摘要：控壓鉆井是目前世界上最先進的鉆井技術之一，能夠對井底壓力進行實時精確的控制、解決現場遇到的井下復雜鉆井問題；理論研究與應用實踐均表明，它可以有效解決國內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用該技術，從宏觀角度將控壓鉆井看作為一項較復雜的系統工程，既要保證系統內任一組成部分能夠正常運轉，又要提高系統內各部分之間的協調能力，從而發揮其最大效率。為此，提出了控壓鉆井系統工程(MPDSE)的概念——控壓鉆井系統工程就是將系統工程理論應用到控壓鉆井技術中的一種研究方法，其主要內容是研究系統內部各組成部分的精確設計，系統分析各組成部分之間的相互關系和內部地位，優化處理各組成部分之間的相互制約性，實現系統的最優化；進而運用綜合集成法分析了控壓鉆井系統的研究步驟；最后還對控壓鉆井系統的基本框架進行了初步設計。結論認為：應以系統工程的方法對控壓鉆井技術進行研究，并且框架內的任一部分都關乎整個系統能否成功應用。

關鍵詞：控壓鉆井技術；系統工程；綜合集成法；基本框架；井底壓力；實時精確控制；窄密度窗口；安全鉆井

????廣義上的控壓鉆井技術應用范圍包括過平衡、近平衡、欠平衡以及精細控壓鉆井，傳統意義的過平衡鉆井以及近些年基本成熟的欠平衡鉆井對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]，常規鉆井過程中極易出現井涌、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”等井下復雜問題。據有關文獻報道，通過常規鉆井方法，不能開發的油氣資源占70%左右^[2]。控壓鉆井系統具有使用較短時間、較低費用而能夠大大提高井控能力的優勢，它可以有效解決這些復雜的鉆井問題，減少下入套管層數，降低鉆井成本，提高鉆井效益。事實證明，控制壓力鉆井(MPD)系統在陸地鉆井和海上鉆井中，均獲得了良好的經濟效益^[3]。還有人提出，MPD技術很可能是未來天然氣水合物鉆井中唯一可行的技術^[4～5]。目前，美國陸地鉆機配備有控壓鉆井系統部分設備的比例已從1996年的15%劇增至目前的75%，目前已經有1/4陸地鉆井項目在應用MPD技術^[6]。精細控壓鉆井技術的發展趨勢表明，MPD技術的推廣是一個必然的趨勢。

????目前控壓鉆井技術有10多種基本類型，加之多種相關配套技術、龐大的設備體系和計算機水力參數模擬系統，而且，現場施工中復雜的作業流程與施工要求、應急處理程序以及健康、安全等都應該成為控壓鉆井系統的一部分。一方面，如果技術設計過于復雜或者相關要求過于苛刻，則可能因為滿足不了現場的實際情況而使得技術設計與施工無法實現；另一方面。如果現場控壓鉆井的作業程序、施工要求以及應急程序沒有做到精確設計和靈活應用，那么任何一個小的疏忽也都可能造成復雜甚至嚴重的鉆井事故，反過來會嚴重阻礙MPD技術的研究發展和推廣應用。因此，筆者認為，應當將MPD技術看作為一項較復雜系統工程來加以研究和應用。

????系統工程是實現系統最優化的科學，是一門綜合學科，它是研究一個復雜系統的局部與整體關系的科學，其理論的核心體系是模擬、最優化及評價系統^[7]。

??? MPD技術也是一項由多環節組成的投資較大且較復雜的系統工程。根據系統工程的觀點，系統內部各個環節具有相互約束性，并非每個環節都追求最優化，而是舍小取大，在各種約束條件下追求整個系統的最優化。然而系統追求的目標有時是相互矛盾的，而且受到各種條件的約束，系統工程就是研究如何在這些相互矛盾的因素中實現對立統一的科學。

????控壓鉆井系統工程就是將系統工程理論應用到控壓鉆井技術中的一種研究方法。其主要內容是研究系統內部各組成部分的精確設計，系統分析各組成部分之間的相互關系和內部地位，優化處理各組成部分之間的相互制約性，目的就是實現MPD系統的最優化，從而應用于鉆井作業中解決實際問題。

???前人在研究解決復雜系統問題時，提出了從定性到定量的綜合集成法，簡稱綜合集成(meta-synthesis)。綜合集成的實質是將專家群體、統計數據和信息資料、計算機技術有機結合起來，構成一個以人為主的高度智能化、自動化的人一機交互系統，發揮這個系統的整體優勢，去解決復雜的決策問題^[8]。

???綜臺集成的主要特點是：①定性研究與定量研究有機結合；②科學理論與經驗知識相結合；③應用系統思想把多種學科結合起來進行綜合研究；④根據系統的層次結構，把宏觀研究與微觀研究統一起來；⑤具有大型計算機支持系統以及管理信息系統、決策支持系統等功能^[8]。

???對于控壓鉆井系統，無論是對每項技術還是對整個系統的研究，都應當遵循從定性到定量的綜合集成方法，下面運用綜合集成法對控壓鉆井系統的研究步驟進行分析(圖1)。

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???1)?明確控壓鉆井系統的框架，收集每一組成部分的相關資料，調用有關方面的統計數據，作為開展研究工作的基礎性準備。

??? 2)?邀請相關方面的專家對控壓鉆井系統的狀態、特性、運行機制等進行分析研究，對技術研究的突破口，研究方向以及解決問題的可能途徑做出定性判斷和經驗性假設，初步確定系統模型。

??? 3)?以經驗性假設為前提，運用基礎理論知識，對控壓鉆井系統的每一組成部分和整個系統的結構、功能、行為、特性等以及各組成部分的相互關系建立數學模型。

??? 4)?依據初步建立的數學模型對控壓鉆井系統進行仿真模擬試驗，通過試驗獲得關于系統特性和行為走向的定量數據資料。

??? 5)?組織專家對試驗結果進行分析評價，檢驗系統模型的有效性，對系統模型進行修改，調整有關參數，再進行模擬試驗；根據新一輪試驗結果再進行分析評價、檢驗、修改、模擬，如此反復，直到符合實際系統的應用理論。

??? 6)?在不同地區、不同井況對控壓鉆井系統進行現場試驗，根據現場試驗遇到的實際問題對系統模型進行再評價、檢驗、修改、模擬、現場試驗，如此反復，直到控壓鉆井系統可以在現場成熟應用。

??? 7)?推廣應用控壓鉆井系統。

??? MPD系統較為復雜，無法將所有涉及內容一一列舉，在此只對其基本框架進行了初步設計(圖2)。

????控壓鉆井系統包括：①控壓鉆井技術；②控壓鉆井設備；③控壓鉆井水力參數模擬；④控壓鉆井作業流程；⑤控壓鉆井施工要求；⑥控壓鉆井崗位責任；⑦現場臨時改動程序；⑧控壓鉆井應急程序；⑨HSE管理。以下分述之。