3 井喷事故的安全流变-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，而是一个不断演变的过程。对于井喷而言，一般先发生钻井溢流，紧接着便会发生井涌，如果没有得到有效的控制，就会向着井喷的方向发展，井喷是井涌不能控制的后果。
按照安全流变一突变理论，井喷发生的整个过程可以分为3个阶段：即安全流变损伤减速增加阶段、安全流变损伤等速增加阶段、安全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，属于安全流变阶段，第三阶段是井喷事故发生的发展阶段，对应着安全突变阶段，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(石油、天然气、水等)快速流变不能控制的结果，如果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。结合安全流变 突变理论与井喷发展的实际过程，笔者将井喷细分为以下6个阶段：溢流潜伏阶段、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，为了方便表示井喷各个阶段的划分，在此引入了危险度的定义：
式中D为危险度；p为井内的实时压力；p0为地层流体压力。
当危险度小于1时是安全的；当危险度大于1时是不安全的；当危险度等于1时，油气井开始进入不安全的状态。笔者以罗家16H井井喷事故为例[8]，对井喷安全流变-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，为溢流潜伏期。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。该期间的危险度为0.3，属于安全状态。
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，使得油气井的安全性越来越低。该期间的危险度为0.5，属于相对安全状态。
3) 当钻井溢流没有得到有效控制而进一步恶化，最终导致地层流体喷出井口，就会很快转入不安全状态，即发生突变。该期间的危险度为由0.5逐渐增加到1，属于危险状态。
4) 当井涌进一步向前发展，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。此阶段的危险度大于1，属于极不安全状态。
5) 地层流体从井喷顶峰到开始压井是后效阶段，该阶段要采取必要的措施，控制井喷事故的蔓延，转移相应的人员和设备。此阶段的危险度有所下降，属于危险状态。
6) 从压井成功到重新投入生产是过渡阶段，此阶段应该采取相应的措施以消除系统已存在的危险因子，待所有的危险因子消除之后，油气井又会重新投入生产，进入下一个安全流变突变循环
(如图3)。图中井喷阶段以波浪线上升的原因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，危险度也会发生相应的波动
从以上分析可以得出：潜伏阶段、溢流阶段、井涌阶段是井喷的安全流变阶段，直到发生突变，才进入井喷的极不安全状态。在此过程中，井内压力不断减小、地层流体(石油、天然气、水等)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发展。如果该阶段没有采取有效的措施进行控制，便会向着井喷的方向发展，整个系统便由安全流变状态向安全突变的方向转变。当油气井处于安全流变阶段时，整个系统还处于相对安全的状态；但一旦转入突变，系统就会由安全状态转变为危险状态。因此，要控制井喷事故，关键就是要将其控制在流变阶段，进而消除危险源，防止其向突变的方向转化。但如果突变之前没有采取有效的抑制措施，最终导致了井喷事故的发生，也就是系统进入了安全突变阶段，此阶段最重要的就是要在保证人员和设备安全的情况下尽可能控制井喷范围的扩大，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，可以清晰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研究[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安全流变 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，越容易发生井喷；安全本质损伤因子η3越大，油气井受压后潜能吸收越慢。综合以上分析，可以将井喷事故与安全流变一突变理论有效结合起来，这对于进一步分析和预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。在第一保护区的作用下，损伤速度由大变小，损伤加速度小于0。BC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0。CD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0。AD段是安全流变阶段，其中D点是突变警戒点，从此点开始油气井的运动开始发生了质变，进入了危险状态。DE属于安全突变阶段。
4 结论
通过利用安全流变-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) 从安全流变-突变理论可知，安全是相对的，危险却是绝对的。因此，不可能做到绝对的安全，但是可以通过提前预防来减少危险状态发生的可能性。
2) 通过对井喷事故的安全流变突变理论分析，可以知道要控制井喷事故的发生，就必须采取必要的措施，将其控制在安全流变阶段，这对于指导井喷事故的防控工作有十分重要的意义。
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发展的各个阶段，这对以后井喷事故的量化预测提供了参考依据。
参考文献
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