楊志，康露，侯攀，徐立，黎洪珍

川東地區(qū)氣田水回注系統(tǒng)風險評價方法

楊志1*，康露1，侯攀2，徐立3，黎洪珍3

1.西南石油大學石油與天然氣工程學院，四川成都610500 2.中海石油海南天然氣有限公司，海南洋浦578101
3.中國石油西南油氣田分公司重慶氣礦，重慶江北400021

氣田水回注系統(tǒng)包括地面處理站、輸水管線、回注井筒、回注地層4大子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)的任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，整個注水系統(tǒng)都可能癱瘓甚至發(fā)生較大的環(huán)境污染，但目前氣田水回注系統(tǒng)尚缺乏可靠、完善的風險評價方法。在對4個子系統(tǒng)的失效因素統(tǒng)計分析基礎(chǔ)上，利用各失效因素的統(tǒng)計頻率確定了各級各項指標的權(quán)重，并借鑒肯特風險評價模型，從失效因素和失效后果兩個方面建立了適用于氣田水回注系統(tǒng)以及各子系統(tǒng)的風險評價方法與指標體系，提供了相應(yīng)的安全等級劃分標準。該評價方法既包含對系統(tǒng)可靠性的直接評價，也包括對泄漏后果的評價；既可用于各子系統(tǒng)的評價，也可將對各子系統(tǒng)的評價加權(quán)后用于整個回注系統(tǒng)。對川東氣田實際回注系統(tǒng)的評價表明，評價結(jié)果與現(xiàn)場宏觀認識一致，驗證了評價方法的可行性。

氣田水；回注系統(tǒng)；安全風險；評價方法；指標體系

1 氣田水回注系統(tǒng)風險評價模型與方法

氣田水回注系統(tǒng)涉及地面處理站、輸水管線、回注井筒、回注地層4大子系統(tǒng)。由于氣田水往往具有Cl?含量高、有害氣體含量高等特點，各子系統(tǒng)的任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都可能造成嚴重的環(huán)境污染［1-2］。目前，原油管道的風險評價體系已經(jīng)成熟，相關(guān)學者對回注井筒、回注地層等單項風險評價方法做了初探［3-4］，但針對氣田水回注系統(tǒng)尚沒有專門的風險評價方法與指標。鑒于氣田水回注系統(tǒng)主要風險是氣田水泄漏對環(huán)境的影響，這與原油管道的風險具有相似性［5］。因此，借鑒較成熟的原油管道風險評價中的肯特模型對氣田水回注系統(tǒng)進行評價，其評價模型如圖1所示。

圖1風險評價模型Fig.1 The risk evaluation model

圖1 中，“系統(tǒng)或失效指標i”既可以是處理站、輸水管線、回注井井筒、回注層等子系統(tǒng)，也可以代表某子系統(tǒng)中的各級安全風險指標。氣田水回注系統(tǒng)風險評價包括失效因素評價與滲漏影響因素評價兩個方面：失效因素是對系統(tǒng)可靠性或安全性的直接評價，得分（失效指標之和）越高則系統(tǒng)可靠性越高；泄漏影響因素是對系統(tǒng)失效后果的評價，利用相對風險分數(shù)評價系統(tǒng)的風險等級。

泄漏影響因素主要包括介質(zhì)危害、泄漏速度、泄漏量和周圍環(huán)境幾個方面，應(yīng)結(jié)合各子系統(tǒng)展開具體分析評價，其中

由于失效因素評價與滲漏影響因素評價的側(cè)重點不同，即使系統(tǒng)的可靠性很高，但只要回注水的危險性很高、發(fā)生泄漏后的危害性很大，其相對風險分值也可能很低，甚至達到高風險等級。

2 子系統(tǒng)指標權(quán)重的確定

回注層、回注井井筒、氣田水輸送管線和氣田水處理站場4部分對于整個氣田水回注系統(tǒng)的重要程度是不同的?；刈雍突刈⒕矁刹糠治挥诘叵拢瑹o法直接進行觀察監(jiān)測以第一時間發(fā)現(xiàn)泄漏事故，同時泄漏后的控制整改非常困難。而地面氣田水輸送管線和地面處理站場位于地表，監(jiān)測較為容易，一旦發(fā)生泄漏能及時予以發(fā)現(xiàn)，控制整改也相對容易。因此，回注層和回注井井筒部分的權(quán)重應(yīng)大于地面氣田水輸送管線和地面處理站場的權(quán)重，采用3：3：2：2的比例。

根據(jù)各失效因素的失效頻率可確定各項失效指標的權(quán)重，失效頻率越高，則對應(yīng)權(quán)重越大，失效頻率越低，則對應(yīng)權(quán)重越小。

失效指標占各層級指標的權(quán)重值按式（3）確定

對子系統(tǒng)各項失效指標評分后，利用指標權(quán)重可計算得到各子系統(tǒng)的失效分值，而回注系統(tǒng)的總失效分值則為子系統(tǒng)的加權(quán)值。

3 各子系統(tǒng)評價方法

地面處理站等4子系統(tǒng)的評價方法同圖1。以回注井筒為例進行說明［6-9］。

回注井井筒的安全風險主要可歸結(jié)為固井質(zhì)量、管串（尤其是套管）損傷程度、誤操作3個二級指標。固井質(zhì)量評價又包括水泥返高、全井水泥膠結(jié)程度、竄槽（試壓）和回注層上部優(yōu)質(zhì)固井段長度4個三級指標；管串損傷評價包括管串腐蝕情況、管串剩余強度兩個三級指標；誤操作又分為設(shè)計、建設(shè)、運行、維護幾個三級指標。根據(jù)川東地區(qū)井筒失效因素統(tǒng)計得出的各層級指標權(quán)重及評分標準見表1。

表1 回注井井筒安全因素評價表Tab.1 Safety evaluation of reinjection wellbore

4 氣田水回注系統(tǒng)安全等級

4.1 按失效因素評分進行等級劃分

在得到總的失效因素評分后，將其與安全指標進行對比，可得到各子系統(tǒng)以及整個回注系統(tǒng)的安全情況。但目前安全指標沒有統(tǒng)一標準，參考相關(guān)評價模型［10-15］，采用表2的標準進行評價，可根據(jù)氣田實際情況進行修正。

表2中，安全級失效概率很低；臨界安全級屬于過渡性階段，事故正處于萌發(fā)階段，偶爾有失效情況發(fā)生；危險級屬于可能發(fā)生事故的階段，失效頻率較高。

表2 安全評價標準Tab.2 Safety evaluation standard

4.2 按相對風險值進行等級劃分

目前對于風險指標也沒有統(tǒng)一的標準，借鑒輸氣管線風險指標，因評價對象是氣田水，危害較小，將其風險指標適當放寬，得到表3的指標表。

表3中，低風險等級或較低風險等級可以認為系統(tǒng)是很安全或較安全的，輸送介質(zhì)危害較小，系統(tǒng)的各項因素很好；中等風險等級的屬于過渡性階段或輸送介質(zhì)有一定危害，系統(tǒng)各項因素能正常使用；較高風險等級屬于事故正在萌發(fā)的階段或輸送介質(zhì)危害較大；高風險等級屬于可能發(fā)生事故或輸送介質(zhì)危害很大。

表3 風險等級Tab.3 G_r_a_d_eo_fr_is_k_

5 風險評價方法的應(yīng)用

5.1 TD89井回注系統(tǒng)基本情況

以TD89井回注系統(tǒng)為例。該井2002年10月完鉆，井深2 519 m，襯管完井，2004年3月起開始用于氣田水回注，累計回注量達70×104m3。

5.1.1 回注層情況

回注層位T3x、T2l13裂縫發(fā)育，鉆井時該段漏失嚴重?；刈⑺飨蜉^低的梁平向斜，該層水與外界聯(lián)系程度較差；須家河組頂部泥頁巖隔水性較好。

5.1.2 井筒情況

TD89井各層套管的水泥返高、試壓情況如表4所示。

表4 TD89井水泥返高、試壓情況表Tab.4 Cement return height and pressure test of Well TD89

2009年7月油套檢測表明：9′′套管外壁在659～660 m、1 248～1 249 m、1 499～1 500 m、1 634～1 635 m和1 837～1 838 m處存在輕微磨損損傷，7′′套管內(nèi)壁在2 048～2 049 m、2 058 m、2 061 m和2 236 m處存在輕微的腐蝕損傷。

5.1.3 地面回注系統(tǒng)情況

（1）氣田水處理站場情況

處理站設(shè)置在TD90井站內(nèi)，為沉淀加過濾流程，泵壓1.3～1.5 MPa，分離器至轉(zhuǎn)水泵安裝有除垢裝置；站內(nèi)回注管線腐蝕狀況嚴重，曾發(fā)生穿孔現(xiàn)象。

（2）氣田水輸送管線情況

TD90井-TD89井有兩條玻璃鋼輸水管線，長度1.93 km，設(shè)計壓力5 MPa、運行壓力1.5 MPa，設(shè)計輸水量25 m3/h，實際輸水量13 m3/h。管線穿越機耕道5處、河流1處、水渠3處、水溝1處；水壓試驗壓力5 MPa，合格；常規(guī)管道埋深為0.7 m，穿越河流段采用套管保護，穿越農(nóng)田管道埋深為0.8 m。

5.1.4 回注水水質(zhì)情況

懸浮物含量255.0 mg/L，＜10μm的粒度占65.1%，硫化物含量31.7 mg/L，氯離子含量30 097 mg/L，重碳酸根離子含量689.2 mg/L。

5.2 回注系統(tǒng)風險評價

根據(jù)該回注系統(tǒng)實際情況，其各子系統(tǒng)失效因素指標權(quán)重與得分列于表5，對其整個回注系統(tǒng)的安全評價見表6。

由表5和表6可知，回注層評價為臨界安全級。回注井井筒評價為安全級，風險主要來自回注水對套管的腐蝕，氯根、硫化物和溶解氧含量較高，水質(zhì)腐蝕性較強。氣田水輸送管線評價為安全級，其風險主要來自于最小覆土埋深問題和管道水壓試驗較差。氣田水處理站場評價為臨界安全級，風險主要來自于回注水腐蝕性強，部分設(shè)備材質(zhì)不滿足要求，防護措施不充分?；刈⑾到y(tǒng)總體處于安全級，但由于回注水水質(zhì)較差、泄漏后會造成環(huán)境污染，各部分處于較低風險-較高風險間，該評價結(jié)果與對TD89井回注系統(tǒng)的現(xiàn)場宏觀認識相符。

表5 各子系統(tǒng)失效因素指標權(quán)重與得分Tab.5 Detail failure factors weight and score of each subsystem

表6 TD89井回注系統(tǒng)評價結(jié)果Tab.6 Reinjection system evaluation results of Well TD89

6 結(jié)論

（1）借鑒肯特模型從失效因素和失效后果兩個方面建立了適用于氣田水回注系統(tǒng)以及各子系統(tǒng)的風險評價方法，該方法的現(xiàn)場應(yīng)用表明，可滿足氣田水回注系統(tǒng)的評價需要。

（2）風險評價包含失效因素評價與泄漏影響因素評價兩部分，前者是對系統(tǒng)可靠性的直接評價，后者是對泄漏后果的評價。即使系統(tǒng)可靠性很高，如果輸送介質(zhì)危險性很高、發(fā)生泄漏后的危害性很大，同樣存在高風險的可能。

（3）采用失效頻率確定各指標的權(quán)重時，失效頻率高，則對應(yīng)權(quán)重較高，失效頻率低，則對應(yīng)權(quán)重較低，權(quán)重可根據(jù)氣田具體情況進行調(diào)整。

（4）進行安全等級劃分時，可根據(jù)氣田實際情況對等級、分數(shù)進行適當?shù)男拚?/p>

［1］李捷.重慶氣礦氣田采出水回注的可行性研究［D］.成都：西南石油大學，2007.

［2］江杰，錢濤，騫惠蘭.氣田水回注風險防控對策研究［J］.油氣田環(huán)境保護，2013，23（5）：44-46. JIANG Jie，QIAN Tao，JIAN Huilan.Study on the risk prevention and control countermeasures of gas field water reinjection［J］.Environmental Protection of Oil&Gas Fields，2013，23（5）：44-46.

［3］況雪梅，張鳳瓊，李大鵬，等.氣田水回注井井身結(jié)構(gòu)完整性評價方法初探［J］.鉆采工藝，2013，36（6）：67-70.

［4］王政，唐春凌，胡金燕，等.油氣田廢水地下灌注技術(shù)及其環(huán)境風險分析［J］.石油鉆采工藝，2010，32（增）：162-166.

［5］Muhlbauer Kent W.管道風險管理手冊［M］.楊嘉瑜，譯.北京：中國石化出版社，2005：34-38.

［6］高進偉.復雜井況下套管的可靠性與風險評估研究［D］.北京：中國石油大學，2007：25-34.

［7］石油鉆井專業(yè)標準化委員會.SY/T65922004固井質(zhì)量評價方法［S］.北京：石油工業(yè)出版社，2004.

［8］石油鉆井工程專業(yè)標準化委員會.SY/T54672007套管柱試壓規(guī)范［S］.北京：石油工業(yè)出版社，2007.

［9］石油鉆井工程專業(yè)標準化委員會.SY/T53222000套管柱強度設(shè)計方法［S］.北京：石油工業(yè)出版社，2000.

［10］歐陽沐鯤，茍文安，艾小豐.天東90井氣田水管線結(jié)垢原因分析［J］.天然氣勘探與開發(fā)，2012，35（2）：78-80. OUYANG Mukun，GOU Wenan，AI Xiaofeng.Cause analysis of the scaling in gas field water pipeline of Tiandong 90 Well［J］.Natural Gas Exploration& Development，2012，35（2）：78-80.

［11］張文艷.在役輸氣管道特殊管段的風險評價技術(shù)研究［D］.成都：西南石油大學，2007：32-41.

［12］郭詠梅，魏秦文，徐淼，等.長輸管線風險評價隨機方法研究［J］.西南石油大學（自然科學版），2010，32（2）：174-177. GUO Yongmei，WEI Qinwen，XU Miao，et al.Study on risk assessment for long distance pipeline with stochastic method［J］.Journal of Southwest Petroleum University（Science&TechnologyEdition），2010，32（2）：174-177.

［13］朱喜平，張來斌，梁偉.長輸管道壓氣站定量風險評價［J］.油氣田地面工程，2014，33（5）：3-4.

［14］唐奕，范小霞，趙建，等.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的壓氣站風險評價方法［J］.管道技術(shù)與設(shè)備，2011（2）：33-35，41. TANG Yi，F(xiàn)AN Xiaoxia，ZHAO Jian，et al.Compressor station risk assessement method based on BP neural network［J］.PipelineTechniqueandEquipment，2011（2）：33-35，41.

［15］熊亮.城市CNG加氣站安全評價模型的建立［J］.科技創(chuàng)新導報，2012（4）：12-13.

黎洪珍，1963年生，女，漢族，重慶人，高級工程師，主要從事油氣開發(fā)方面的研究。E-mail：lihz@petrochina.com.cn

編輯：牛靜靜

編輯部網(wǎng)址：http：//zk.swpuxb.com

Risk Assessment Method of Gas Field Water Reinjection System in East Sichuan

YANG Zhi1*，KANG Lu1，HOU Pan2，XU Li3，LI Hongzhen3
1.School of Oil&Natural Gas Engineering，Southwest Petroleum University，Chengdu，Sichuan 610500，China
2.CNOOC Hainan Gas Co.，Ltd，Yangpu，Hainan 578101，China
3.Chongqing Gas Field，Southwest Oil and Gas Filed Company of PetroChina，Jiangbei，Chongqing 400021，China

Water reinjection system has four subsystems，including surface treatment station，water pipelines，reinjection wellbore and reinjection layers.When a problem develops in any part of any subsystem，the whole water reinjection system will be paralyzed or lead to great environmental pollution，but there is not a reliable，perfect risk assessment method of gas field water reinjection system.In this paper，all failure factors and their evaluation standards of each subsystem are summarized，and the weight of each index is determined according to the statistical results for failure frequency of each failure factor.Complete，practical risk evaluation method for gas field water reinjection system and each subsystem was established through combining with the influencing factors evaluation of leakage and referring to Kent risk evaluation model.Meanwhile，two kinds of safety grade division standard were provided.This evaluation method includes both direct evaluation on the reliability of the system andtheevaluationoftheleakconsequence；itcannotonlybeusedtoevaluateofeachsubsystembutalsocanbeusedtoevaluate the whole reinjection system by weighting evaluation results of each subsystem.The risk evaluation of reinjection system in East Sichuan Gas Fields agree with the on-site observation，which has proved the feasibility of this risk assessment method.

gas field water；reinjection system；safety risk；assessment method；norm system

楊志，1967年生，男，漢族，重慶綦江人，教授，碩士，主要從事機械采油、排水采氣、海上油氣井測試與流動保障等方面的科研和教學工作。E-mail：yz_swpi@163.com

康露，1990年生，女，漢族，四川江油人，助理實驗師，碩士，主要從事采油氣工程與海洋油氣流動保障方面的研究工作。E-mail：kanglululululu@sina.com

侯攀，1983年生，男，漢族，四川江油人，助理工程師，碩士，主要從事建筑施工工作。E-mail：233688295@qq.com

徐立，1963年生，男，漢族，重慶人，高級工程師，主要從事油氣開發(fā)方面的研究。E-mail：xul@petrochina.com.cn

10.11885/j.issn.1674-5086.2013.11.20.02

1674-5086（2016）01-0152-06

TE88

A

http：//www.cnki.net/kcms/detail/51.1718.TE.20160108.0912.002.html

楊志，康露，侯攀，等．川東地區(qū)氣田水回注系統(tǒng)風險評價方法［J］．西南石油大學學報（自然科學版），2016，38（1）：152-157．

YANG Zhi，KANG Lu，HOU Pan，et al．Risk Assessment Method of Gas Field Water Reinjection System in East Sichuan［J］．Journal of Southwest Petroleum University（Science&Technology Edition），2016，38（1）：152-157．*

2013-11-20網(wǎng)絡(luò)出版時間：2016-01-08

楊志，E-mail：yz_swpi@163.com