摘要：控壓鉆井是目前世界上最先進(jìn)的鉆井技術(shù)之一，能夠?qū)讐毫M(jìn)行實(shí)時(shí)精確的控制、解決現(xiàn)場(chǎng)遇到的井下復(fù)雜鉆井問(wèn)題；理論研究與應(yīng)用實(shí)踐均表明，它可以有效解決國(guó)內(nèi)外普遍遇到的窄密度窗口安全鉆井難題。為了更好的掌握和運(yùn)用該技術(shù)，從宏觀角度將控壓鉆井看作為一項(xiàng)較復(fù)雜的系統(tǒng)工程，既要保證系統(tǒng)內(nèi)任一組成部分能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，又要提高系統(tǒng)內(nèi)各部分之間的協(xié)調(diào)能力，從而發(fā)揮其最大效率。為此，提出了控壓鉆井系統(tǒng)工程(MPDSE)的概念——控壓鉆井系統(tǒng)工程就是將系統(tǒng)工程理論應(yīng)用到控壓鉆井技術(shù)中的一種研究方法，其主要內(nèi)容是研究系統(tǒng)內(nèi)部各組成部分的精確設(shè)計(jì)，系統(tǒng)分析各組成部分之間的相互關(guān)系和內(nèi)部地位，優(yōu)化處理各組成部分之間的相互制約性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化；進(jìn)而運(yùn)用綜合集成法分析了控壓鉆井系統(tǒng)的研究步驟；最后還對(duì)控壓鉆井系統(tǒng)的基本框架進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。結(jié)論認(rèn)為：應(yīng)以系統(tǒng)工程的方法對(duì)控壓鉆井技術(shù)進(jìn)行研究，并且框架內(nèi)的任一部分都關(guān)乎整個(gè)系統(tǒng)能否成功應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：控壓鉆井技術(shù)；系統(tǒng)工程；綜合集成法；基本框架；井底壓力；實(shí)時(shí)精確控制；窄密度窗口；安全鉆井

????廣義上的控壓鉆井技術(shù)應(yīng)用范圍包括過(guò)平衡、近平衡、欠平衡以及精細(xì)控壓鉆井，傳統(tǒng)意義的過(guò)平衡鉆井以及近些年基本成熟的欠平衡鉆井對(duì)井底壓力的控制精度較低，具有很大的不確定性和局限性^[1]，常規(guī)鉆井過(guò)程中極易出現(xiàn)井涌、漏失、壓差卡鉆、地層孔隙壓力與破裂梯度間壓力窗口狹窄造成“涌-漏同層”等井下復(fù)雜問(wèn)題。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，通過(guò)常規(guī)鉆井方法，不能開發(fā)的油氣資源占70%左右^[2]。控壓鉆井系統(tǒng)具有使用較短時(shí)間、較低費(fèi)用而能夠大大提高井控能力的優(yōu)勢(shì)，它可以有效解決這些復(fù)雜的鉆井問(wèn)題，減少下入套管層數(shù)，降低鉆井成本，提高鉆井效益。事實(shí)證明，控制壓力鉆井(MPD)系統(tǒng)在陸地鉆井和海上鉆井中，均獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益^[3]。還有人提出，MPD技術(shù)很可能是未來(lái)天然氣水合物鉆井中唯一可行的技術(shù)^[4～5]。目前，美國(guó)陸地鉆機(jī)配備有控壓鉆井系統(tǒng)部分設(shè)備的比例已從1996年的15%劇增至目前的75%，目前已經(jīng)有1/4陸地鉆井項(xiàng)目在應(yīng)用MPD技術(shù)^[6]。精細(xì)控壓鉆井技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)表明，MPD技術(shù)的推廣是一個(gè)必然的趨勢(shì)。

????目前控壓鉆井技術(shù)有10多種基本類型，加之多種相關(guān)配套技術(shù)、龐大的設(shè)備體系和計(jì)算機(jī)水力參數(shù)模擬系統(tǒng)，而且，現(xiàn)場(chǎng)施工中復(fù)雜的作業(yè)流程與施工要求、應(yīng)急處理程序以及健康、安全等都應(yīng)該成為控壓鉆井系統(tǒng)的一部分。一方面，如果技術(shù)設(shè)計(jì)過(guò)于復(fù)雜或者相關(guān)要求過(guò)于苛刻，則可能因?yàn)闈M足不了現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況而使得技術(shù)設(shè)計(jì)與施工無(wú)法實(shí)現(xiàn)；另一方面。如果現(xiàn)場(chǎng)控壓鉆井的作業(yè)程序、施工要求以及應(yīng)急程序沒有做到精確設(shè)計(jì)和靈活應(yīng)用，那么任何一個(gè)小的疏忽也都可能造成復(fù)雜甚至嚴(yán)重的鉆井事故，反過(guò)來(lái)會(huì)嚴(yán)重阻礙MPD技術(shù)的研究發(fā)展和推廣應(yīng)用。因此，筆者認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)將MPD技術(shù)看作為一項(xiàng)較復(fù)雜系統(tǒng)工程來(lái)加以研究和應(yīng)用。

????系統(tǒng)工程是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)化的科學(xué)，是一門綜合學(xué)科，它是研究一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的局部與整體關(guān)系的科學(xué)，其理論的核心體系是模擬、最優(yōu)化及評(píng)價(jià)系統(tǒng)^[7]。

??? MPD技術(shù)也是一項(xiàng)由多環(huán)節(jié)組成的投資較大且較復(fù)雜的系統(tǒng)工程。根據(jù)系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)，系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)環(huán)節(jié)具有相互約束性，并非每個(gè)環(huán)節(jié)都追求最優(yōu)化，而是舍小取大，在各種約束條件下追求整個(gè)系統(tǒng)的最優(yōu)化。然而系統(tǒng)追求的目標(biāo)有時(shí)是相互矛盾的，而且受到各種條件的約束，系統(tǒng)工程就是研究如何在這些相互矛盾的因素中實(shí)現(xiàn)對(duì)立統(tǒng)一的科學(xué)。

????控壓鉆井系統(tǒng)工程就是將系統(tǒng)工程理論應(yīng)用到控壓鉆井技術(shù)中的一種研究方法。其主要內(nèi)容是研究系統(tǒng)內(nèi)部各組成部分的精確設(shè)計(jì)，系統(tǒng)分析各組成部分之間的相互關(guān)系和內(nèi)部地位，優(yōu)化處理各組成部分之間的相互制約性，目的就是實(shí)現(xiàn)MPD系統(tǒng)的最優(yōu)化，從而應(yīng)用于鉆井作業(yè)中解決實(shí)際問(wèn)題。

???前人在研究解決復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題時(shí)，提出了從定性到定量的綜合集成法，簡(jiǎn)稱綜合集成(meta-synthesis)。綜合集成的實(shí)質(zhì)是將專家群體、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和信息資料、計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)以人為主的高度智能化、自動(dòng)化的人一機(jī)交互系統(tǒng)，發(fā)揮這個(gè)系統(tǒng)的整體優(yōu)勢(shì)，去解決復(fù)雜的決策問(wèn)題^[8]。

???綜臺(tái)集成的主要特點(diǎn)是：①定性研究與定量研究有機(jī)結(jié)合；②科學(xué)理論與經(jīng)驗(yàn)知識(shí)相結(jié)合；③應(yīng)用系統(tǒng)思想把多種學(xué)科結(jié)合起來(lái)進(jìn)行綜合研究；④根據(jù)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，把宏觀研究與微觀研究統(tǒng)一起來(lái)；⑤具有大型計(jì)算機(jī)支持系統(tǒng)以及管理信息系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)等功能^[8]。

???對(duì)于控壓鉆井系統(tǒng)，無(wú)論是對(duì)每項(xiàng)技術(shù)還是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的研究，都應(yīng)當(dāng)遵循從定性到定量的綜合集成方法，下面運(yùn)用綜合集成法對(duì)控壓鉆井系統(tǒng)的研究步驟進(jìn)行分析(圖1)。

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???1)?明確控壓鉆井系統(tǒng)的框架，收集每一組成部分的相關(guān)資料，調(diào)用有關(guān)方面的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，作為開展研究工作的基礎(chǔ)性準(zhǔn)備。

??? 2)?邀請(qǐng)相關(guān)方面的專家對(duì)控壓鉆井系統(tǒng)的狀態(tài)、特性、運(yùn)行機(jī)制等進(jìn)行分析研究，對(duì)技術(shù)研究的突破口，研究方向以及解決問(wèn)題的可能途徑做出定性判斷和經(jīng)驗(yàn)性假設(shè)，初步確定系統(tǒng)模型。

??? 3)?以經(jīng)驗(yàn)性假設(shè)為前提，運(yùn)用基礎(chǔ)理論知識(shí)，對(duì)控壓鉆井系統(tǒng)的每一組成部分和整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、行為、特性等以及各組成部分的相互關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型。

??? 4)?依據(jù)初步建立的數(shù)學(xué)模型對(duì)控壓鉆井系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)獲得關(guān)于系統(tǒng)特性和行為走向的定量數(shù)據(jù)資料。

??? 5)?組織專家對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，檢驗(yàn)系統(tǒng)模型的有效性，對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行修改，調(diào)整有關(guān)參數(shù)，再進(jìn)行模擬試驗(yàn)；根據(jù)新一輪試驗(yàn)結(jié)果再進(jìn)行分析評(píng)價(jià)、檢驗(yàn)、修改、模擬，如此反復(fù)，直到符合實(shí)際系統(tǒng)的應(yīng)用理論。

??? 6)?在不同地區(qū)、不同井況對(duì)控壓鉆井系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)遇到的實(shí)際問(wèn)題對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行再評(píng)價(jià)、檢驗(yàn)、修改、模擬、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，如此反復(fù)，直到控壓鉆井系統(tǒng)可以在現(xiàn)場(chǎng)成熟應(yīng)用。

??? 7)?推廣應(yīng)用控壓鉆井系統(tǒng)。

??? MPD系統(tǒng)較為復(fù)雜，無(wú)法將所有涉及內(nèi)容一一列舉，在此只對(duì)其基本框架進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)(圖2)。

????控壓鉆井系統(tǒng)包括：①控壓鉆井技術(shù)；②控壓鉆井設(shè)備；③控壓鉆井水力參數(shù)模擬；④控壓鉆井作業(yè)流程；⑤控壓鉆井施工要求；⑥控壓鉆井崗位責(zé)任；⑦現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)改動(dòng)程序；⑧控壓鉆井應(yīng)急程序；⑨HSE管理。以下分述之。