摘要：为了有效存储和合理利用川东北地区已钻井的事故数据，提高钻井事故数据管理的效率，设计开发了钻井事故数据库系统。以Microsoft Access为关系数据库管理工具，Visual Basic为用户访问端的开发工具，利用SQL实现数据统计分析功能。现场试验证明：利用该数据库系统可方便快捷地对钻井事故进行采集、存储、查询、统计与分析，为钻井事故原因分析、风险评估以及事故预防提供数据支持。以川东北地区钻井事故为对象开发的钻井事故数据库系统，加快了钻井事故科学化、数字化管理的进程，是钻井信息化的重要补充。

关键词：四川；东北；含硫气井；钻井事故；数据库系统；事故统计

    川东北地区天然气资源十分丰富，作为“川气东送”的源头，已成为我国重要的战略能源接替区。该地区是以含天然气为主的碳酸盐岩油气藏，目的层埋藏深(一般在4000m以上)，且多数区块高含硫化氢(含硫大于15%)钻井过程中井下事故频繁发生。该地区地质情况异常复杂，陆相与海相沉积共存，地层破碎严重、纵向压力层系多，导致钻井事故的原因错综复杂^[1]。这样仅仅依靠老式的统计分析方法对该地区钻井事故发生的原因和规律进行分析是远远不够的。随着现代计算机数据库技术的发展，以其存储容量大、运算速度快的特点，为该地区钻井事故的分析提供了一种简便、快捷的手段^[2]。把现场收集的大批数据按数据库文件的组织方式储存到磁盘里，并通过一个专门的管理程序来完成数据的分类、检索、增加、删除、修改、合并以及输出各类报表等。这个管理程序就是一个较为复杂的软件系统即含硫气井钻井事故数据库分析系统。该数据库系统收录了川东北地区钻完井过程中发生的事故，最大限度地实现资源共享，尽可能避免因钻井经验不足引起的钻井事故。钻井事故数据库系统具有较为强大的查询和统计功能，使得事故的管理实现数字化、自动化，也为科研人员对事故进行综合分析提供了方便，提高了科研工作效率^[3～4]。

    数据库设计是整个数据库系统的基础^[5]，我国2005年7月颁布了“石油工业数据库设计规范”对石油行业数据库设计的一般流程进行了详细的说明。结合我国天然气气井钻井施工的特点，进行了如下设计：

1) 系统整体设计。钻井事故数据库设计是一个以钻井事故为主要研究对象，以提高钻井事故数据管理效率为主要目的设计活动。针对川东北地区钻井事故数据量大、事故影响因素涉及范围广、数据间关联度大、冗余度高的特点，采用了分层设计的方法。从总体上对数据库设计进行规划，其设计过程主要包括数学模型的建立和物理设计两个方面(图1)。

 

    2) 完整性、可靠性设计。数据库系统的完整性和可靠性是指数据的正确性和兼容性。设计了完整的数据规则，保证数据存取的正确性以及查询、修改的可靠性，避免非法操作产生错误的结果。数据完整性规则通过索引、查询触发器控制来实现。

    3) 安全性设计。主要考虑两个方面：①数据的安全性，防止数据库被不合法者(恶意破坏或非法存取)使用，解决办法是通过设置用户的访问权限，以此来保证用户对数据库访问的合法性，即用户通过对数据、程序读出、写入、修改、删除和执行等的管理，确保用户对数据库的访问是授权的，并拒绝非授权的访问，以访问控制作为对资源访问处理的一部分；②数据库的安全性，保证数据库能够从错误的状态通过数据库日志恢复到以前的状态。

    4) 数据库功能设计如图2所示。

 

    5) 开发程序与开发体系选择。研发钻井事故数据库系统时采用Microsoft Access数据库管理软件。在编程方面采用了现在较为大众化使用的Visual basic编程软件进行软件的二次开发。在数据库开发过程中采用目前主流的VB+J2EE的开发体系。克服了传统的两层C/S结构难于维护、稳定性极差、界面代码和数据库代码混淆在一起、牵一动百的缺点，新的多层结构开发体系使得界面和数据库完全分离，从而大大提高了编程的效率。

    含硫气井钻井事故数据库系统，几乎覆盖了与钻井工程有关的所有主要的工程信息，如钻井地质参数、钻井工艺参数、钻井液性能参数、井口设备参数等多种参数。其主要包括如下几部分：①油气田基本信息数据。②区块信息数据，如构造与地层特征。③单井基本信息，井型、井别、完钻井深、构造位置、地理位置、完钻层位、钻井周期、钻头程序、套管程序等。④事故情况：a.事故基本信息，发生、解除时间、损失时间、发生经过、处理简况、原因分析、经验教训等；b.事故地质参数，与事故相关的参数(岩性、地应力、地层倾角、地层压力、孔隙度、渗透率等)；c.工艺技术参数，钻井参数(钻压、转速、泵压、排量)、工艺参数(钻头、钻杆和钻铤直径等)以及井斜角、钻时、D_C指数等；d.钻井液性能参数，密度、黏度、API失水、滤饼、初终切力、终切力等参数；e.井口设备试压参数，防喷器试压、各种管汇、套管头、四通等抗压性能参数；⑤事故特征参数^[6]：a.井漏，平均漏失速度、最大漏失速度、漏失总量等；b.溢流，溢流速度、溢流总量、钻井液密度与黏度变化情况等；c.井塌，掉块情况、井径扩大率、钻井液携带岩屑量变化情况等；d.卡钻，卡钻类型、卡点深度、悬重变化、泵压变化等；e.钻具，泵压变化情况、悬重情况、钻具性能参数。

    钻井事故数据库系统主要有如下5大功能模块：①数据管理：完整的数据录入、编辑、删除等操作。数据库管理设计的关键问题是如何避免记录重复添加、规范数据的输入格式以及一定的容错性。a.避免记录重复，新数据与数据库内原有记录不能完全相同。若新输入的数据在数据库中已存在给出提示。b.数据库格式规范化，数据库对于所输入的数据必须经过一定的后台处理后，才能存储到数据库文件中。为了保证数据存储的准确性，该数据库系统对所输入数据的格式进行了规定。c.容错性，若对每一个数据项都进行严格的规定，这无疑会引起数据录入人员的反感，对数据录入人员的技术水平也提出更高的要求，有些字段没有必要进行严格的格式限制。因此，充分利用Visual Basic内部的字符转化程序，有些字段没有进行格式限制，从而保证系统有一定的容错性。d.数据的完整性，在数据编辑过程中所要考虑的首要问题是数据库采用关系型数据库，同一字段会在多个表中出现，在数据的修改、删除操作时，须保证数据库的整体完整性。②数据库备份与恢复：对现有的数据库内数据定期进行数据备份，防止由于系统问题或误操作造成的数据丢失。a.备份文件名称命名规则“database”+“备份的日期”(例如2008年5月29日备份的文件名：database20080529.mdb)。b.系统恢复功能，当数据库内部数据出现错误或者误操作引起数据丢失时，利用先前备份的数据库文件，将数据库恢复到指定日期。③查询功能：数据库的查询功能是数据库的核心功能，该数据库系统共设计有5种查询。a.数据导航式查询，将数据库系统所存储数据以树形结构进行显示，以方便使用者查询。数据导航式查询采用“油气田→区块→井→事故”四级导航模式数据库。b.区块井位查询，输入区块/井名称查询井位，有信息则在窗体右边区域显示，若没有信息则给出数据库中无信息的提示，在显示区域可提前设定显示比例。c.井的基本信息查询，多种条件下的复合检索，最多支持3个查询条件。根据查询条件的逻辑关系，在“逻辑关系”列表框中选择“并且、或者”。d.邻井查询，以井口坐标为依据查询邻井，可以自定义查找半径。e.事故查询，事故地质、钻井工艺、钻井液性能、井口设备以及事故特征参数查询。④统计功能，利用标准SQL语句可以对数据库中的数据进行统计、求和等，然后利用Visual Basic中的Ms-chart控件实现统计结果的绘图功能。⑤数据导出功能：根据用户需要将特定的信息从数据库导出到word或者excel文本中。⑥自动报表功能：根据数据库所存数据，按照油气田标准格式打印用户指定信息。

    利用现场收集、文献调研、报刊和情报调研的方式收集川东北地区68口井的资料和517起钻井事故资料。把所搜集到的海量数据转化成计算机可识别的文件，以数据库文件的形式存储于数据库系统。含硫气井钻井事故数据库系统主要有如下应用：

    1) 指导钻井工程设计。系统收录了川东北地区90%以上已钻井的井身结构资料、部分地质资料和复杂情况资料，为钻井工程设计提供了依据。①优化井身结构设计，查询目前常用的井身结构系列，通过分析对比目前井身结构存在的不足，建立井身结构与复杂地层的对应关系，结合事故与复杂的统计数据和邻井查询结果，进行井身结构优化设计和有关设计参数的确定；选择合理的套管与钻头系列、套管层次、尺寸及下深等，并进行相关配套钻井技术的优选优配，最终制定井身结构优化设计方案；②利用数据库的查询统计功能，对邻井的地层压力与井下复杂情况进行统计分析(表1)，为钻井液性能优化设计提供参考。

井号	层位	井深(m)	地层压力(MPa)	压力系数	备注
毛坝1	飞仙关组	4324～4352	82.16	1.80	H2S
毛坝2	飞仙关组	4127～4145	61.10	1.51	H2S
毛坝1	长兴组	4609～4630	68.90	1.52	H2S
	飞仙关组	4340～4420	66.50	1.55
	长兴组	4340～4379	66.10	1.55
普光1	飞仙关组	5610～5666	61.20	1.18	H2S
普光	飞仙关组	5027～5102	55.70	1.12
	长兴组	5237～5281	56.50	1.10
普光4	飞仙关组	5759～5791	56.80	1.00

2) 调整钻井参数避免事故发生。现场技术人员可以根据具体情况，在钻井设计要求范围内对钻井参数进行小范围的调整，以达到提高钻速、避免事故的目的，而技术人员对钻井参数进行调整的依据一是本身经验；二是邻井或工程状况相似井的钻井实践。邻井查询功能可以为技术人员进行钻井参数优化提供参考。

    3) 优选事故处理方案。钻井事故与复杂情况多种多样，处理手段和措施也是千变万化，其总体原则是：安全、快速、灵活、经济。该系统所存储的钻井事故信息可以为现场施工人员合理地制订处理措施提供参考。①事故处理措施。川东北地区处于勘探初期，各钻井施工队伍钻井经验也是参差不齐，一旦发生恶性事故往往引起慌乱，利用该数据库系统可以帮助现场工程师及时获得相关事故处理经验，第一时间控制事故的进一步恶化，为事故顺利解除奠定基础。数据库系统收录了近几年川东北地区发生的钻井事故，事故类型几乎涵盖了该地区全部的钻井复杂与事故类型。因此，对现场事故处理具有一定的指导意义。②事故处理措施对比分析，数据库中收录的事故处理方法与效果参数可供现场技术人员对事故处理措施进行对比分析，优选切合实际的、经济的、快速可行的事故处理方案。

    4) 为钻井事故统计分析提供一种快捷的方式。科研究人员利用事故数据库系统可以方便、快捷地对事故进行统计，提高科研工作的效率。数据库和人工统计效率对比见表2。计表明，数据库技术可以方便、快速地对数据进行修改、查询、统计。其速度一般比人工统计方法快30～60倍，实现了钻井事故科学化、数字化管理，大大提高了管理的效率。

项目	数据库法	人工方法	两者之比
存储空间	5M	大约3G	1/600
备份时间	1min	30min	1/30
查询速度	10～30s	＞10min	1/60
概率统计	15min	12h	1/48
原因统计	15min	7d	1/336

5) 为后续的风险评估工作奠定了基础。数据库的应用证明，含硫气井钻井事故数据库系统可以方便地对钻井事故进行原因分析和失效统计，而事故原因分析和失效统计又是风险评估的重要组成，部分，亦是风险评估的基础性工作。在目前阶段，受到各种不确定性的影响，通过理论研究建立钻井事故风险概率和风险损失的定量模型存在相当大的困难，计算分析很难模拟钻井事故发展的整个历程，因此利用数据库系统对事故统计研究实际是风险损失研究中最为准确的研究方法。

    1) 数据库技术的发展为钻井事故信息的管理提供了一种新的手段，利用Microsoft Access较为强大的数据存储功能和Visual Basic的可视化功能设计的数据库系统，可以方便、快捷、实时地对钻井信息进行查询和统计，为钻井事故的原因分析、发生规律分析以及处理措施分析提供了一种简便、快捷的方法。

    2) 经初步应用证明，利用钻井事故数据库系统对钻井事故类型、事故发生规律进行统计，有利于总结和归纳风险源，为钻井工程优化设计提供参考；正确识别钻井过程中的潜在风险，为避免事故发生、制订事故处理方案提供指导。

    3) 利用数据库技术对钻井事故数据进行统计，可以使统计效率提高30倍以上，大大提高科研工作者的科研效率，也为后期的钻井风险评估工作奠定了基础。

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[2] 马善洲，程远方，董国卿，等.钻井液数据库软件系统的开发与应用[J].钻井液与完井液，2003，20(4)：49-51.

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[5] 邓大庆，何冠军，陈继东，等.油藏经营管理数据库建设和应用[J].西南石油学院学报，2002，24(1)：21-23.

[6] 蒋希文.钻井事故与复杂问题[M].北京：石油工业出版社，2006.

 

(本文作者：王瑞和¹ 臧艳彬¹ 张锐¹ 徐鸿志^1，2 韩嘉航¹ 1.中国石油大学 华东；2.中国石油集团工程技术研究院)