摘要：為了有效存儲(chǔ)和合理利用川東北地區(qū)已鉆井的事故數(shù)據(jù)，提高鉆井事故數(shù)據(jù)管理的效率，設(shè)計(jì)開發(fā)了鉆井事故數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。以Microsoft Access為關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理工具，Visual Basic為用戶訪問端的開發(fā)工具，利用SQL實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明：利用該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可方便快捷地對(duì)鉆井事故進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、查詢、統(tǒng)計(jì)與分析，為鉆井事故原因分析、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以及事故預(yù)防提供數(shù)據(jù)支持。以川東北地區(qū)鉆井事故為對(duì)象開發(fā)的鉆井事故數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，加快了鉆井事故科學(xué)化、數(shù)字化管理的進(jìn)程，是鉆井信息化的重要補(bǔ)充。

關(guān)鍵詞：四川；東北；含硫氣井；鉆井事故；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)；事故統(tǒng)計(jì)

    川東北地區(qū)天然氣資源十分豐富，作為“川氣東送”的源頭，已成為我國(guó)重要的戰(zhàn)略能源接替區(qū)。該地區(qū)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(shù)區(qū)塊高含硫化氫(含硫大于15%)鉆井過程中井下事故頻繁發(fā)生。該地區(qū)地質(zhì)情況異常復(fù)雜，陸相與海相沉積共存，地層破碎嚴(yán)重、縱向壓力層系多，導(dǎo)致鉆井事故的原因錯(cuò)綜復(fù)雜^[1]。這樣僅僅依靠老式的統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)該地區(qū)鉆井事故發(fā)生的原因和規(guī)律進(jìn)行分析是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展，以其存儲(chǔ)容量大、運(yùn)算速度快的特點(diǎn)，為該地區(qū)鉆井事故的分析提供了一種簡(jiǎn)便、快捷的手段^[2]。把現(xiàn)場(chǎng)收集的大批數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù)庫文件的組織方式儲(chǔ)存到磁盤里，并通過一個(gè)專門的管理程序來完成數(shù)據(jù)的分類、檢索、增加、刪除、修改、合并以及輸出各類報(bào)表等。這個(gè)管理程序就是一個(gè)較為復(fù)雜的軟件系統(tǒng)即含硫氣井鉆井事故數(shù)據(jù)庫分析系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)收錄了川東北地區(qū)鉆完井過程中發(fā)生的事故，最大限度地實(shí)現(xiàn)資源共享，盡可能避免因鉆井經(jīng)驗(yàn)不足引起的鉆井事故。鉆井事故數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有較為強(qiáng)大的查詢和統(tǒng)計(jì)功能，使得事故的管理實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、自動(dòng)化，也為科研人員對(duì)事故進(jìn)行綜合分析提供了方便，提高了科研工作效率^[3～4]。

    數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是整個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基礎(chǔ)^[5]，我國(guó)2005年7月頒布了“石油工業(yè)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)規(guī)范”對(duì)石油行業(yè)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的一般流程進(jìn)行了詳細(xì)的說明。結(jié)合我國(guó)天然氣氣井鉆井施工的特點(diǎn)，進(jìn)行了如下設(shè)計(jì)：

1) 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)。鉆井事故數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是一個(gè)以鉆井事故為主要研究對(duì)象，以提高鉆井事故數(shù)據(jù)管理效率為主要目的設(shè)計(jì)活動(dòng)。針對(duì)川東北地區(qū)鉆井事故數(shù)據(jù)量大、事故影響因素涉及范圍廣、數(shù)據(jù)間關(guān)聯(lián)度大、冗余度高的特點(diǎn)，采用了分層設(shè)計(jì)的方法。從總體上對(duì)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)進(jìn)行規(guī)劃，其設(shè)計(jì)過程主要包括數(shù)學(xué)模型的建立和物理設(shè)計(jì)兩個(gè)方面(圖1)。

 

    2) 完整性、可靠性設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的完整性和可靠性是指數(shù)據(jù)的正確性和兼容性。設(shè)計(jì)了完整的數(shù)據(jù)規(guī)則，保證數(shù)據(jù)存取的正確性以及查詢、修改的可靠性，避免非法操作產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果。數(shù)據(jù)完整性規(guī)則通過索引、查詢觸發(fā)器控制來實(shí)現(xiàn)。

    3) 安全性設(shè)計(jì)。主要考慮兩個(gè)方面：①數(shù)據(jù)的安全性，防止數(shù)據(jù)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(shè)置用戶的訪問權(quán)限，以此來保證用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫訪問的合法性，即用戶通過對(duì)數(shù)據(jù)、程序讀出、寫入、修改、刪除和執(zhí)行等的管理，確保用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫的訪問是授權(quán)的，并拒絕非授權(quán)的訪問，以訪問控制作為對(duì)資源訪問處理的一部分；②數(shù)據(jù)庫的安全性，保證數(shù)據(jù)庫能夠從錯(cuò)誤的狀態(tài)通過數(shù)據(jù)庫日志恢復(fù)到以前的狀態(tài)。

    4) 數(shù)據(jù)庫功能設(shè)計(jì)如圖2所示。

 

    5) 開發(fā)程序與開發(fā)體系選擇。研發(fā)鉆井事故數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)時(shí)采用Microsoft Access數(shù)據(jù)庫管理軟件。在編程方面采用了現(xiàn)在較為大眾化使用的Visual basic編程軟件進(jìn)行軟件的二次開發(fā)。在數(shù)據(jù)庫開發(fā)過程中采用目前主流的VB+J2EE的開發(fā)體系?？朔藗鹘y(tǒng)的兩層C/S結(jié)構(gòu)難于維護(hù)、穩(wěn)定性極差、界面代碼和數(shù)據(jù)庫代碼混淆在一起、牽一動(dòng)百的缺點(diǎn)，新的多層結(jié)構(gòu)開發(fā)體系使得界面和數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，幾乎覆蓋了與鉆井工程有關(guān)的所有主要的工程信息，如鉆井地質(zhì)參數(shù)、鉆井工藝參數(shù)、鉆井液性能參數(shù)、井口設(shè)備參數(shù)等多種參數(shù)。其主要包括如下幾部分：①油氣田基本信息數(shù)據(jù)。②區(qū)塊信息數(shù)據(jù)，如構(gòu)造與地層特征。③單井基本信息，井型、井別、完鉆井深、構(gòu)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(fā)生、解除時(shí)間、損失時(shí)間、發(fā)生經(jīng)過、處理簡(jiǎn)況、原因分析、經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)等；b.事故地質(zhì)參數(shù)，與事故相關(guān)的參數(shù)(巖性、地應(yīng)力、地層傾角、地層壓力、孔隙度、滲透率等)；c.工藝技術(shù)參數(shù)，鉆井參數(shù)(鉆壓、轉(zhuǎn)速、泵壓、排量)、工藝參數(shù)(鉆頭、鉆桿和鉆鋌直徑等)以及井斜角、鉆時(shí)、D_C指數(shù)等；d.鉆井液性能參數(shù)，密度、黏度、API失水、濾餅、初終切力、終切力等參數(shù)；e.井口設(shè)備試壓參數(shù)，防噴器試壓、各種管匯、套管頭、四通等抗壓性能參數(shù)；⑤事故特征參數(shù)^[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(kuò)大率、鉆井液攜帶巖屑量變化情況等；d.卡鉆，卡鉆類型、卡點(diǎn)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(shù)。

    鉆井事故數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要有如下5大功能模塊：①數(shù)據(jù)管理：完整的數(shù)據(jù)錄入、編輯、刪除等操作。數(shù)據(jù)庫管理設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題是如何避免記錄重復(fù)添加、規(guī)范數(shù)據(jù)的輸入格式以及一定的容錯(cuò)性。a.避免記錄重復(fù)，新數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫內(nèi)原有記錄不能完全相同。若新輸入的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中已存在給出提示。b.數(shù)據(jù)庫格式規(guī)范化，數(shù)據(jù)庫對(duì)于所輸入的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過一定的后臺(tái)處理后，才能存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫文件中。為了保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的準(zhǔn)確性，該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對(duì)所輸入數(shù)據(jù)的格式進(jìn)行了規(guī)定。c.容錯(cuò)性，若對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)都進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)定，這無疑會(huì)引起數(shù)據(jù)錄入人員的反感，對(duì)數(shù)據(jù)錄入人員的技術(shù)水平也提出更高的要求，有些字段沒有必要進(jìn)行嚴(yán)格的格式限制。因此，充分利用Visual Basic內(nèi)部的字符轉(zhuǎn)化程序，有些字段沒有進(jìn)行格式限制，從而保證系統(tǒng)有一定的容錯(cuò)性。d.數(shù)據(jù)的完整性，在數(shù)據(jù)編輯過程中所要考慮的首要問題是數(shù)據(jù)庫采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，同一字段會(huì)在多個(gè)表中出現(xiàn)，在數(shù)據(jù)的修改、刪除操作時(shí)，須保證數(shù)據(jù)庫的整體完整性。②數(shù)據(jù)庫備份與恢復(fù)：對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)定期進(jìn)行數(shù)據(jù)備份，防止由于系統(tǒng)問題或誤操作造成的數(shù)據(jù)丟失。a.備份文件名稱命名規(guī)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(tǒng)恢復(fù)功能，當(dāng)數(shù)據(jù)庫內(nèi)部數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤或者誤操作引起數(shù)據(jù)丟失時(shí)，利用先前備份的數(shù)據(jù)庫文件，將數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到指定日期。③查詢功能：數(shù)據(jù)庫的查詢功能是數(shù)據(jù)庫的核心功能，該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)共設(shè)計(jì)有5種查詢。a.數(shù)據(jù)導(dǎo)航式查詢，將數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以樹形結(jié)構(gòu)進(jìn)行顯示，以方便使用者查詢。數(shù)據(jù)導(dǎo)航式查詢采用“油氣田→區(qū)塊→井→事故”四級(jí)導(dǎo)航模式數(shù)據(jù)庫。b.區(qū)塊井位查詢，輸入?yún)^(qū)塊/井名稱查詢井位，有信息則在窗體右邊區(qū)域顯示，若沒有信息則給出數(shù)據(jù)庫中無信息的提示，在顯示區(qū)域可提前設(shè)定顯示比例。c.井的基本信息查詢，多種條件下的復(fù)合檢索，最多支持3個(gè)查詢條件。根據(jù)查詢條件的邏輯關(guān)系，在“邏輯關(guān)系”列表框中選擇“并且、或者”。d.鄰井查詢，以井口坐標(biāo)為依據(jù)查詢鄰井，可以自定義查找半徑。e.事故查詢，事故地質(zhì)、鉆井工藝、鉆井液性能、井口設(shè)備以及事故特征參數(shù)查詢。④統(tǒng)計(jì)功能，利用標(biāo)準(zhǔn)SQL語句可以對(duì)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、求和等，然后利用Visual Basic中的Ms-chart控件實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的繪圖功能。⑤數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能：根據(jù)用戶需要將特定的信息從數(shù)據(jù)庫導(dǎo)出到word或者excel文本中。⑥自動(dòng)報(bào)表功能：根據(jù)數(shù)據(jù)庫所存數(shù)據(jù)，按照油氣田標(biāo)準(zhǔn)格式打印用戶指定信息。

    利用現(xiàn)場(chǎng)收集、文獻(xiàn)調(diào)研、報(bào)刊和情報(bào)調(diào)研的方式收集川東北地區(qū)68口井的資料和517起鉆井事故資料。把所搜集到的海量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)可識(shí)別的文件，以數(shù)據(jù)庫文件的形式存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。含硫氣井鉆井事故數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要有如下應(yīng)用：

    1) 指導(dǎo)鉆井工程設(shè)計(jì)。系統(tǒng)收錄了川東北地區(qū)90%以上已鉆井的井身結(jié)構(gòu)資料、部分地質(zhì)資料和復(fù)雜情況資料，為鉆井工程設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。①優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，查詢目前常用的井身結(jié)構(gòu)系列，通過分析對(duì)比目前井身結(jié)構(gòu)存在的不足，建立井身結(jié)構(gòu)與復(fù)雜地層的對(duì)應(yīng)關(guān)系，結(jié)合事故與復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和鄰井查詢結(jié)果，進(jìn)行井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)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(jìn)行相關(guān)配套鉆井技術(shù)的優(yōu)選優(yōu)配，最終制定井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案；②利用數(shù)據(jù)庫的查詢統(tǒng)計(jì)功能，對(duì)鄰井的地層壓力與井下復(fù)雜情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(表1)，為鉆井液性能優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

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

2) 調(diào)整鉆井參數(shù)避免事故發(fā)生?，F(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員可以根據(jù)具體情況，在鉆井設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)對(duì)鉆井參數(shù)進(jìn)行小范圍的調(diào)整，以達(dá)到提高鉆速、避免事故的目的，而技術(shù)人員對(duì)鉆井參數(shù)進(jìn)行調(diào)整的依據(jù)一是本身經(jīng)驗(yàn)；二是鄰井或工程狀況相似井的鉆井實(shí)踐。鄰井查詢功能可以為技術(shù)人員進(jìn)行鉆井參數(shù)優(yōu)化提供參考。

    3) 優(yōu)選事故處理方案。鉆井事故與復(fù)雜情況多種多樣，處理手段和措施也是千變?nèi)f化，其總體原則是：安全、快速、靈活、經(jīng)濟(jì)。該系統(tǒng)所存儲(chǔ)的鉆井事故信息可以為現(xiàn)場(chǎng)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(qū)處于勘探初期，各鉆井施工隊(duì)伍鉆井經(jīng)驗(yàn)也是參差不齊，一旦發(fā)生惡性事故往往引起慌亂，利用該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以幫助現(xiàn)場(chǎng)工程師及時(shí)獲得相關(guān)事故處理經(jīng)驗(yàn)，第一時(shí)間控制事故的進(jìn)一步惡化，為事故順利解除奠定基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)收錄了近幾年川東北地區(qū)發(fā)生的鉆井事故，事故類型幾乎涵蓋了該地區(qū)全部的鉆井復(fù)雜與事故類型。因此，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)事故處理具有一定的指導(dǎo)意義。②事故處理措施對(duì)比分析，數(shù)據(jù)庫中收錄的事故處理方法與效果參數(shù)可供現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員對(duì)事故處理措施進(jìn)行對(duì)比分析，優(yōu)選切合實(shí)際的、經(jīng)濟(jì)的、快速可行的事故處理方案。

    4) 為鉆井事故統(tǒng)計(jì)分析提供一種快捷的方式?？蒲芯咳藛T利用事故數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以方便、快捷地對(duì)事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，提高科研工作的效率。數(shù)據(jù)庫和人工統(tǒng)計(jì)效率對(duì)比見表2。計(jì)表明，數(shù)據(jù)庫技術(shù)可以方便、快速地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改、查詢、統(tǒng)計(jì)。其速度一般比人工統(tǒng)計(jì)方法快30～60倍，實(shí)現(xiàn)了鉆井事故科學(xué)化、數(shù)字化管理，大大提高了管理的效率。

項(xiàng)目	數(shù)據(jù)庫法	人工方法	兩者之比
存儲(chǔ)空間	5M	大約3G	1/600
備份時(shí)間	1min	30min	1/30
查詢速度	10～30s	＞10min	1/60
概率統(tǒng)計(jì)	15min	12h	1/48
原因統(tǒng)計(jì)	15min	7d	1/336

5) 為后續(xù)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作奠定了基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用證明，含硫氣井鉆井事故數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以方便地對(duì)鉆井事故進(jìn)行原因分析和失效統(tǒng)計(jì)，而事故原因分析和失效統(tǒng)計(jì)又是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的重要組成，部分，亦是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基礎(chǔ)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(fēng)險(xiǎn)概率和風(fēng)險(xiǎn)損失的定量模型存在相當(dāng)大的困難，計(jì)算分析很難模擬鉆井事故發(fā)展的整個(gè)歷程，因此利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對(duì)事故統(tǒng)計(jì)研究實(shí)際是風(fēng)險(xiǎn)損失研究中最為準(zhǔn)確的研究方法。

    1) 數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)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(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能和Visual Basic的可視化功能設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可以方便、快捷、實(shí)時(shí)地對(duì)鉆井信息進(jìn)行查詢和統(tǒng)計(jì)，為鉆井事故的原因分析、發(fā)生規(guī)律分析以及處理措施分析提供了一種簡(jiǎn)便、快捷的方法。

    2) 經(jīng)初步應(yīng)用證明，利用鉆井事故數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對(duì)鉆井事故類型、事故發(fā)生規(guī)律進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，有利于總結(jié)和歸納風(fēng)險(xiǎn)源，為鉆井工程優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考；正確識(shí)別鉆井過程中的潛在風(fēng)險(xiǎn)，為避免事故發(fā)生、制訂事故處理方案提供指導(dǎo)。

    3) 利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)對(duì)鉆井事故數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以使統(tǒng)計(jì)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(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作奠定了基礎(chǔ)。

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(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(guó)石油大學(xué) 華東；2.中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院)