1、井筒风险评估调研报告井筒风险评估调研报告目目 录录 一、概述一、概述 二、井筒风险分析方法二、井筒风险分析方法 三、井筒风险评价模型三、井筒风险评价模型 四、认识及建议四、认识及建议什么是井筒风险评估？什么是井筒风险评估？n井筒风险评估是由无风险钻井系统（井筒风险评估是由无风险钻井系统（NDS）提出的，其）提出的，其核心部分，主要是根据众多钻井参数，通过预先考虑可能核心部分，主要是根据众多钻井参数，通过预先考虑可能出现的问题并制定风险计划从而消除问题，其特点是当有出现的问题并制定风险计划从而消除问题，其特点是当有新的信息可利用时，这种可变的井眼计划就不断的更新。新的信息可利用时，这种可变的井眼
2、计划就不断的更新。n井筒风险评估实际包括两个方面：井下信息识别和风险评井筒风险评估实际包括两个方面：井下信息识别和风险评估估一一、概述概述为什么进行井筒风险评估？为什么进行井筒风险评估？n随着石油勘探开发的不断深入，钻井环境越来越复杂，随着石油勘探开发的不断深入，钻井环境越来越复杂，遇到了许多新的世界级难题，需要钻井更安全；遇到了许多新的世界级难题，需要钻井更安全；n钻井事故时有发生，从而极大地阻碍了勘探开发的步伐钻井事故时有发生，从而极大地阻碍了勘探开发的步伐n处理钻井事故极大的增加了勘探开发的直接成本处理钻井事故极大的增加了勘探开发的直接成本n较多的偶然因素和井下诸多相关参数的不确定性是造
3、成较多的偶然因素和井下诸多相关参数的不确定性是造成石油钻井井下复杂情况。石油钻井井下复杂情况。一一、概述概述井筒风险评估必要条件是什么？井筒风险评估必要条件是什么？n准确可靠的风险评估体系或模型；准确可靠的风险评估体系或模型；本文研究重点本文研究重点n具有全面可靠实时的钻井参数；具有全面可靠实时的钻井参数；n完备的专家系统；完备的专家系统；n实时更新的数据库；实时更新的数据库；一一、概述概述1、国外现状、国外现状钻井井下参数实时测量钻井井下参数实时测量单位单位参数参数传输传输EPR公司轴向力、扭矩、弯曲力、轴向加速度、周向加速度、径向加速度和钻柱内、外钻井液压力共8个参数井下进行测量和数据记录
4、存储，起钻回放法国石油研究院井下转速、钻压、扭矩、的弯矩、钻柱内外压力、钻柱内外温度等15采用专门的有线钻杆进行数据传输PWD绝对压力，当量循环密度既能记录又能实时传递信息BakerHughes Copilot系统钻压，扭矩，弯矩，方位，井斜，压力泥浆脉冲传输科学钻井公司随钻测量环空和钻柱内压力泥浆脉冲传输BP公司与Schlumberger井下环空压力、井下参数（钻具振动、转速、粘滑度、钻压等）、孔隙压力泥浆脉冲传输一一、概述概述国内对井下参数的实测工具研制较少，并没有得到广泛应用。国内对井下参数的实测工具研制较少，并没有得到广泛应用。2、国内现状、国内现状单位单位成果成果传输传输中国石油大学
5、中国石油大学三牙轮钻头钻进时钻柱轴向振动的特征三牙轮钻头钻进时钻柱轴向振动的特征地面试验地面试验中国石油集团井下测中国石油集团井下测控重点实验室控重点实验室井下管柱载荷测试仪可以检测井下管柱的轴力、井下管柱载荷测试仪可以检测井下管柱的轴力、扭矩、温度、压力等参数，扭矩、温度、压力等参数，井下存储，井下存储，地面读取地面读取中国石油大学中国石油大学测量：钻柱弯矩、扭矩、轴向拉（压）力、三测量：钻柱弯矩、扭矩、轴向拉（压）力、三向（轴向、径向、周向）加速度、钻柱内外泥向（轴向、径向、周向）加速度、钻柱内外泥浆压力及井下温度。浆压力及井下温度。井下存储，井下存储，地面读取地面读取西南石油学院西南石油
6、学院通过井下传感器随钻测量钻井过程中的扭矩、通过井下传感器随钻测量钻井过程中的扭矩、钻压、压力和温度钻压、压力和温度井下存储，井下存储，地面读取地面读取大庆钻井工艺研究院大庆钻井工艺研究院测量内外压力和温度测量内外压力和温度井下存储，井下存储，地面读取地面读取一一、概述概述钻井井下参数实时测量钻井井下参数实时测量n由于目前国外在井下参数实时测量方面快速发展，从而由于目前国外在井下参数实时测量方面快速发展，从而其无风险钻井技术进展顺利已经进入实际应用，而国内目其无风险钻井技术进展顺利已经进入实际应用，而国内目前还无法做到井下参数实时测量传输，我们只能通过地表前还无法做到井下参数实时测量传输，我们
7、只能通过地表测得的参数来分析，这就需要做好三个方面的研究：测得的参数来分析，这就需要做好三个方面的研究：一、一、提高风险评估方法的准确度；提高风险评估方法的准确度；二、完善钻井信息评判方法；二、完善钻井信息评判方法；三、加快研究井下参数测量及传输技术。三、加快研究井下参数测量及传输技术。参数测量方式的评价参数测量方式的评价一一、概述概述1、国外现状、国外现状钻井专家系统钻井专家系统国外在专家系统的建设方面远远领先于国内，各大石国外在专家系统的建设方面远远领先于国内，各大石油公司，包括斯伦贝谢，哈里伯顿，油公司，包括斯伦贝谢，哈里伯顿，AMOCOAMOCO，APCOAPCO，及法国，及法国石油研
8、究院等单位均有比较完善的基于实时钻井信息和数石油研究院等单位均有比较完善的基于实时钻井信息和数据的钻井专家系统据的钻井专家系统2、国内现状、国内现状国内包括中国石油大学，中国地质大学，西南石油大国内包括中国石油大学，中国地质大学，西南石油大学，西安石油大学，胜利钻井院，中原钻井院等高校和研学，西安石油大学，胜利钻井院，中原钻井院等高校和研究单位均进行过专家系统的研究，而目前大多只停留在理究单位均进行过专家系统的研究，而目前大多只停留在理论阶段，只有胜利钻井院的卡钻事故专家系统和中原钻井论阶段，只有胜利钻井院的卡钻事故专家系统和中原钻井院的钻井事故专家系统进行过应用院的钻井事故专家系统进行过应用
9、一一、概述概述n由于目前国外钻井专家系统已经发展较为成熟，而且已经由于目前国外钻井专家系统已经发展较为成熟，而且已经开始了现场实际应用，而国内虽然进入了比较深入的研究，开始了现场实际应用，而国内虽然进入了比较深入的研究，并且也有了现场实验应用，但是一方面我们的专家系统完整并且也有了现场实验应用，但是一方面我们的专家系统完整性还不足，另一方面我们的专家系统都属于事后评价，对钻性还不足，另一方面我们的专家系统都属于事后评价，对钻井复杂情况的及时判断和预测不足。需要进行以下改进：井复杂情况的及时判断和预测不足。需要进行以下改进：一、一、提高专家系统的及时性增加对井下情况的预测功能，同时给提高专家系统
10、的及时性增加对井下情况的预测功能，同时给予工况评价及给出相关风险因素的评价值；予工况评价及给出相关风险因素的评价值；二、提高专家系二、提高专家系统的精确性统的精确性专家系统的评价专家系统的评价一一、概述概述n目前国外对钻井数据库的建设非常重视，实时钻井信息目前国外对钻井数据库的建设非常重视，实时钻井信息数据库已经普遍应用，而国内虽然已经建立了钻井数据库，数据库已经普遍应用，而国内虽然已经建立了钻井数据库，一方面现场实时数据均是通过综合录井仪测得的，没有井一方面现场实时数据均是通过综合录井仪测得的，没有井下实时参数的信息，另一方面钻井信息数据库在应用较少，下实时参数的信息，另一方面钻井信息数据库
11、在应用较少，对现场施工帮助有限。这就需要做好两个方面的研究：对现场施工帮助有限。这就需要做好两个方面的研究：一、一、加快研究井下参数测量及传输技术；加快研究井下参数测量及传输技术；二、推进钻井数据库二、推进钻井数据库现场应用，辅助现场施工现场应用，辅助现场施工钻井数据库的评价钻井数据库的评价一一、概述概述目目 录录 一、概述一、概述 二、井筒风险分析方法二、井筒风险分析方法 三、井筒风险评价模型三、井筒风险评价模型 四、认识及建议四、认识及建议在钻井过程中，井下发生的复杂情况及风险包括：在钻井过程中，井下发生的复杂情况及风险包括：钻头事故，钻具断裂，钻具刺漏，动力钻具故障，卡钻头事故，钻具断裂
12、，钻具刺漏，动力钻具故障，卡钻，地层漏失，地层坍塌，井眼缩径，溢流，井涌，钻，地层漏失，地层坍塌，井眼缩径，溢流，井涌，井喷等。根据风险产生的原理将风险分为：钻具风险，井喷等。根据风险产生的原理将风险分为：钻具风险，井壁稳定风险，井眼稳定风险，泥浆性能风险等井壁稳定风险，井眼稳定风险，泥浆性能风险等井筒风险有哪些？井筒风险有哪些？二、井筒风险分析方法二、井筒风险分析方法在风险评估过程中，可以采用多种操作方法，包括基于在风险评估过程中，可以采用多种操作方法，包括基于知识（知识（Knowledge-based）的分析方法、基于模型）的分析方法、基于模型（Model-based）的分析方法、定性（）
13、的分析方法、定性（Qualitative）分）分析和定量（析和定量（Quantitative）分析，无论何种方法，共同）分析，无论何种方法，共同的目标都是找出面临的风险及其影响，以及目前安全水的目标都是找出面临的风险及其影响，以及目前安全水平与全需求之间的差距。平与全需求之间的差距。从而更进一步提出解决措施从而更进一步提出解决措施风险评估有哪些方法？风险评估有哪些方法？二、井筒风险分析方法二、井筒风险分析方法评价方法评价方法评价目标评价目标 定性定性/定量定量方法特点方法特点适用范围适用范围优缺点优缺点类比法危害程度分级、危险性分级定性定性利用类比作业场所检测、统计数据分级和事故统计分析资料类
14、推职业安全卫生评价作业条件、岗位危险性评价简便易行、专业检简便易行、专业检测量大、费用高测量大、费用高安全检查表危险有害因素分析安全等级定性定定性定量量按事先编制的有标准要求的检查表逐项检查按规定赋分标准赋分评定安全等级各类系统的设计、验收、运行、管理、事故调查简便、易于掌握、简便、易于掌握、编制检查表难度及编制检查表难度及工作量大工作量大预先危险性分析(PHA)危险有害因素分析危险性等级定性定性讨论分析系统存在的危险、有害因素、触发条件、事故类型，评定危险性等级各类系统设计，施工、生产、维修前的概略分析和评价简便易行，受分析简便易行，受分析评价人员主观因素评价人员主观因素影响影响故障类型和影
15、响分析(FMEA)故障(事故)原因影响程度等级定性定性列表、分析系统(单元、元件)故障类型、故障原因、故障影响评定影响程序等级机械电气系统、局部工艺过程，事故分析较复杂、详尽受分较复杂、详尽受分析评价人员主观因析评价人员主观因素影响素影响故障类型和影响危险性分析(FMECA)故障原因故障等级危险指数定性定定性定量量同上。在FMEA基础上，由元素故障概率，系统重大故障概率计算系统危险性指数机械电气系统、局部工艺过程、事故分析较较FMEAFMEA复杂、精确复杂、精确二、井筒风险分析方法二、井筒风险分析方法风险评估有哪些方法？风险评估有哪些方法？评价方法评价方法 评价目标评价目标 定性定性/定量定量
16、方法特点方法特点适用范围适用范围优缺点优缺点事件树ETA)事故原因触发条件事故概率定性定性定量定量归纳法，由初始事件判断系统事故原因及条件内各事件概率计算系统事故概率各类局部工艺过程、生产设备、装置事故分析简便、易行，受简便、易行，受分析评价人员主分析评价人员主观因素影响观因素影响事故树(FTA)事故原因事故概率定性定性定量定量演绎法，由事故和基本事件逻辑推断事故原因，由基本事件概率计算事故概率宇航、核电、工艺、设备等复杂系统事故分析复杂、工作量大、复杂、工作量大、精确。事故树编精确。事故树编制有误易失真制有误易失真作 业 条 件危 险 性 评价危险性等级 定性定性半定半定量量按规定对系统的事
17、故发生可能性、人员暴露状况、危险程序赋分，计算后评定危险性等级各类生产作业条件简便、实用，受简便、实用，受分析评价人员主分析评价人员主观因素影响观因素影响道 化 学 公司法(DOW)火灾爆炸危险性等级事故损失定量定量根据物质、工艺危险性计算火灾爆炸指数，判定采取措施前后的系统整体危险性，由影响范围、单元破坏系数计算系统整体经济、停产损失生产、贮存、处理燃爆、化学活泼性、有毒物质的工艺过程及其他有关工艺系统大量使用图表、大量使用图表、简捷明了、参数简捷明了、参数取位宽、因人而取位宽、因人而异，只能对系统异，只能对系统整体宏观评价整体宏观评价帝 国 化 学公 司 蒙 德法(MOND)火灾、爆炸、毒
18、性及系统整体危险性等级定量定量由物质、工艺、毒性、布置危险计算采取措施前后的火灾、爆炸、毒性和整体危险性指数，评定各类危险性等级生产、贮存、处理燃爆、化学活泼性、有毒物质的工艺过程及其他有关工艺系统大量使用图表、大量使用图表、简捷明了、参数简捷明了、参数取位宽、因人而取位宽、因人而异，只能对系统异，只能对系统整体宏观评价整体宏观评价二、井筒风险分析方法二、井筒风险分析方法风险评估有哪些方法？风险评估有哪些方法？评价方法评价方法 评价目标评价目标 定性定性/定量定量方法特点方法特点适用范围适用范围优缺点优缺点日本劳动省六阶段法危 险 性 等级定性定定性定量量检查表法定性评价，基准局法定量评价，采
19、取措施，用类比资料复评、1级危险性装置用ETA，FTA等方法再评价化工厂和有关装置综合应用几种办法综合应用几种办法反复评价，准确性反复评价，准确性高、工作量大高、工作量大单元危险性快速排序法危 险 性 等级定量定量由物质、毒性系数、工艺危险性系数计算火灾爆炸指数和毒性指标，评定单元危险性等级同DOW法的适用范围是是DOWDOW法的简化方法的简化方法。简捷方便、易法。简捷方便、易于推广于推广危险性与可操作性研究偏 离 及 其原 因、后果、对 系统的影响定性定性通过讨论，分析系统可能出现的偏离、偏离原因、偏离后果及对整个系统的影响化工系统、热力、水力系统的安全分桥简便、易行，受分简便、易行，受分析
20、评价人员主观因析评价人员主观因素影响素影响模糊综合评价安全等级半定量半定量利用模糊矩阵运算的科学方法，对于多个子系统和多因素进行综合评价各类生产作业条件简便、实用，受分简便、实用，受分析评价人员主观因析评价人员主观因素影响素影响 二、井筒风险分析方法二、井筒风险分析方法风险评估有哪些方法？风险评估有哪些方法？n在所有的安全风险评价方法中除去纯定性分析，在所在所有的安全风险评价方法中除去纯定性分析，在所有的定量、半定量方法中，大多是就事论事，不是针有的定量、半定量方法中，大多是就事论事，不是针对某一系统进行评价，而系统化的评价方法个例性较对某一系统进行评价，而系统化的评价方法个例性较强，不能用作
21、统一的标准。强，不能用作统一的标准。n需要引入数学建模的方法，形成一套数学模型这样才需要引入数学建模的方法，形成一套数学模型这样才具有通用性具有通用性。风险评估方法的评价风险评估方法的评价二、井筒风险分析方法二、井筒风险分析方法 u类比法类比法u量纲分析法量纲分析法u差分法差分法u变分法变分法u图论法图论法u层次分析法层次分析法u数据拟合法数据拟合法u回归分析法回归分析法u数学规划法数学规划法有哪些数学建模方法有哪些数学建模方法?u机理分析法机理分析法u排队方法排队方法u对策方法对策方法u决策方法决策方法u模糊评判方法模糊评判方法u时间序列方法时间序列方法u灰色理论方法灰色理论方法二、井筒风险
22、分析方法二、井筒风险分析方法n钻井特别是井筒内钻进是一个系统工程，而且层次性钻井特别是井筒内钻进是一个系统工程，而且层次性很强（钻进、起下钻等均包含多个工序），同时不确很强（钻进、起下钻等均包含多个工序），同时不确定性又较多（包括地层压力异常、地层温度异常），定性又较多（包括地层压力异常、地层温度异常），而大多数数模方法并不适合一个不确定性较强的系统而大多数数模方法并不适合一个不确定性较强的系统n因此适合井筒分析评估的建模方法就只剩下层次分析因此适合井筒分析评估的建模方法就只剩下层次分析法、模糊分析法、灰色系统分析法法、模糊分析法、灰色系统分析法哪些方法适用于井筒风险评估哪些方法适用于井筒风险
23、评估?二、井筒风险分析方法二、井筒风险分析方法层次分析法层次分析法 1）建立层次结构模型。分为目标层，准则层和方案层）建立层次结构模型。分为目标层，准则层和方案层。2）构造成对比矩阵）构造成对比矩阵3）计算权向量并做一致性检验）计算权向量并做一致性检验4）计算组合权向量并做组合一致性检验）计算组合权向量并做组合一致性检验层次分析法是一种定性和定量相结合的、系统化的、层层次分析法是一种定性和定量相结合的、系统化的、层次化的分析方法。次化的分析方法。基本步骤分为基本步骤分为二、井筒风险分析方法二、井筒风险分析方法模糊综合评价法模糊综合评价法 其基本思想是：在确定评价因素、因子的评价等级和权其基本思
24、想是：在确定评价因素、因子的评价等级和权值的基础上，运用模糊集合变换原理，以隶属度描述个值的基础上，运用模糊集合变换原理，以隶属度描述个因素、因子的模糊界线，构造模糊矩阵，通过多层的复因素、因子的模糊界线，构造模糊矩阵，通过多层的复合运算，最终确定评价对象所属等级。合运算，最终确定评价对象所属等级。灰色系统方法灰色系统方法 灰色系统理论主要研究的就是灰色系统理论主要研究的就是“外延明确，内涵不明确外延明确，内涵不明确”的的“小样本，贫信息小样本，贫信息”问题。问题。具体计算步骤如下：具体计算步骤如下：（1）确定反映系统行为特征的参考数列和影响系统行）确定反映系统行为特征的参考数列和影响系统行为
25、的比较数列为的比较数列（2）对参考数列和比较数列进行无量纲化处理）对参考数列和比较数列进行无量纲化处理（3）求参考数列与比较数列的灰色关联系数）求参考数列与比较数列的灰色关联系数（4）求关联度）求关联度（5）排关联序）排关联序 二、井筒风险分析方法二、井筒风险分析方法 n层次分析法层次分析法n优点优点 1.系统性的分析方法；系统性的分析方法；2.简洁实用；简洁实用；3.所需定量数据信息较少所需定量数据信息较少；4.可靠度较高，误差小可靠度较高，误差小n缺点：缺点：1.不能为决策提供新方案；不能为决策提供新方案；2.定量数据较少定性成分多不易令人信定量数据较少定性成分多不易令人信服；服；3.指标
26、过多时数据统计量大且权重难以确定指标过多时数据统计量大且权重难以确定；4.特征值和特征向量的特征值和特征向量的精确求法比较复杂精确求法比较复杂 n模糊综合评价方法模糊综合评价方法n优点：优点：1.能对蕴藏信息呈现模糊性的资料作出比较科学，合理、贴近实际能对蕴藏信息呈现模糊性的资料作出比较科学，合理、贴近实际的量化评价；的量化评价；2.评价结果是一个向量。评价结果是一个向量。n缺点：缺点：1.计算复杂，对指标权重向量的确定主观性较强；计算复杂，对指标权重向量的确定主观性较强；2.不能解决评价不能解决评价指标间相关造成的信息重复问题。指标间相关造成的信息重复问题。n灰色系统理论方法灰色系统理论方法
27、n优点：对数据要求较低且计算量小。优点：对数据要求较低且计算量小。n缺点：计算时对各样本采用平权处理客观性较差。缺点：计算时对各样本采用平权处理客观性较差。n通过三个方法的对比，考虑快速和井筒钻进特点，建议综合上述通过三个方法的对比，考虑快速和井筒钻进特点，建议综合上述考虑，优化后决定采用模糊层次综合分析法考虑，优化后决定采用模糊层次综合分析法二、井筒风险分析方法二、井筒风险分析方法数学建模方法的评价数学建模方法的评价目目 录录 一、概述一、概述 二、井筒风险分析方法二、井筒风险分析方法 三、井筒风险评价模型三、井筒风险评价模型 四、认识及建议四、认识及建议三、井筒风险评价模型三、井筒风险评价
28、模型1、建立风险因素指标体系、建立风险因素指标体系n将目标层井筒钻进风险将目标层井筒钻进风险A的相关风险因素分为的相关风险因素分为“钻具钻具风险风险B1”，“井壁稳定风险井壁稳定风险B2”，“井眼稳定风险井眼稳定风险B3”三大类三大类,组成准则层组成准则层B，同时选取了，同时选取了11个风险因素组个风险因素组成方案层成方案层C的层次关系，共同构成风险因素分析体的层次关系，共同构成风险因素分析体系。系。2、确定评价因素的权重、确定评价因素的权重n基于层次分析法，根据基于层次分析法，根据19数量标度建立各层次上数量标度建立各层次上的判断矩阵，在满足一致性检验的条件下，其最大的判断矩阵，在满足一致性
29、检验的条件下，其最大特征值所对应的特征向量就是该层元素相对于上一特征值所对应的特征向量就是该层元素相对于上一层元素的权重向量，权重集表示为层元素的权重向量，权重集表示为A=(a1,a2,am)。3、确定评价集和评价矩阵、确定评价集和评价矩阵n根据通常情况，将风险分为根据通常情况，将风险分为4级，评价集定义为级，评价集定义为V=很高，较高，一般，不高很高，较高，一般，不高=1，2，3，4，专家，专家评价是每个专家对各个风险因素的按照安全等级给评价是每个专家对各个风险因素的按照安全等级给予的评价值，评价矩阵定义为予的评价值，评价矩阵定义为P=P1，P2，Pn。其中。其中Pn代表第代表第n个专家对每
30、个因素的评价集合。个专家对每个因素的评价集合。4、构造模糊综合评判模型、构造模糊综合评判模型n对各个风险因素作出评价后，按层次和隶属度关系对各个风险因素作出评价后，按层次和隶属度关系由下往上逐级进行综合评判，低层次的多因素评价的由下往上逐级进行综合评判，低层次的多因素评价的综合形成了上一级对应的单因素评价，这样便构成了综合形成了上一级对应的单因素评价，这样便构成了二级综合评判体系。把模糊评判矩阵与因素的权重集二级综合评判体系。把模糊评判矩阵与因素的权重集进行模糊运算并进行归一化，得到钻井作业风险分析进行模糊运算并进行归一化，得到钻井作业风险分析的模糊综合评价结果。的模糊综合评价结果。三、井筒风险评价模型三、井筒风险评价模型
