金業(yè)權(quán) 劉剛 紀(jì)永強(qiáng)

中國石油大學(xué)（華東）

1 問題的提出

誘發(fā)井控風(fēng)險的因素很多［1－2］，將井控風(fēng)險誘因合理的分類可以為正確識別和防范井控誘因提供可借鑒的理論依據(jù)。建立高壓油氣探井井控風(fēng)險誘因結(jié)構(gòu)體系可以對高壓油氣井井控風(fēng)險誘因進(jìn)行分類和識別；進(jìn)行風(fēng)險誘因的權(quán)重計(jì)算則可以明確高壓油氣探井開發(fā)中的工作重點(diǎn)，為現(xiàn)場的風(fēng)險控制提供定量依據(jù)。

2 高壓油氣探井井控風(fēng)險誘因統(tǒng)計(jì)

以高壓油氣探井井控風(fēng)險誘因?yàn)槟繕?biāo)展開調(diào)查統(tǒng)計(jì)，并通過對西部某油氣田山前構(gòu)造帶7區(qū)塊的近百口井進(jìn)行單井風(fēng)險點(diǎn)統(tǒng)計(jì)［3－5］，對每口井從開鉆到完鉆期間所發(fā)生過的溢流、井涌、井噴3類事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到誘發(fā)高壓油氣探井井控風(fēng)險的31個誘因。在此基礎(chǔ)上對誘因進(jìn)行分析歸納，得到表1，表1中的次數(shù)是指誘發(fā)溢流、井涌、井噴等故障的誘因出現(xiàn)的次數(shù)。

表1 高壓油氣探井井控風(fēng)險誘因統(tǒng)計(jì)表

3 高壓油氣探井井控風(fēng)險誘因結(jié)構(gòu)體系的建立

基于表1的調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果，建立高壓油氣探井井控風(fēng)險誘因的層次結(jié)構(gòu)模型。第1層次為目標(biāo)層，也稱最高層；第2層次為準(zhǔn)則層，也稱中間層；第3層次為方案層，也稱最底層。該體系將目標(biāo)層分為3類，第1類為地層相關(guān)因素構(gòu)成的風(fēng)險誘因，即不可控因素（圖1）；第2類為鉆井條件因素（圖2）；第3類為人為因素（圖3）。第2類和第3類都屬可控因素。

圖1 地層因素評價指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)圖

圖2 鉆井條件因素評價指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)圖

圖3 人為因素評價指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)圖

4 各目標(biāo)層權(quán)重的計(jì)算

筆者采用層次分析法［6－9］分析高壓油氣探井井控風(fēng)險，主要按照以下步驟進(jìn)行：①構(gòu)建高壓油氣探井井控風(fēng)險誘因的層次分析結(jié)構(gòu)，如圖1～3所示；②構(gòu)建判斷矩陣；③計(jì)算各元素的相對權(quán)重；④一致性檢驗(yàn)；⑤各層元素對目標(biāo)層的綜合權(quán)重計(jì)算及排序。

結(jié)合表1專家調(diào)查法的結(jié)果，參考目標(biāo)層的結(jié)構(gòu)，采用層次分析法將地層因素的權(quán)值定為0．523 7，鉆井條件因素的權(quán)值定為0．202 3，人為因素指標(biāo)權(quán)值定為0．274 0。

4．1 地層因素權(quán)重的計(jì)算

4．1．1 構(gòu)造比較判斷矩陣

建立了高壓油氣探井井控風(fēng)險誘因的層次結(jié)構(gòu)模型后，就確定了各層次因素之間的主從關(guān)系，進(jìn)而可以通過兩兩比較的方法構(gòu)造體現(xiàn)這種主、從關(guān)系的判斷矩陣。如果以目標(biāo)層A“地層因素”為最高層，它所支配的準(zhǔn)則層B中的元素包括“流體性質(zhì)、特殊巖性、井眼復(fù)雜、異常壓力和層位不清”5類，比較準(zhǔn)則層中任意兩個因素Bi和Bj相對于A的重要性程度，按1～9的比例標(biāo)度賦值，標(biāo)度數(shù)值及其意義見表2，在此基礎(chǔ)上可以構(gòu)造準(zhǔn)則層指標(biāo)重要性判斷矩陣A。

表2 標(biāo)度值及其等級含義表

4．1．2 準(zhǔn)則層元素相對權(quán)重計(jì)算

判斷矩陣A的特征向量的每個向量值就是因素B1～B5對于地層因素的相對權(quán)重。為了評價層次排序的有效性，還必須對判斷矩陣的評定結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。所謂一致性就是對判斷矩陣中使用標(biāo)度計(jì)分合理與否的一個評價指標(biāo)，計(jì)分明顯不合理，則排序結(jié)果無效。由于判斷矩陣是由專家憑借經(jīng)驗(yàn)?zāi)：炕?，做到完全一致性是不可能的，使用隨機(jī)一致性比值CR進(jìn)行判斷，當(dāng)CR小于0．1時，則認(rèn)為一致性得到滿足。當(dāng)CR大于等于0．1時，應(yīng)對判斷矩陣作適當(dāng)修正，直到取得滿意的一致性為止。CR的計(jì)算公式如下［10－11］：

式中RI為比例系數(shù)，與判斷矩陣的階數(shù)n有關(guān)，RI的取值見表3所示。CI為一致性指標(biāo)，其計(jì)算公式如式（3）所示，λ為判斷矩陣的最大特征根。

求解得出判斷矩陣A的最大特征根為5．447 1，矩陣的階數(shù)n為5，查表3得RI等于1．12，此時CR＝0．099 8＜0．1，故判斷矩陣滿足一致性。最大特征根所對應(yīng)的特征向量為：

歸一化后得權(quán)重Wmax＝ （0．593 7，0．053 4，0．139 5，0．282 8，0．030 6）T。

表3 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)表

4．1．3 方案層權(quán)重的計(jì)算

計(jì)算各方案層的相對權(quán)重的方法與準(zhǔn)則層相同，按照判斷矩陣、特征向量、一致性檢驗(yàn)和權(quán)重歸一化4個步驟，可以得出方案層的權(quán)重，計(jì)算結(jié)果見4。

表4 地層因素各方案層權(quán)重表

同上，可以計(jì)算目標(biāo)層“鉆井條件”及“人為因素”的各層次權(quán)重。

4．2 高壓油氣探井井控風(fēng)險誘因權(quán)重大小的層次總排序

合成權(quán)重的計(jì)算要自上而下，將各單準(zhǔn)則下的權(quán)重進(jìn)行合成，假定已求出第k－1層上n個元素相對于總目標(biāo)的權(quán)重向量：

第k層上1個元素對第k－1層上各元素的相對權(quán)重向量：

則第k層上元素對總目標(biāo)的合成權(quán)重向量為W（k）：

由此可得遞推合成權(quán)重表達(dá)式：

式中Wk表示第k層對目標(biāo)層的權(quán)重向量，ω（k）表示k層對目標(biāo)層的權(quán)重，Pk表示k層上1個元素對第k－1層上各元素的相對權(quán)重向量，p（k）表示k層上1個元素對第k－1層上各元素的相對權(quán)重。

設(shè)所有因素的合成權(quán)重之和為1，即可得出各方案層因素對總目標(biāo)層“高壓油氣探井井控風(fēng)險”的影響大?。ū?）。

從表5可以看出，通過對高壓油氣探井井控風(fēng)險的誘因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，歸納出的影響因素為31個；在31個因素中，氣層對井控風(fēng)險的“貢獻(xiàn)”最大，其權(quán)重達(dá)0．161，其次是抽汲，其權(quán)重為0．146；防噴器組對井控風(fēng)險的“貢獻(xiàn)”排在第3位，其權(quán)重為0．117。3個主要因素的權(quán)重和為0．424，可見上述3個因素對高壓油氣探井井控事故的總體“貢獻(xiàn)”超過40%，是今后該地區(qū)高壓油氣探井井控風(fēng)險控制的重點(diǎn)。

5 結(jié)論

1）通過對溢流、井涌和井噴案例的分析，識別了高壓油氣探井井控風(fēng)險誘因；利用層次分析法建立了高壓油氣探井井控風(fēng)險誘因?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)，將高壓油氣探井井噴風(fēng)險誘因歸類為地層因素、鉆井條件因素、人為因素3個指標(biāo)體系。

2）分別計(jì)算了方案層31個風(fēng)險誘因的權(quán)重大小，得出了各風(fēng)險誘因?qū)Ω邏河蜌馓骄仫L(fēng)險的影響排序，為定量識別和評價高壓油氣探井井控風(fēng)險提供定量的理論依據(jù)。

3）氣層、抽汲和防噴器組3個主要因素對高壓油氣探井井控事故的總體“貢獻(xiàn)”超過40%，是今后該地區(qū)高壓油氣探井井控風(fēng)險控制的重點(diǎn)，這個計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)際是相符合的。

4）本文的結(jié)論是基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，具有一定的局限性，具體地區(qū)的高壓油氣探井井控風(fēng)險還需進(jìn)行更深入的分析。

［1］劉剛，金業(yè)權(quán)．鉆井井控風(fēng)險分析與控制 ［M］．北京：石油工業(yè)出版社，2011．

［2］茍三權(quán)．油氣田開發(fā)項(xiàng)目的風(fēng)險分析方法綜述［J］．石油鉆探技術(shù)，2007，35（2）：87－91．

［3］李占華．風(fēng)險評價分析—實(shí)施HSE管理的核心［J］．河北化工，2006，29（4）：42－46．

［4］SCHUBERT J J，JUVKAM－WOLD H C，WEDDLE C E．HAZOP of well control procedures provides assurance of the safety of the subsea mudlift drilling system［C］∥paper 72482－MS presented at the IADC／SPE Drilling Conference，26－28February 2002，Dallas，Texas，USA．New York：SPE，2002．

［5］ANDERSEN LASSE BERG，GUNNAR VEIRE，BORGAR RΦKKE．A new method for well specific risk analysis in drilling operations［C］∥paper 46613－MS presented at the SPE International Conference on Health，Safety，and Environment in Oil and Gas Exploration and Production，7－10 June 1998，Caracas，Venezuela．New York：SPE，1998．

［6］高建，何仁洋，王德國．用層次分析法評價跨越管橋的洪水風(fēng)險［J］．天然氣工業(yè)，2010，30（2）：106－109．

［7］李大全，張鵬，艾慕陽，等．模糊聚類法在油氣管道風(fēng)險評價管段劃分中的應(yīng)用［J］．天然氣工業(yè)，2012，32（7）：63－67．

［8］金業(yè)權(quán)，方傳新，劉剛．山前構(gòu)造井控風(fēng)險表現(xiàn)及風(fēng)險誘因統(tǒng)計(jì)分析［J］，新疆石油科技，2009，1（22）：3－5．

［9］喻海霞．三高氣井井控風(fēng)險評估方法研究［D］．東營：中國石油大學(xué)（華東），2010．

［10］劉剛，金業(yè)權(quán)，李峰，等．層次分析法在井控風(fēng)險可控誘因分析中的應(yīng)用［J］．西南石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2011，33（2）：137－141．

［11］金業(yè)權(quán)，喻海霞，孫澤秋，等．層次分析法在地層因素誘發(fā)井控風(fēng)險分析中的應(yīng)用［J］．石油與天然氣學(xué)報：江漢石油學(xué)院學(xué)報，2011，33（8）：107－111．