??? 摘要：針對井噴事故從量變到質變整個過程的特征，首次運用安全流變一突變理論，分析了油氣井從溢流到發(fā)生井噴整個過程的規(guī)律，描述了井噴事故中安全流變的特點及其影響因素。運用安全流變一突變的物理模型和數學模型，對井噴事故流變一突變過程進行了分析。最終將井噴事故劃分為3大階段：損傷減速增加階段、損傷等速增加階段和損傷加速增加階段，具體歸納為6個小的階段：溢流潛伏階段、溢流階段、井涌階段、井噴階段、后效階段和過渡階段，從而揭示了井噴事故發(fā)生的實質。研究結果表明：控制井噴事故發(fā)生的關鍵就是要將其控制在流變階段(井噴階段之前)，最多不能超過突變的警戒點(井涌與井噴的交界點)。因此，通過加強安全管理并采取安全技術措施，應使安全流變階段盡量延長，以防止其向突變的方向發(fā)展。

??? 關鍵詞：井噴；流變；突變理論；模型；地層流體；安全；損傷；事故

??? 油氣田鉆采現場的實際資料表明，在鉆進過程、起下鉆過程、測井過程、完井過程、試油過程、射孔作業(yè)、酸化作業(yè)、測試過程、修井過程及正常的采油過程中都可能發(fā)生井噴。據不完全統計，約有87%為鉆進過程中發(fā)生的井噴，13%為其他狀態(tài)下發(fā)生的井噴^[1]。

??? 井噴事故是由多種綜合性因素共同作用而引發(fā)的，其中主要原因有：地層壓力監(jiān)測不準確、鉆井液密度過低、鉆井液密度因地層流體的進入而下降、井漏導致井筒中鉆井液液柱下降、起鉆具時所產生的抽吸壓力誘發(fā)井噴等。但其根本原因就是井內液柱壓力小于地層液體壓力，最終導致井內壓力失衡而產生井噴^[2]。筆者運用中國礦業(yè)大學何學秋教授的安全流變-突變理論來分析井噴發(fā)生的規(guī)律。經研究發(fā)現，及時采取必要的預防措施可以有效地控制井噴事故的發(fā)生與蔓延，這對于保護油氣資源和人民生命財產安全有著重要的意義。

??? 任何事物的存在與發(fā)展都是安全與危險相互交替的復雜多變的過程，危險會伴隨著事物的產生、發(fā)展和消亡的整個過程。事物的安全與危險兩者之間的矛盾交替變化受事物內因和外因的共同影響，在一定的條件下內外因可以相互轉化，共同對事物的安全起到決定性的作用。外部危險因子決定事物“安全流變-突變”的速度和方式，內在危險因子決定事物“安全流變-突變”的性質和程序^[3]。對某一事物的“安全流變-突變”過程來講，外部危險因子總是千變萬化、沒有任何規(guī)律可循的，而內因卻是相對固定的。因此，在研究事物的“安全流變-突變”特征規(guī)律時，一般要從眾多的影響因素中抽象出內因，在此基礎上再考慮外部因素的影響和作用，最終找到影響事物安全狀態(tài)的因子總和。

??? 假設將事物的危險狀態(tài)用損傷程度來表示，那么事物的“安全流變-突變”的全過程可以表述為(如圖1)：當某一事物誕生后的初期(OA階段)，其損傷量在外界力的作用下呈減速遞增，新的狀態(tài)在此期間逐漸形成和完善。當新的狀態(tài)發(fā)展到成熟階段時(AB階段)，完善的新狀態(tài)使損傷量勻速緩慢增加。當經過一段穩(wěn)定增加后，原狀態(tài)將再次向無序方向發(fā)展，進而使損傷量值開始加速增大(BC段)。任何事物都有其固有的損傷量承受能力或臨界點(D點)，超出此臨界點(D點)后，事物將發(fā)生安全突變。當事物的原狀態(tài)遭到破壞后，事物又重新回到一個新的安全狀態(tài)，原事物的狀態(tài)消失，從而又形成了另一個同類新事物誕生的新起點(E點)。物質世界就是在這種安全與危險的無限循環(huán)中得以存在和發(fā)展的^[4]。

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??? 筆者在定性分析事物的安全流變一突變的基本影響因素及特征后，參考安全流變～突變的物理模型^[5]，對事物的安全流變一突變狀態(tài)進行深入探討。

??? 安全流變?突變的物理模型由4組元件組成(如圖2)。整個系統框架模型分為5個層次：外界廣義作用力區(qū)、可立即恢復損傷區(qū)、可緩慢恢復損傷區(qū)、安全本質損傷區(qū)、安全本質損傷加速區(qū)，每個層次的反應機理和作用各不相同。事物就是在這種模型下對外界廣義作用力作出相應的反應，最終決定事物是處于安全狀態(tài)還是危險狀態(tài)的。

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??? 1) 外界廣義作用力區(qū)(s)，是一切對事物安全狀態(tài)有影響作用的外界因素總稱?？梢允蔷唧w的實質，也以是無形、無跡的介質。當外界作用變化范圍很小時，可以認為事物受大小相同的外界作用力作用。

??? 2) 可立即恢復損傷區(qū)(k₁)，為第一保護區(qū)，其中k₁是事物可立即修復損傷因子。能對外界作用立即形成反應，把外界作用力以可恢復損傷的形式存儲起來，一旦外界作用消失，對事物所構成的危險也立即消失。是。越大儲存外界作用的能力也就越強，恢復損傷的能力也就越大。

??? 3) 可緩慢恢復損傷區(qū)(η₂、k₂)，為第二保護區(qū)，其中η₂是事物緩慢損傷因子，k₂是事物可緩慢修復損傷因子。在外界作用下不能立即引起事物應有的損傷，而是有個時間的滯后；當外力消失后損傷也不能立即恢復，而是緩慢回復到原始位置，其作用相當于一個形變的“彈簧”，用以儲存外界作用力。

??? 4) 安全本質損傷區(qū)(f₃、η₃)，是事物內部不可再修復損傷區(qū)，其中f₃是事物的本質損傷瓶頸值，協是安全本質損傷因子。當傳到安全本質區(qū)的外界作用力較小時，摩擦件f₃相當于一個“保護墊”，用于抵抗外界的作用力對事物的影響，從而使事物不產生本質的損傷；當傳到安全本質區(qū)的作用力較大時，摩擦件f₃會消耗一部分外力，把剩余的力傳給阻尼件瓏，形成本質損傷，事物也由原先的安全狀態(tài)突變?yōu)槲ｋU狀態(tài)。

??? 5) 安全本質損傷加速區(qū)(f₄、n)，由事物安全質量體M、事物損傷加速門限值f₄和事物變加速損傷系數n組成。在外界廣義作用力的作用下，M不斷減小，使得保護事物免受加速損傷的能力逐漸降低。當大量外界力作用于事物的本質損傷加速區(qū)時，事物的損傷速度會越來越快，其損傷程度也越來越大，直到整個事物完全被破壞，進入新的循環(huán)為止。

??? 在上述物理模型的基礎上，根據事物物理模型中各元件特征規(guī)律，經分析進一步得到了事物安全流變?突變的數學模型^[6]：

?式中e為事物總損傷量；e₄為事物加速損傷量；t為外界作用力作用時間；T為事物的物理壽命。

??? 任一事物從誕生之日起就具有一個安全質量M，其大小便決定了此事物對外界廣義作用力的耐受程度，M值越大表示事物對外界廣義作用力的抵抗性越強。但隨著時間的推移，事物的損傷值會越來越大，M逐漸變小，直到采取必要的措施來阻止損傷量的繼續(xù)減小，此后M的值又會不斷升高，這時事物對外界作用力的抵抗能力又會得到增加。