高壓油氣探井井控風(fēng)險(xiǎn)誘因體系及權(quán)重分析

金業(yè)權(quán) 劉剛 紀(jì)永強(qiáng)

中國(guó)石油大學(xué)（華東）

1 問(wèn)題的提出

誘發(fā)井控風(fēng)險(xiǎn)的因素很多［1－2］，將井控風(fēng)險(xiǎn)誘因合理的分類可以為正確識(shí)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(xiǎn)誘因結(jié)構(gòu)體系可以對(duì)高壓油氣井井控風(fēng)險(xiǎn)誘因進(jìn)行分類和識(shí)別；進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)誘因的權(quán)重計(jì)算則可以明確高壓油氣探井開(kāi)發(fā)中的工作重點(diǎn)，為現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)控制提供定量依據(jù)。

2 高壓油氣探井井控風(fēng)險(xiǎn)誘因統(tǒng)計(jì)

以高壓油氣探井井控風(fēng)險(xiǎn)誘因?yàn)槟繕?biāo)展開(kāi)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，并通過(guò)對(duì)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(xiǎn)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)［3－5］，對(duì)每口井從開(kāi)鉆到完鉆期間所發(fā)生過(guò)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(xiǎn)的31個(gè)誘因。在此基礎(chǔ)上對(duì)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(xiǎn)誘因統(tǒng)計(jì)表

3 高壓油氣探井井控風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)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(xiǎn)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(píng)價(jià)指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)圖

圖2 鉆井條件因素評(píng)價(jià)指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)圖

圖3 人為因素評(píng)價(jià)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(xiǎn)，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(xiǎn)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(duì)權(quán)重；④一致性檢驗(yàn)；⑤各層元素對(duì)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(xiǎn)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(guò)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(gè)因素Bi和Bj相對(duì)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(jiàn)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(jí)含義表

4．1．2 準(zhǔn)則層元素相對(duì)權(quán)重計(jì)算

判斷矩陣A的特征向量的每個(gè)向量值就是因素B1～B5對(duì)于地層因素的相對(duì)權(quán)重。為了評(píng)價(jià)層次排序的有效性，還必須對(duì)判斷矩陣的評(píng)定結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。所謂一致性就是對(duì)判斷矩陣中使用標(biāo)度計(jì)分合理與否的一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，計(jì)分明顯不合理，則排序結(jié)果無(wú)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(shí)，則認(rèn)為一致性得到滿足。當(dāng)CR大于等于0．1時(shí)，應(yīng)對(duì)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(jiàn)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(shí)CR＝0．099 8＜0．1，故判斷矩陣滿足一致性。最大特征根所對(duì)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(duì)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(gè)步驟，可以得出方案層的權(quán)重，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)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(xiǎn)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(gè)元素相對(duì)于總目標(biāo)的權(quán)重向量：

第k層上1個(gè)元素對(duì)第k－1層上各元素的相對(duì)權(quán)重向量：

則第k層上元素對(duì)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(duì)目標(biāo)層的權(quán)重向量，ω（k）表示k層對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重，Pk表示k層上1個(gè)元素對(duì)第k－1層上各元素的相對(duì)權(quán)重向量，p（k）表示k層上1個(gè)元素對(duì)第k－1層上各元素的相對(duì)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(duì)總目標(biāo)層“高壓油氣探井井控風(fēng)險(xiǎn)”的影響大小（表5）。

從表5可以看出，通過(guò)對(duì)高壓油氣探井井控風(fēng)險(xiǎn)的誘因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，歸納出的影響因素為31個(gè)；在31個(gè)因素中，氣層對(duì)井控風(fēng)險(xiǎn)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(duì)井控風(fēng)險(xiǎn)的“貢獻(xiàn)”排在第3位，其權(quán)重為0．117。3個(gè)主要因素的權(quán)重和為0．424，可見(jiàn)上述3個(gè)因素對(duì)高壓油氣探井井控事故的總體“貢獻(xiàn)”超過(guò)40%，是今后該地區(qū)高壓油氣探井井控風(fēng)險(xiǎn)控制的重點(diǎn)。

5 結(jié)論

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

2）分別計(jì)算了方案層31個(gè)風(fēng)險(xiǎn)誘因的權(quán)重大小，得出了各風(fēng)險(xiǎn)誘因?qū)Ω邏河蜌馓骄仫L(fēng)險(xiǎn)的影響排序，為定量識(shí)別和評(píng)價(jià)高壓油氣探井井控風(fēng)險(xiǎn)提供定量的理論依據(jù)。

3）氣層、抽汲和防噴器組3個(gè)主要因素對(duì)高壓油氣探井井控事故的總體“貢獻(xiàn)”超過(guò)40%，是今后該地區(qū)高壓油氣探井井控風(fēng)險(xiǎn)控制的重點(diǎn)，這個(gè)計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)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(xiǎn)還需進(jìn)行更深入的分析。

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