??? 摘要：針對(duì)井噴事故從量變到質(zhì)變整個(gè)過程的特征，首次運(yùn)用安全流變一突變理論，分析了油氣井從溢流到發(fā)生井噴整個(gè)過程的規(guī)律，描述了井噴事故中安全流變的特點(diǎn)及其影響因素。運(yùn)用安全流變一突變的物理模型和數(shù)學(xué)模型，對(duì)井噴事故流變一突變過程進(jìn)行了分析。最終將井噴事故劃分為3大階段：損傷減速增加階段、損傷等速增加階段和損傷加速增加階段，具體歸納為6個(gè)小的階段：溢流潛伏階段、溢流階段、井涌階段、井噴階段、后效階段和過渡階段，從而揭示了井噴事故發(fā)生的實(shí)質(zhì)。研究結(jié)果表明：控制井噴事故發(fā)生的關(guān)鍵就是要將其控制在流變階段(井噴階段之前)，最多不能超過突變的警戒點(diǎn)(井涌與井噴的交界點(diǎn))。因此，通過加強(qiáng)安全管理并采取安全技術(shù)措施，應(yīng)使安全流變階段盡量延長，以防止其向突變的方向發(fā)展。

??? 關(guān)鍵詞：井噴；流變；突變理論；模型；地層流體；安全；損傷；事故

??? 油氣田鉆采現(xiàn)場的實(shí)際資料表明，在鉆進(jìn)過程、起下鉆過程、測井過程、完井過程、試油過程、射孔作業(yè)、酸化作業(yè)、測試過程、修井過程及正常的采油過程中都可能發(fā)生井噴。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，約有87%為鉆進(jìn)過程中發(fā)生的井噴，13%為其他狀態(tài)下發(fā)生的井噴^[1]。

??? 井噴事故是由多種綜合性因素共同作用而引發(fā)的，其中主要原因有：地層壓力監(jiān)測不準(zhǔn)確、鉆井液密度過低、鉆井液密度因地層流體的進(jìn)入而下降、井漏導(dǎo)致井筒中鉆井液液柱下降、起鉆具時(shí)所產(chǎn)生的抽吸壓力誘發(fā)井噴等。但其根本原因就是井內(nèi)液柱壓力小于地層液體壓力，最終導(dǎo)致井內(nèi)壓力失衡而產(chǎn)生井噴^[2]。筆者運(yùn)用中國礦業(yè)大學(xué)何學(xué)秋教授的安全流變-突變理論來分析井噴發(fā)生的規(guī)律。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，及時(shí)采取必要的預(yù)防措施可以有效地控制井噴事故的發(fā)生與蔓延，這對(duì)于保護(hù)油氣資源和人民生命財(cái)產(chǎn)安全有著重要的意義。

??? 任何事物的存在與發(fā)展都是安全與危險(xiǎn)相互交替的復(fù)雜多變的過程，危險(xiǎn)會(huì)伴隨著事物的產(chǎn)生、發(fā)展和消亡的整個(gè)過程。事物的安全與危險(xiǎn)兩者之間的矛盾交替變化受事物內(nèi)因和外因的共同影響，在一定的條件下內(nèi)外因可以相互轉(zhuǎn)化，共同對(duì)事物的安全起到?jīng)Q定性的作用。外部危險(xiǎn)因子決定事物“安全流變-突變”的速度和方式，內(nèi)在危險(xiǎn)因子決定事物“安全流變-突變”的性質(zhì)和程序^[3]。對(duì)某一事物的“安全流變-突變”過程來講，外部危險(xiǎn)因子總是千變?nèi)f化、沒有任何規(guī)律可循的，而內(nèi)因卻是相對(duì)固定的。因此，在研究事物的“安全流變-突變”特征規(guī)律時(shí)，一般要從眾多的影響因素中抽象出內(nèi)因，在此基礎(chǔ)上再考慮外部因素的影響和作用，最終找到影響事物安全狀態(tài)的因子總和。

??? 假設(shè)將事物的危險(xiǎn)狀態(tài)用損傷程度來表示，那么事物的“安全流變-突變”的全過程可以表述為(如圖1)：當(dāng)某一事物誕生后的初期(OA階段)，其損傷量在外界力的作用下呈減速遞增，新的狀態(tài)在此期間逐漸形成和完善。當(dāng)新的狀態(tài)發(fā)展到成熟階段時(shí)(AB階段)，完善的新狀態(tài)使損傷量勻速緩慢增加。當(dāng)經(jīng)過一段穩(wěn)定增加后，原狀態(tài)將再次向無序方向發(fā)展，進(jìn)而使損傷量值開始加速增大(BC段)。任何事物都有其固有的損傷量承受能力或臨界點(diǎn)(D點(diǎn))，超出此臨界點(diǎn)(D點(diǎn))后，事物將發(fā)生安全突變。當(dāng)事物的原狀態(tài)遭到破壞后，事物又重新回到一個(gè)新的安全狀態(tài)，原事物的狀態(tài)消失，從而又形成了另一個(gè)同類新事物誕生的新起點(diǎn)(E點(diǎn))。物質(zhì)世界就是在這種安全與危險(xiǎn)的無限循環(huán)中得以存在和發(fā)展的^[4]。

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??? 筆者在定性分析事物的安全流變一突變的基本影響因素及特征后，參考安全流變～突變的物理模型^[5]，對(duì)事物的安全流變一突變狀態(tài)進(jìn)行深入探討。

??? 安全流變?突變的物理模型由4組元件組成(如圖2)。整個(gè)系統(tǒng)框架模型分為5個(gè)層次：外界廣義作用力區(qū)、可立即恢復(fù)損傷區(qū)、可緩慢恢復(fù)損傷區(qū)、安全本質(zhì)損傷區(qū)、安全本質(zhì)損傷加速區(qū)，每個(gè)層次的反應(yīng)機(jī)理和作用各不相同。事物就是在這種模型下對(duì)外界廣義作用力作出相應(yīng)的反應(yīng)，最終決定事物是處于安全狀態(tài)還是危險(xiǎn)狀態(tài)的。

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??? 1) 外界廣義作用力區(qū)(s)，是一切對(duì)事物安全狀態(tài)有影響作用的外界因素總稱?？梢允蔷唧w的實(shí)質(zhì)，也以是無形、無跡的介質(zhì)。當(dāng)外界作用變化范圍很小時(shí)，可以認(rèn)為事物受大小相同的外界作用力作用。

??? 2) 可立即恢復(fù)損傷區(qū)(k₁)，為第一保護(hù)區(qū)，其中k₁是事物可立即修復(fù)損傷因子。能對(duì)外界作用立即形成反應(yīng)，把外界作用力以可恢復(fù)損傷的形式存儲(chǔ)起來，一旦外界作用消失，對(duì)事物所構(gòu)成的危險(xiǎn)也立即消失。是。越大儲(chǔ)存外界作用的能力也就越強(qiáng)，恢復(fù)損傷的能力也就越大。

??? 3) 可緩慢恢復(fù)損傷區(qū)(η₂、k₂)，為第二保護(hù)區(qū)，其中η₂是事物緩慢損傷因子，k₂是事物可緩慢修復(fù)損傷因子。在外界作用下不能立即引起事物應(yīng)有的損傷，而是有個(gè)時(shí)間的滯后；當(dāng)外力消失后損傷也不能立即恢復(fù)，而是緩慢回復(fù)到原始位置，其作用相當(dāng)于一個(gè)形變的“彈簧”，用以儲(chǔ)存外界作用力。

??? 4) 安全本質(zhì)損傷區(qū)(f₃、η₃)，是事物內(nèi)部不可再修復(fù)損傷區(qū)，其中f₃是事物的本質(zhì)損傷瓶頸值，協(xié)是安全本質(zhì)損傷因子。當(dāng)傳到安全本質(zhì)區(qū)的外界作用力較小時(shí)，摩擦件f₃相當(dāng)于一個(gè)“保護(hù)墊”，用于抵抗外界的作用力對(duì)事物的影響，從而使事物不產(chǎn)生本質(zhì)的損傷；當(dāng)傳到安全本質(zhì)區(qū)的作用力較大時(shí)，摩擦件f₃會(huì)消耗一部分外力，把剩余的力傳給阻尼件瓏，形成本質(zhì)損傷，事物也由原先的安全狀態(tài)突變?yōu)槲ｋU(xiǎn)狀態(tài)。

??? 5) 安全本質(zhì)損傷加速區(qū)(f₄、n)，由事物安全質(zhì)量體M、事物損傷加速門限值f₄和事物變加速損傷系數(shù)n組成。在外界廣義作用力的作用下，M不斷減小，使得保護(hù)事物免受加速損傷的能力逐漸降低。當(dāng)大量外界力作用于事物的本質(zhì)損傷加速區(qū)時(shí)，事物的損傷速度會(huì)越來越快，其損傷程度也越來越大，直到整個(gè)事物完全被破壞，進(jìn)入新的循環(huán)為止。

??? 在上述物理模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)事物物理模型中各元件特征規(guī)律，經(jīng)分析進(jìn)一步得到了事物安全流變?突變的數(shù)學(xué)模型^[6]：

?式中e為事物總損傷量；e₄為事物加速損傷量；t為外界作用力作用時(shí)間；T為事物的物理壽命。

??? 任一事物從誕生之日起就具有一個(gè)安全質(zhì)量M，其大小便決定了此事物對(duì)外界廣義作用力的耐受程度，M值越大表示事物對(duì)外界廣義作用力的抵抗性越強(qiáng)。但隨著時(shí)間的推移，事物的損傷值會(huì)越來越大，M逐漸變小，直到采取必要的措施來阻止損傷量的繼續(xù)減小，此后M的值又會(huì)不斷升高，這時(shí)事物對(duì)外界作用力的抵抗能力又會(huì)得到增加。