现场井控要素的关联特征及三侧分类

2019-07-12任建斌

石油工业技术监督 2019年6期

任建斌

中国石油长庆油田分公司工程监督处（陕西西安 710018）

0 引言

对于井控作业，石油行业有着完善的技术标准和行业规范，各油田公司也制定了适合本区块的管理制度和操作细则，但这些繁复的标准、规范、制度、细则在施工现场并未能得到全面落实，这是一个系统管理的问题。目前在这一领域的探究尚有欠缺，对各类制度规范如何在现场完整执行的规律性认识不足，这是工程监督人员需要面对、探讨和解决的主要课题。

一个水平旋转着的物体有两个基本界定维度：一是立轴维，二是旋转维。一个运行中的事物或从事着的一项工作也是这样，围绕一个中心，根据其赖以实现的基础、用行进的程式和借由调控的导示构建一个“空间立轴旋转体”模型。这一立体模型具有两维四元结构，即立轴维的上、中、下三元和旋转维的绕围元。对于事物的整体，设定立轴下元为表征基础承载特征的关系元；立轴上元为表征监测导示特征的关系元；立轴中元为表征集联枢纽特征的关系元；绕围元为表征途径程控特征的关系元。据此，将钻井现场井控管理诸要素进行逻辑组合，可构建一个有“空间立轴旋转体”特征的整体，此整体既强调联系又强调某种规则的统一，亦即系统工作方法［1］。工作中把握这个整体，就能总揽全局、突出重点、调度有序，有效开展工作。下面运用 “空间立轴旋转体”分析方法对现场井控管理要素进行整体关联性解析说明。

1 井控管理构件新型分类

现场井控工作面对要素众多，有井控设备、工具仪器、物件材料、队伍资质、文件资料，还涉及项目管理、后勤保障等。这些要素从工作管控的角度可以划分为井控硬件、井控软件、井控操作件。

1.1 井控硬件

井控硬件指井控工作的物质实体，包括井控设备、器件和物料。其中井控设备主要有井口设备、内防喷工具、节流管汇、压井管汇、控制设备、井眼异常监测装置、溢流压井处理装置、其他专用器具及辅助设施。

1.2 井控软件

井控软件指现场井控工作的规划执行项目，是为保障总体井控目标实现而采取的管控模块或作业任务包，具有时序性、规范化、既定式特征。井控软件通常有如下项目：①员工资信档案；②井控管理制度、机构分工及岗位职责；③本井基本情况；④施工井外围环境基本情况；⑤井控设备台帐；⑥井控设备的安装、调试；⑦井控设备检查维护保养；⑧井控设备试压；⑨地层破裂（漏失）压力试验；⑩安全关井套压计算；11○地层压力预告；12○低泵冲试验；13○井控应急预案、处理程序及操作表单；14○其他特定情况下的作业项目。

1.3 井控操作件

井控操作件，指井控工作现场实施的一些管控机制和调度方式，是井控硬件基础和软件规划的集中统一，体现着施工队伍的现场执行能力和组织管理水平。井控操作件以会议、活动为实现形式，以文本、记录为信息载体，通常有以下几类：①井控巡查及记录；②井控坐岗及记录；③井控培训及记录；④防喷演习及记录；⑤井控工作准备及交底；⑥井控例会及总结；⑦井控作业进程管控、岗位值守及记录。

2 井控管理构件的“立轴旋转体”特征

2.1 井控硬件体系架构

井控硬件的主体功用是实施井下监测、关井和压井。设备部分的井口装置、内防喷工具是整个硬件体系的流程中枢，其他井控设备均要与之联合作用才能发挥功能，属于立轴中元；井筒监测报警装置提供井控工作预警导示，属于立轴上元；井下处理装置实施井眼异常情况下的加重压井操作，是井控风险消减控制的基础设备，属于立轴下元；节流管汇、压井管汇是关井、压井操作装置，实现不同状态下的参数调节控制，具有方式性特征；远程控制台、井控专用器具及其他辅助设施在井控过程的不同阶段或节点适时启用，具有程控性特征，这4项均属于绕围元。井控硬件立轴旋转体图如图1所示。

图1 井控硬件体系图

2.2 井控软件体系架构

在上述井控软件项目中，①、②2个项目是整个井控作业的统领，项目13○是井控操作规程，它贯通了现场3个风险级别下井控工作的各自要求，是其他各项活动的集中体现，这3个项目构成立轴中元；⑤～⑧4个项目是围绕井控设备而规划的工作措施，为总体井控作业提供基础，属于立轴下元；③、④2个项目是井控工作的依据性文件，具有导示特征，属于立轴上元；⑨～12○4个项目是围绕井筒施工进行的作业项目，为井喷处理提供各项必要的工程操作参数，相对于井控作业的全局具有程控性、方式性特征，属于绕围元。井控软件立轴旋转体如图2所示。

图2 井控软件体系图

2.3 井控操作件体系架构

在井控操作件中，井控坐岗是现场管控的基础，属于立轴下元；井控巡查是现场管控的指引，属于立轴上元；作业管控及岗位职守活动是整个井控管理的核心，属于立轴中元；现场培训和防喷演习项目具有辅佐性、方式性特征，井控预告交底、井控例会总结是阶段性管理的需要，具有途径性、程控性特征，这4项均属于绕围元。井控操作件立轴旋转体如图3所示。

空间立轴旋转体模型表示了现场井控管理要素之间的逻辑关系，超越了惯常的项目罗列型表现形式。通过体系架构，对组成整体的各功能要素进行了关联定位和有序协调。高晨阳说，两个方面的关系，要素的定位化是其协调化的前提，而协调化又是定位化的目标和结果，要素的定位化和定位化要素的协调、配合是整体的最终目标［2］，也体现了井控管理工作的追求目标。掌握这一思维工具，作为井控主体的人对井控客体要素的把握就有了整体概念、全局意识。

图3 井控操作件体系图

3 井控管理构件的层次组合关系

在既定的井控环境下、井控硬件、井控软件、井控操作件综合作用构成了现场井控工作系统，各构件之间具有包含性、聚散性特点，其关联区间组合图如图4所示。

图4 井控管理构件区间组合图

外椭圆形包含其他图形，表示现场一切井控工作在既定的环境下进行；中椭圆形包含小椭圆形和立锥形，表示作业项目和管控机制以硬件配置为基础；小椭圆形与立锥形相互交叉,表示作业项目和管控机制存在衔接与脱节的现实情况；图4中，里圈处在外圈的靠中靠上位置，寓意现场工作在各构件的组合下由低级逐次走向高级和规范。

1）黑色区域无井控设施、规划项目和管控机制，属于无井控作业状态。石油勘探早期开发存在此情况，目前井控是基本要求，该区域实际反映了钻井施工的风险评估级别，为工程设计提供参考。

2）红色区域配有简易井控设施，无规范作业和管控机制，属于欠管理状态。该区域反映井控工作的低级状态,业内普遍处于自发摸索积累的初始应对阶段，尚未形成完善的管理模式。

3）橙色区域是立锥形未与小椭圆形重合的区域,井控设施配备，管控机制建立，但缺乏作业规划和实施能力，井控工作处于无序管理状态。该情况多发生于民营队伍中，凭借外协能力进入油气田市场，依靠外援提供井控保障［3］。主要表现在：①人员素质不高；②技术能力有限；③支撑体系不健全。

4）黄色区域是小椭圆形未与立锥形重合的区域，井控设施齐备，作业规划到位，但管控机能欠缺，井控工作处于不规范管理状态。该区域颜色从边缘到中间渐变，表示现场问题具有层级性：首先在外层，队伍作业水平差；其次到中层，员工业务素质低，行业规范和要求掌握不足；最后靠里层，自觉应对能力弱，面对区域新情况、管理新要求,井队不能警觉自律并同步跟进。此类情况在民营队伍中出现较多，中石油队伍里也时有发生。

5）绿色区域是小椭圆形与立锥形的重合区域，硬件配置齐备，作业规划完善，管控机制健全，井控工作处于规范管理状态。

图4中，黑色圈层决定着总体安全，以后逐层保障措施升级。红色圈层安全级别低；橙色、黄色区域逐次提高但仍不达标，到了绿色区域，现场井控体系的环境、硬件、软件、操作件有了良好的结合，安全级别达到了要求。

井控管理构件组合图反映了现场井控工作监管中的各类情况，借助此模式可以分析施工现场的工作特征，找准改进完善的方向。

4 井控管理要素的三侧分类

4.1 三侧分类概念

井控管理构件的硬件、软件、操作件是为了便于现场工作管控而做出的新型划分。通常业界对井控工作的检查多从数据资料、岗位操作、设施状态3个方面归类。资料数据反映计划规范、工作记录等概念态信息；岗位操作反映工序组织、操作行为等活动态信息；设施状态反映物料配备、检测维护等实物态信息。另一方面，从当前油田开发组织方式看，工程施工有督导支撑、现场执行、设施配置3个形成元素项。这些划分出自不同视角，均是对现场井控管理要素的概括。3种分类概念不能一一对应，但均有实用性。这里将这一处理方式称为井控管理要素的“三侧分类”。

三侧要素是一个体系在3个侧面的不同反映形式。元素侧是从工作源头出发划分的影响要素侧，对于工程项目的前期规划、施工问题的调查改进具有明确的聚焦定位作用。表观侧是从工作表现形式角度归结的表征要素侧，对于现场工作的检查、统计具有规范的体例指引作用。管控侧是从工作掌控机制出发界定的操控要素侧，对于现场工作的组织实施具有操作借助作用。

4.2 三侧分类要素的相互关系

三侧要素各有3个部项，每个部项又有众多的细分项目，侧间部项具有对称的层级和渐变的内涵，相互之间关联交集，存在因果组合关系。元素侧是形成其他两侧要素的基本体；管控侧是元素侧在现场的组合运用体；表观侧是管控侧的综合表现形式。三侧中元素侧的部项是单一体，而管控侧、表观侧是元素侧在现场的衍生项目，是复合体。三侧各部项之间的关系如图5所示。

图5井控三侧三层部项关系图

图5 中，箭头所连的项目之间是作用上游与下游的关系，工作原因与结果的关系，正向指示演进方向，逆向揭示发生根源。元素侧是条件，表观侧是结果，管控侧是二者的中介统摄侧。

4.3 三侧分类要素的概念范畴

关于现场工程管理，其基本要素分类有“4M1E”法，简称“人、机、事、物、环”五要素法［4］。在进一步的解析中，其组成项通常还被划分为“人、机、料、法、环、信”六要素［5］。推究这两种理论，后者对前者进行了定向扩展［6］，将“事”的范畴用“法、信”代替。对于现场井控管理，上述理论符合其运行机理，同时又显示其自有特性。从现场井控工作的特征出发将管理要素划分成三侧三层，是对六要素概念的实用性转化。通过介绍可以推知，三侧的上层反映 “法、信”的内涵；中层体现“人、环”的实质；下层标示“机、料”的内容。

5 三侧分类方法的实践应用

三侧分类各有特点，可以比照而不相互取代。工作检查时多从表观侧入手，但将其用于现场管控则显得概念交织、不便掌握，用于纠源改进则更是头绪混杂、对标不明。如井控坐岗，检查时可以查看坐岗记录，它以数据资料的形式呈现，规范与否一目了然；而在现场执行中坐岗工作是否到位就涉及到设施条件、记录规范、人员组织等方面的限制因素；进一步推究到元素侧，其设施配置、现场执行、督导支撑方面必定以某项单独或多项综合的方式形成坐岗工作缺陷的根源。如果不建立管控侧、元素侧的分类概念，此类问题在工作改进时要各个具体归结，缺乏明晰的理念指导，这就是三侧要素分类的现实必要性。

2017年某油田X井发生了一起三级井喷事故，这里试用三侧分类法对现场情况进行解析，见表1。

表1中，表观侧项目是该井控事故调查中确定的问题项（括号内是推断项）。管控侧项目是表观侧各项的逆向归类，依序推导至元素侧，由蓝色箭头指示。红色虚线箭头是逆推的反推，以指示同侧中存在的判定问题项。表1中有几点需要说明。

1）短起下钻未罐浆是反推项。根据调查记录，井队从 2017年 8月 1日 8：00到 8：45短短 45 min内起钻8拄，下钻6柱。扣除辅助时间，平均每根立柱操作时间不足3 min，按照现场工作经验其上提速度已经超过0.5 m/s的安全临界，更无井内灌浆操作时间。

2）短起下钻诱喷是歧义项。短起下钻过快形成井内抽汲是诱发井喷的原因，但其缘由不只是违章操作，可能事发前管理方对气层段钻具提速无明确要求，也可能施工用泥浆密度的设计安全余量不足，钻进时在循环压力加持下基本达到井内压力平衡，起钻时则失衡井侵。

3）回压阀失效是反推歧义项。井队从2017年8月1日8：52钻具内喷到16：25丢钻具关全封的约7.5 h时间段内工作情况未说明，可以肯定，期间必然多次抢接内防喷工具未果。原因主要有两种：①井口泥浆冲刺压力过大，井队人员协调配合能力不足，未能在关键期抢接成功；②人员操作到位，但内防喷工具出现故障，钻杆回压阀顶开装置失效，上扣操作在负压情况下无法进行。

通过三侧列表分析可以得出结论：①督导支撑方面，项目组从评审机制、作业规则、管控项目方面有6项工作要做，应该落实于表观侧的文件资料项；②现场执行方面，各层次均存在较大问题，可以在管控侧分项对照整改解决；③特殊情况下的抢险演习，不仅是施工队伍的事，还需要情境设置、程序规划，现场并不具备主导条件，建设方支撑体系肩负的责任更大。

三侧分类法是分析现场井控工作的一种思路方法，可用于某一单项要素的歧义解析、也可对事故整体调查分析，还能借助做井控管理项目的系统规划，其概念应用是一个在探索中不断发展完善的过程，在实践中不断挖掘其实际效用。