Word突变模型在井喷事故中应用分析 油气田钻采现场的实际资料表明，在钻进过程、起下钻过程、测井过程、完井过程、试油过程、射孔作业、酸化作业、测试过程、修井过程及正常的采油过程中都可能发生井喷据不完全统计，约有87%为钻进过程中发生的井喷，13%为其他状态下发生的井喷[1] 井喷事故是由多种综合性因素共同作用而引发的，其中主要缘由有：地层压力监测不精确 、钻井液密度过低、钻井液密度因地层流体的进入而下降、井漏导致井筒中钻井液液柱下降、起钻具时所产生的抽吸压力诱发井喷等但其根本缘由就是井内液柱压力小于地层液体压力，最终导致井内压力失衡而产生井喷[2]笔者运用中国矿业高校何学秋教授的平安流变-突变理论来分析井喷发生的规律经讨论发觉，准时实行必要的预防措施可以有效地掌握井喷事故的发生与扩散，这对于爱护油气资源和人民生命财产平安有着重要的意义 1 平安流变-突变的基本理论 任何事物的存在与进展都是平安与危急相互交替的简单多变的过程，危急会伴随着事物的产生、进展和消亡的整个过程事物的平安与危急两者之间的冲突交替变化受事物内因和外因的共同影响，在肯定的条件下内外因可以相互转化，共同对事物的平安起到打算性的作用。
外部危急因子打算事物"平安流变-突变'的速度和方式，内在危急因子打算事物"平安流变-突变'的性质和程序[3]对某一事物的"平安流变-突变'过程来讲，外部危急因子总是千变万化、没有任何规律可循的，而内因却是相对固定的因此，在讨论事物的"平安流变-突变'特征规律时，一般要从众多的影响因素中抽象出内因，在此基础上再考虑外部因素的影响和作用，最终找到影响事物平安状态的因子总和 假设将事物的危急状态用损伤程度来表示，那么事物的"平安流变-突变'的全过程可以表述为：当某一事物诞生后的初期，其损伤量在外界力的作用下呈减速递增，新的状态在此期间渐渐形成和完善当新的状态进展到成熟阶段时，完善的新状态使损伤量匀速缓慢增加当经过一段稳定增加后，原状态将再次向无序方向进展，进而使损伤量值开头加速增大任何事物都有其固有的损伤量承受力量或临界点，超出此临界点后，事物将发生平安突变当事物的原状态遭到破坏后，事物又重新回到一个新的平安状态，原事物的状态消逝，从而又形成了另一个同类新事物诞生的新起点物质世界就是在这种平安与危急的无限循环中得以存在和进展的[4] 2 平安流变-突变的理论模型 2.1 平安流变-突变的物理模型 笔者在定性分析事物的平安流变一突变的基本影响因素及特征后，参考平安流变～突变的物理模型[5]，对事物的平安流变一突变状态进行深化探讨。
平安流变 突变的物理模型由4组元件组成整个系统框架模型分为5个层次：外界广义作用力区、可马上恢复损伤区、可缓慢恢复损伤区、平安本质损伤区、平安本质损伤加速区，每个层次的反应机理和作用各不相同事物就是在这种模型下对外界广义作用力作出相应的反应，最终打算事物是处于平安状态还是危急状态的 1) 外界广义作用力区，是一切对事物平安状态有影响作用的外界因素总称可以是详细的实质，也以是无形、无迹的介质当外界作用变化范围很小时，可以认为事物受大小相同的外界作用力作用 2) 可马上恢复损伤区，为第一爱护区，其中k1是事物可马上修复损伤因子能对外界作用马上形成反应，把外界作用力以可恢复损伤的形式存储起来，一旦外界作用消逝，对事物所构成的危急也马上消逝越大储存外界作用的力量也就越强，恢复损伤的力量也就越大 3) 可缓慢恢复损伤区，为其次爱护区，其中2是事物缓慢损伤因子，k2是事物可缓慢修复损伤因子在外界作用下不能马上引起事物应有的损伤，而是有个时间的滞后;当外力消逝后损伤也不能马上恢复，而是缓慢回复到原始位置，其作用相当于一个形变的"弹簧'，用以储存外界作用力 4) 平安本质损伤区，是事物内部不行再修复损伤区，其中f3是事物的本质损伤瓶颈值，协是平安本质损伤因子。
当传到平安本质区的外界作用力较小时，摩擦件f3相当于一个"爱护垫'，用于反抗外界的作用力对事物的影响，从而使事物不产生本质的损伤;当传到平安本质区的作用力较大时，摩擦件f3会消耗一部格外力，把剩余的力传给阻尼件珑，形成本质损伤，事物也由原先的平安状态突变为危急状态 5) 平安本质损伤加速区，由事物平安质量体M、事物损伤加速门限值f4和事物变加速损伤系数n组成在外界广义作用力的作用下，M不断减小，使得爱护事物免受加速损伤的力量渐渐降低当大量外界力作用于事物的本质损伤加速区时，事物的损伤速度会越来越快，其损伤程度也越来越大，直到整个事物完全被破坏，进入新的循环为止 2.2 平安流变-突变的数学模型 在上述物理模型的基础上，依据事物物理模型中各元件特征规律，经分析进一步得到了事物平安流变 突变的数学模型[6]： 式中e为事物总损伤量;e4为事物加速损伤量;t为外界作用力作用时间;T为事物的物理寿命 任一事物从诞生之日起就具有一个平安质量M，其大小便打算了此事物对外界广义作用力的耐受程度，M值越大表示事物对外界广义作用力的反抗性越强但随着时间的推移，事物的损伤值会越来越大，M渐渐变小，直到实行必要的措施来阻挡损伤量的连续减小，此后M的值又会不断上升，这时事物对外界作用力的反抗力量又会得到增加。
3 井喷事故的平安流变-突变分析 3.1 井喷事故流变-突变过程 井喷事故的发生不是一触即发的，而是一个不断演化的过程对于井喷而言，一般先发生钻井溢流，紧接着便会发生井涌，假如没有得到有效的掌握，就会向着井喷的方向进展，井喷是井涌不能掌握的后果 根据平安流变一突变理论，井喷发生的整个过程可以分为3个阶段：即平安流变损伤减速增加阶段、平安流变损伤等速增加阶段、平安流变损伤加速增加阶段[7]其中第一、二阶段是井喷事故发生的初始阶段，属于平安流变阶段，第三阶段是井喷事故发生的进展阶段，对应着平安突变阶段，流变阶段和突变阶段的交点即为突变警戒点井喷是地层流体快速流变不能掌握的结果，假如外界的压力没有超过事物可以承受的临界值，加之流变具有衰减的特征，此时突变便不会发生，就不会引起井喷事故结合平安流变 突变理论与井喷进展的实际过程，笔者将井喷细分为以下6个阶段：溢流埋伏阶段、溢流阶段、井涌阶段、井喷阶段、后效阶段和过渡阶段 以常规钻井为例，为了便利表示井喷各个阶段的划分，在此引入了危急度的定义： 式中D为危急度;p为井内的实时压力;p0为地层流体压力 当危急度小于1时是平安的;当危急度大于1时是担心全的;当危急度等于1时，油气井开头进入担心全的状态。
笔者以罗家16H井井喷事故为例[8]，对井喷平安流变-突变理论进行了分析 1) 当油气井内钻井液液柱压力远大于地层流体压力之前，为溢流埋伏期此阶段钻井液密度降低幅度较小，钻井液的液柱压力大于地层压力该期间的危急度为0.3，属于平安状态 2) 当钻井液密度进一步降低到钻井液的液柱压力略小于地层压力时，为溢流阶段，此时会导致地层的部分流体进入井筒内，使得油气井的平安性越来越低该期间的危急度为0.5，属于相对平安状态 3) 当钻井溢流没有得到有效掌握而进一步恶化，最终导致地层流体喷出井口，就会很快转入担心全状态，即发生突变该期间的危急度为由0.5渐渐增加到1，属于危急状态 4) 当井涌进一步向前进展，导致地层流体喷出钻台转盘面1m以上，此时油气井就会进入井喷阶段此阶段的危急度大于1，属于极担心全状态 5) 地层流体从井喷顶峰到开头压井是后效阶段，该阶段要实行必要的措施，掌握井喷事故的扩散，转移相应的人员和设备此阶段的危急度有所下降，属于危急状态 6) 从压井胜利到重新投入生产是过渡阶段，此阶段应当实行相应的措施以消退系统已存在的危急因子，待全部的危急因子消退之后，油气井又会重新投入生产，进入下一个平安流变突变循环。
图中井喷阶段以波浪线上升的缘由主要是在此过程中不断地往钻井液中加入高密度的物质或重浆，导致井内的实时压力不断变化，危急度也会发生相应的波动 从以上分析可以得出：埋伏阶段、溢流阶段、井涌阶段是井喷的平安流变阶段，直到发生突变，才进入井喷的极担心全状态在此过程中，井内压力不断减小、地层流体压力不断增大、钻井液密度不断降低致使钻井液液柱压力小于地层压力，最终导致地层流体不断流入井内，从而进一步向着井喷方向进展假如该阶段没有实行有效的措施进行掌握，便会向着井喷的方向进展，整个系统便由平安流变状态向平安突变的方向转变当油气井处于平安流变阶段时，整个系统还处于相对平安的状态;但一旦转入突变，系统就会由平安状态转变为危急状态因此，要掌握井喷事故，关键就是要将其掌握在流变阶段，进而消退危急源，防止其向突变的方向转化但假如突变之前没有实行有效的抑制措施，最终导致了井喷事故的发生，也就是系统进入了平安突变阶段，此阶段最重要的就是要在保证人员和设备平安的状况下尽可能掌握井喷范围的扩大，最大限度地降低井喷所造成的损伤 3.2 井喷事故流变-突变模型 发生井喷的过程，实际上是油气井损伤形变的过程，其损伤量、损伤速度和损伤加速度，可以清楚地反映出井喷发生的全过程。
利用计算机软件对两井喷事故进行了模拟讨论[8]，计算机模拟得到的结果见图4、5 从图4、5中可以看出井喷事故是属于典型的平安流变 突变模型其中横坐标表示井样承载外界作用的时间，纵坐标表示井样损伤产生的形变大小对两组模拟曲线进行对比可知：外界广义作用力s越大，井喷所造成的损伤量也就越大;加速损伤系数n越大，越简单发生井喷;平安本质损伤因子3越大，油气井受压后潜能汲取越慢综合以上分析，可以将井喷事故与平安流变一突变理论有效结合起来，这对于进一步分析和猜测井喷事故有着重要的作用 图4中的AB段是油气井在外界作用下的减速损伤阶段，与承载的时间关系不大，为瞬间损伤在第一爱护区的作用下，损伤速度由大变小，损伤加速度小于0BC段是油气井等速损伤阶段，此阶段流变曲线形似一条直线，损伤速度接近常数，损伤加速度为0CD段是油气井加速损伤阶段，此阶段损伤速度不断增大，加速度也大于0AD段是平安流变阶段，其中D点是突变警戒点，从今点开头油气井的运动开头发生了质变，进入了危急状态DE属于平安突变阶段 4 结论 通过利用平安流变-突变理论对井喷事故从溢流到井喷的特征规律进行了系统分析，得出了以下结论： 1) 从平安流变-突变理论可知，平安是相对的，危急却是肯定的。
因此，不行能做到肯定的平安，但是可以通过提前预防来削减危急状态发生的可能性 2) 通过对井喷事故的平安流变突变理论分析，可以知道要掌握井喷事故的发生，就必需实行必要的措施，将其掌握在平安流变阶段，这对于指导井喷事故的防控工作有非常重要的意义 3) 对实际的井喷案例建立了数学模型，并用计算机软件分析了井喷进展的各个阶段，这对以后井喷事故的量化猜测供应了参考依据 8 -。