工統計效率對比見表2。計表明，數據庫技術可以方便、快速地對數據進行修改、查詢、統計。其速度一般比人工統計方法快30～60倍，實現了鉆井事故科學化、數字化管理，大大提高了管理的效率。

項目	數據庫法	人工方法	兩者之比
存儲空間	5M	大約3G	1/600
備份時間	1min	30min	1/30
查詢速度	10～30s	＞10min	1/60
概率統計	15min	12h	1/48
原因統計	15min	7d	1/336

5) 為后續的風險評估工作奠定了基礎。數據庫的應用證明，含硫氣井鉆井事故數據庫系統可以方便地對鉆井事故進行原因分析和失效統計，而事故原因分析和失效統計又是風險評估的重要組成，部分，亦是風險評估的基礎性工作。在目前階段，受到各種不確定性的影響，通過理論研究建立鉆井事故風險概率和風險損失的定量模型存在相當大的困難，計算分析很難模擬鉆井事故發展的整個歷程，因此利用數據庫系統對事故統計研究實際是風險損失研究中最為準確的研究方法。

    1) 數據庫技術的發展為鉆井事故信息的管理提供了一種新的手段，利用Microsoft Access較為強大的數據存儲功能和Visual Basic的可視化功能設計的數據庫系統，可以方便、快捷、實時地對鉆井信息進行查詢和統計，為鉆井事故的原因分析、發生規律分析以及處理措施分析提供了一種簡便、快捷的方法。

    2) 經初步應用證明，利用鉆井事故數據庫系統對鉆井事故類型、事故發生規律進行統計，有利于總結和歸納風險源，為鉆井工程優化設計提供參考；正確識別鉆井過程中的潛在風險，為避免事故發生、制訂事故處理方案提供指導。

    3) 利用數據庫技術對鉆井事故數據進行統計，可以使統計效率提高30倍以上，大大提高科研工作者的科研效率，也為后期的鉆井風險評估工作奠定了基礎。

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[6] 蔣希文.鉆井事故與復雜問題[M].北京：石油工業出版社，2006.

 

(本文作者：王瑞和¹ 臧艷彬¹ 張銳¹ 徐鴻志^1，2 韓嘉航¹ 1.中國石油大學 華東；2.中國石油集團工程技術研究院)