依據(jù).

 

  理論上,如果把簡(jiǎn)單向復(fù)雜的變化程度作為縱軸,把無(wú)組織向有組織的排列次序作為橫軸,那么在這個(gè)坐標(biāo)系上共出現(xiàn)4類不同性質(zhì)的技術(shù)系統(tǒng),即:

 

  有組織復(fù)雜系統(tǒng)(Ⅰ)、無(wú)組織復(fù)雜系統(tǒng)(Ⅱ)、無(wú)組織簡(jiǎn)單系統(tǒng)(Ⅲ)、有組織簡(jiǎn)單系統(tǒng)(Ⅳ),其發(fā)展過程成熟的遞次關(guān)系是:Ⅲ-Ⅳ-Ⅰ-Ⅱ。

 

  統(tǒng)計(jì)表明,深探井鉆井絕大部分是復(fù)雜系統(tǒng)工程,而且其高投資性、高技術(shù)性、高風(fēng)險(xiǎn)性等因素決定了深井是有組織的巨型系統(tǒng)工程,深探井是復(fù)雜性巨系統(tǒng)工程。

 

  目前學(xué)術(shù)界對(duì)深探井鉆井技術(shù)系統(tǒng)概念的理解也有分歧,一般認(rèn)為深探井鉆井技術(shù)系統(tǒng)問題有待進(jìn)一步探討。周煜輝[8]認(rèn)為,其歸類肯定不屬/簡(jiǎn)單系統(tǒng)0和/開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)0,只能是/簡(jiǎn)單巨系統(tǒng)0或/復(fù)雜性自組織自適應(yīng)(跟蹤)系統(tǒng)0。

 

  筆者認(rèn)為,沒有充足的理論依據(jù)和全面的技術(shù)支撐,就沒有必要回避深井鉆井系統(tǒng)工程的復(fù)雜性,3 何金南:深井鉆井技術(shù)問題及其系統(tǒng)分析應(yīng)允許進(jìn)行破缺性思考和潛科學(xué)研究,也可用簡(jiǎn)單巨系統(tǒng)熵值來判別其復(fù)雜性程度。換言之,在國(guó)內(nèi)國(guó)情下把深探井特別是復(fù)雜構(gòu)造帶深探井作為/復(fù)雜性巨系統(tǒng)工程0看待是合適的,不必拘泥于其系統(tǒng)工程管理與決策的可控性與可操作性,隨著科技進(jìn)步,復(fù)雜的三維設(shè)計(jì)已經(jīng)用簡(jiǎn)單的二維設(shè)計(jì)所替代且效果更好。鑒于目前國(guó)內(nèi)關(guān)于開放的復(fù)雜性巨系統(tǒng)工程研究與應(yīng)用均取得突破性進(jìn)展,很多復(fù)雜的結(jié)性現(xiàn)象都化解為簡(jiǎn)單的線性現(xiàn)象,因此,開展深井復(fù)雜性巨系統(tǒng)工程研究與應(yīng)用就更有現(xiàn)實(shí)意義。

 

  方法.

 

  系統(tǒng)分析與系統(tǒng)綜合相結(jié)合,采用從定性到定量綜合集成工程方法(由錢學(xué)森于20世紀(jì)80年代末期提出)。

 

  結(jié)果與討論.

 

  深井鉆井技術(shù)復(fù)雜性,按照系統(tǒng)科學(xué)和復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論的觀點(diǎn),其研究對(duì)象包括/六個(gè)非0,即:

 

  (1)非單一性,如鉆井目標(biāo)、因素性質(zhì)、學(xué)科歸屬等不是單一的; (2)非有序性,如不規(guī)則性、非連續(xù)性、不穩(wěn)定性、非均質(zhì)性、非線性等,在鉆進(jìn)地層、巖石、鉆頭、鉆井液、井眼、水泥環(huán)及鉆速和成本等方面均有體現(xiàn),在客觀上決定了應(yīng)用分形幾何學(xué)、混沌學(xué)、非線性回歸分析、耗散結(jié)構(gòu)分析、專家系統(tǒng)分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析及平均設(shè)計(jì)法和辨證思維等高新技術(shù)的可行性; (3)非透明性,如通用黑箱或灰箱理論及模糊理論,或由于地層不確定性及測(cè)量因素很難實(shí)現(xiàn)井下閉環(huán)控制和地面直視; (4)非確切性,如風(fēng)險(xiǎn)性、偶然性、隨機(jī)性; (5)非定量性,如地層性質(zhì)和鉆頭類型等; (6)非理性,如斷鉆具側(cè)鉆、中途停待、任意加深及套管層次高度簡(jiǎn)化等。這些復(fù)雜性研究對(duì)象中,起決定作用的是鉆遇地層的復(fù)雜性,起首要能動(dòng)作用的是鉆頭或鉆具組合的復(fù)雜性。至于高溫、高壓、高密度、高礦化度、高H2S濃度和井噴、井塌、井漏、卡鉆、鉆具磨損等,都是圍繞著鉆頭與地層這對(duì)復(fù)雜性矛盾產(chǎn)生的復(fù)雜情況或事故。而處理事故和復(fù)雜情況,就是使失穩(wěn)的鉆井系統(tǒng)恢復(fù)運(yùn)行的穩(wěn)定性,這在深井中比在其他井中更難控制。用系統(tǒng)工程技術(shù)思想看深井鉆井控制,可以把井內(nèi)壓力控制、井眼軌跡控制、井眼穩(wěn)定控制合到一起,而且鉆井的每一工序都可看成井下控制問題。嚴(yán)格地說,井內(nèi)壓力控制與井眼穩(wěn)定控制,都屬于壓力控制范疇,只不過前者是控制地層孔隙壓力(主要針對(duì)液體),而后者是控制地層坍塌壓力及破裂壓力(主要針對(duì)巖體或固體)。于是問題的癥結(jié)找到了,是選擇2種低層次的線性控制,還是選擇一種高層次的非線性控制?按整體涌現(xiàn)性觀點(diǎn),如采用更高層次的非線性控制,則可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性處理的突破。

 

  非線性復(fù)雜性處理的突破意義,就是要求深井鉆井工程技術(shù)及管理人員認(rèn)真學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)和成功經(jīng)驗(yàn),同時(shí)不放過任何失敗教訓(xùn);從成千個(gè)點(diǎn)子中,通過復(fù)雜性思考與學(xué)習(xí),選擇出一項(xiàng)成功技術(shù)。

 

  深井鉆井技術(shù)先進(jìn)性與深井鉆井系統(tǒng)工程復(fù)雜性相伴而生。鑒于深井鉆井系統(tǒng)的對(duì)象是不確定度較高的多套地層,技術(shù)先進(jìn)性主要體現(xiàn)在系統(tǒng)個(gè)體或子系統(tǒng)對(duì)人)機(jī)結(jié)合與融合的要求上,故研究與實(shí)踐中,常對(duì)技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行綜合性集成和總體性設(shè)計(jì)。

 

  實(shí)例.

 

  以深井復(fù)合鹽膏層鉆探為例,說明深井鉆井技術(shù)問題的復(fù)雜性[10~17]。

 

  鹽膏層鉆井完井復(fù)雜情況及井下事故形態(tài)可以用/溶、縮、塌、脹、漏、卡、噴、損08個(gè)字來描述。從起因看,可歸結(jié)為6個(gè)方面: (1)巖鹽層的塑性變形和蠕變流動(dòng)問題; (2)鹽膏層中所含石膏層和鈣芒硝的膨脹問題; (3)鉆穿鹽膏層特別是復(fù)合鹽膏層時(shí),鹽的溶解、易坍塌; (4)大段巖鹽下部泥頁(yè)巖引起的復(fù)雜問題; (5)鹽膏層覆蓋下的異常壓力帶問題; (6)過飽和鉆井液返回上部井段溫度降低、壓力下降引起重結(jié)晶卡鉆問題。

 

  鹽膏層鉆探問題的復(fù)雜性遠(yuǎn)不止以上的單獨(dú)表現(xiàn)。許多深井未鉆到目的層都提前完鉆或鉆穿鹽膏層后事故完鉆和套管報(bào)廢,都是上述表現(xiàn)綜合作用的結(jié)果。勝利油田尋找東營(yíng)凹陷中央隆起帶鹽下深層油氣藏, 1976 -1983年共鉆探過12口井,大多未鉆達(dá)預(yù)期目的層而提前完鉆或事故終井;至1995年耗巨資鉆成井深5807. 81 m的郝科l井,雖鉆穿巨厚鹽膏層,在技術(shù)上取得重大突破,但要深入研究和探討的問題很多。在美國(guó)墨西哥灣鉆探鹽下油氣藏,也是45年沒有大的進(jìn)展,直到20世紀(jì)80年代應(yīng)用三維地震技術(shù)和先進(jìn)鉆探技術(shù)后才有所突破。

 

  用全面質(zhì)量管理(TQC)方法)因果圖來分析鹽膏層鉆探復(fù)雜性的綜合作用可知,其根本因素還是鹽膏層本身,其次是相關(guān)地層、工程措施、工具設(shè)備條件和管理因素等。

 

  另外,鹽膏層鉆探問題復(fù)雜性及其對(duì)技術(shù)的要求還表現(xiàn)在以下2個(gè)方面。

 

  (1)上噴下漏(噴漏同層)。塔里木盆地克參14石油鉆采工藝 2005年10月(第27卷)第5期 井。因在同一裸眼段中出現(xiàn)3套壓力系統(tǒng),鉆井中井漏、井涌時(shí)有發(fā)生。在上、下2個(gè)壓力較低的地層,鉆井中共漏失15次,漏失鉆井液近1200m3。多次堵漏效果都不好,最后采用凝膠堵漏鉆井液增強(qiáng)橋塞強(qiáng)度,同時(shí)采用間隙擠壓和候凝擠壓法注漿,在循環(huán)當(dāng)量密度2. 06 g /cm3的情況下壓穩(wěn)水層堵漏成功。接著用密度1. 92 g /cm3的鉆井液恢復(fù)鉆進(jìn)。

 

  (2)上漏下噴(噴漏不同層,漏層很多均在噴層上部)。塔里木盆地民參1井進(jìn)行8次大型堵漏、壓井作業(yè)。最后采用邊出水邊堵漏邊鉆進(jìn)的方法強(qiáng)行鉆進(jìn)19 m鉆穿水層,下入套管,提前完鉆。

 

  由此可見,要解決鉆探鹽膏層復(fù)雜問題絕非易事,而要防止完鉆后套管變形或擠毀也是很大的難題。因此,在鹽膏層中鉆井完井是一個(gè)包括地質(zhì)、物探、鉆井、采油、測(cè)井、化探等工程因素在內(nèi)的高度復(fù)雜的系統(tǒng)工程。