摘要：為了有效存儲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實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能?，F(xiàn)場試驗證明：利用該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可方便快捷地對鉆井事故進行采集、存儲、查詢、統(tǒng)計與分析，為鉆井事故原因分析、風險評估以及事故預(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化、數(shù)字化管理的進程，是鉆井信息化的重要補充。

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

    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，地層破碎嚴重、縱向壓力層系多，導(dǎo)致鉆井事故的原因錯綜復(fù)雜^[1]。這樣僅僅依靠老式的統(tǒng)計分析方法對該地區(qū)鉆井事故發(fā)生的原因和規(guī)律進行分析是遠遠不夠的。隨著現(xiàn)代計算機數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展，以其存儲容量大、運算速度快的特點，為該地區(qū)鉆井事故的分析提供了一種簡便、快捷的手段^[2]。把現(xiàn)場收集的大批數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(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，最大限度地實現(xiàn)資源共享，盡可能避免因鉆井經(jīng)驗不足引起的鉆井事故。鉆井事故數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有較為強大的查詢和統(tǒng)計功能，使得事故的管理實現(xiàn)數(shù)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(shù)據(jù)庫設(shè)計是整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基礎(chǔ)^[5]，我國2005年7月頒布了“石油工業(yè)數(shù)據(jù)庫設(shè)計規(guī)范”對石油行業(yè)數(shù)據(jù)庫設(shè)計的一般流程進行了詳細的說明。結(jié)合我國天然氣氣井鉆井施工的特點，進行了如下設(shè)計：

1) 系統(tǒng)整體設(shè)計。鉆井事故數(shù)據(jù)庫設(shè)計是一個以鉆井事故為主要研究對象，以提高鉆井事故數(shù)據(jù)管理效率為主要目的設(shè)計活動。針對川東北地區(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，采用了分層設(shè)計的方法。從總體上對數(shù)據(jù)庫設(shè)計進行規(guī)劃，其設(shè)計過程主要包括數(shù)學模型的建立和物理設(shè)計兩個方面(圖1)。

 

    2) 完整性、可靠性設(shè)計。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)器控制來實現(xiàn)。

    3) 安全性設(shè)計。主要考慮兩個方面：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，以此來保證用戶對數(shù)據(jù)庫訪問的合法性，即用戶通過對數(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、穩(wěn)定性極差、界面代碼和數(shù)據(jù)庫代碼混淆在一起、牽一動百的缺點，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、解除時間、損失時間、發(fā)生經(jīng)過、處理簡況、原因分析、經(jīng)驗教訓等；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、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(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)庫對于所輸入的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過一定的后臺處理后，才能存儲到數(shù)據(jù)庫文件中。為了保證數(shù)據(jù)存儲的準確性，該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對所輸入數(shù)據(jù)的格式進行了規(guī)定。c.容錯性，若對每一個數(shù)據(jù)項都進行嚴格的規(guī)定，這無疑會引起數(shù)據(jù)錄入人員的反感，對數(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行嚴格的格式限制。因此，充分利用Visual Basic內(nèi)部的字符轉(zhuǎn)化程序，有些字段沒有進行格式限制，從而保證系統(tǒng)有一定的容錯性。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，同一字段會在多個表中出現(xiàn)，在數(shù)據(jù)的修改、刪除操作時，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)：對現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)定期進行數(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，當數(shù)據(jù)庫內(nèi)部數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤或者誤操作引起數(shù)據(jù)丟失時，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)所存儲數(shù)據(jù)以樹形結(jié)構(gòu)進行顯示，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)計功能，利用標準SQL語句可以對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、求和等，然后利用Visual Basic中的Ms-chart控件實現(xiàn)統(tǒng)計結(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自動報表功能：根據(jù)數(shù)據(jù)庫所存數(shù)據(jù)，按照油氣田標準格式打印用戶指定信息。

    利用現(xiàn)場收集、文獻調(diào)研、報刊和情報調(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)化成計算機可識別的文件，以數(shù)據(jù)庫文件的形式存儲于數(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。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)計提供了依據(jù)。①優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)設(shè)計，查詢目前常用的井身結(jié)構(gòu)系列，通過分析對比目前井身結(jié)構(gòu)存在的不足，建立井身結(jié)構(gòu)與復(fù)雜地層的對應(yīng)關(guān)系，結(jié)合事故與復(fù)雜的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和鄰井查詢結(jié)果，進行井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和有關(guān)設(shè)計參數(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)計方案；②利用數(shù)據(jù)庫的查詢統(tǒng)計功能，對鄰井的地層壓力與井下復(fù)雜情況進行統(tǒng)計分析(表1)，為鉆井液性能優(yōu)化設(shè)計提供參考。

井號	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	長興組	4609～4630	68.90	1.52	H2S
	飛仙關(guān)組	4340～4420	66.50	1.55
	長興組	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)場技術(shù)人員可以根據(jù)具體情況，在鉆井設(shè)計要求范圍內(nèi)對鉆井參數(shù)進行小范圍的調(diào)整，以達到提高鉆速、避免事故的目的，而技術(shù)人員對鉆井參數(shù)進行調(diào)整的依據(jù)一是本身經(jīng)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(shù)人員進行鉆井參數(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。該系統(tǒng)所存儲的鉆井事故信息可以為現(xiàn)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(qū)處于勘探初期，各鉆井施工隊伍鉆井經(jīng)驗也是參差不齊，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)場工程師及時獲得相關(guān)事故處理經(jīng)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(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，對現(xiàn)場事故處理具有一定的指導(dǎo)意義。②事故處理措施對比分析，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)場技術(shù)人員對事故處理措施進行對比分析，優(yōu)選切合實際的、經(jīng)濟的、快速可行的事故處理方案。

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

項目	數(shù)據(jù)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(tǒng)計	15min	12h	1/48
原因統(tǒng)計	15min	7d	1/336

5) 為后續(xù)的風險評估工作奠定了基礎(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)可以方便地對鉆井事故進行原因分析和失效統(tǒng)計，而事故原因分析和失效統(tǒng)計又是風險評估的重要組成，部分，亦是風險評估的基礎(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(fā)展的整個歷程，因此利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對事故統(tǒng)計研究實際是風險損失研究中最為準確的研究方法。

    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較為強大的數(shù)據(jù)存儲功能和Visual Basic的可視化功能設(shè)計的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可以方便、快捷、實時地對鉆井信息進行查詢和統(tǒng)計，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)對鉆井事故類型、事故發(fā)生規(guī)律進行統(tǒng)計，有利于總結(jié)和歸納風險源，為鉆井工程優(yōu)化設(shè)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(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)對鉆井事故數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，可以使統(tǒng)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(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.中國石油大學 華東；2.中國石油集團工程技術(shù)研究院)