金業(yè)權(quán) 劉剛 紀永強

中國石油大學（華東）

1 問題的提出

誘發(fā)井控風險的因素很多［1－2］，將井控風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險誘因結(jié)構(gòu)體系可以對高壓油氣井井控風險誘因進行分類和識別；進行風險誘因的權(quán)重計算則可以明確高壓油氣探井開發(fā)中的工作重點，為現(xiàn)場的風險控制提供定量依據(jù)。

2 高壓油氣探井井控風險誘因統(tǒng)計

以高壓油氣探井井控風險誘因為目標展開調(diào)查統(tǒng)計，并通過對西部某油氣田山前構(gòu)造帶7區(qū)塊的近百口井進行單井風險點統(tǒng)計［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類事故進行統(tǒng)計，得到誘發(fā)高壓油氣探井井控風險的31個誘因。在此基礎(chǔ)上對誘因進行分析歸納，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險誘因統(tǒng)計表

3 高壓油氣探井井控風險誘因結(jié)構(gòu)體系的建立

基于表1的調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果，建立高壓油氣探井井控風險誘因的層次結(jié)構(gòu)模型。第1層次為目標層，也稱最高層；第2層次為準則層，也稱中間層；第3層次為方案層，也稱最底層。該體系將目標層分為3類，第1類為地層相關(guān)因素構(gòu)成的風險誘因，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 地層因素評價指標體系結(jié)構(gòu)圖

圖2 鉆井條件因素評價指標體系結(jié)構(gòu)圖

圖3 人為因素評價指標體系結(jié)構(gòu)圖

4 各目標層權(quán)重的計算

筆者采用層次分析法［6－9］分析高壓油氣探井井控風險，主要按照以下步驟進行：①構(gòu)建高壓油氣探井井控風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計算各元素的相對權(quán)重；④一致性檢驗；⑤各層元素對目標層的綜合權(quán)重計算及排序。

結(jié)合表1專家調(diào)查法的結(jié)果，參考目標層的結(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，人為因素指標權(quán)值定為0．274 0。

4．1 地層因素權(quán)重的計算

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。如果以目標層A“地層因素”為最高層，它所支配的準則層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的比例標度賦值，標度數(shù)值及其意義見表2，在此基礎(chǔ)上可以構(gòu)造準則層指標重要性判斷矩陣A。

表2 標度值及其等級含義表

4．1．2 準則層元素相對權(quán)重計算

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)果進行一致性檢驗。所謂一致性就是對判斷矩陣中使用標度計分合理與否的一個評價指標，計分明顯不合理，則排序結(jié)果無效。由于判斷矩陣是由專家憑借經(jīng)驗?zāi)：炕?，做到完全一致性是不可能的，使用隨機一致性比值CR進行判斷，當CR小于0．1時，則認為一致性得到滿足。當CR大于等于0．1時，應(yīng)對判斷矩陣作適當修正，直到取得滿意的一致性為止。CR的計算公式如下［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，其計算公式如式（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 平均隨機一致性指標表

4．1．3 方案層權(quán)重的計算

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

表4 地層因素各方案層權(quán)重表

同上，可以計算目標層“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險誘因權(quán)重大小的層次總排序

合成權(quán)重的計算要自上而下，將各單準則下的權(quán)重進行合成，假定已求出第k－1層上n個元素相對于總目標的權(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層上元素對總目標的合成權(quán)重向量為W（k）：

由此可得遞推合成權(quán)重表達式：

式中Wk表示第k層對目標層的權(quán)重向量，ω（k）表示k層對目標層的權(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層“高壓油氣探井井控風險”的影響大?。ū?）。

從表5可以看出，通過對高壓油氣探井井控風險的誘因進行統(tǒng)計，歸納出的影響因素為31個；在31個因素中，氣層對井控風險的“貢獻”最大，其權(quán)重達0．161，其次是抽汲，其權(quán)重為0．146；防噴器組對井控風險的“貢獻”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”超過40%，是今后該地區(qū)高壓油氣探井井控風險控制的重點。

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險誘因；利用層次分析法建立了高壓油氣探井井控風險誘因?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)，將高壓油氣探井井噴風險誘因歸類為地層因素、鉆井條件因素、人為因素3個指標體系。

2）分別計算了方案層31個風險誘因的權(quán)重大小，得出了各風險誘因?qū)Ω邏河蜌馓骄仫L險的影響排序，為定量識別和評價高壓油氣探井井控風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”超過40%，是今后該地區(qū)高壓油氣探井井控風險控制的重點，這個計算結(jié)果與現(xiàn)場實際是相符合的。

4）本文的結(jié)論是基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計的結(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險還需進行更深入的分析。

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