高壓油氣探井井控風險誘因體系及權重分析

金業權 劉剛 紀永強

中國石油大學（華東）

1 問題的提出

誘發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。建立高壓油氣探井井控風險誘因結構體系可以對高壓油氣井井控風險誘因進行分類和識別；進行風險誘因的權重計算則可以明確高壓油氣探井開發中的工作重點，為現場的風險控制提供定量依據。

2 高壓油氣探井井控風險誘因統計

以高壓油氣探井井控風險誘因為目標展開調查統計，并通過對西部某油氣田山前構造帶7區塊的近百口井進行單井風險點統計［3－5］，對每口井從開鉆到完鉆期間所發生過的溢流、井涌、井噴3類事故進行統計，得到誘發高壓油氣探井井控風險的31個誘因。在此基礎上對誘因進行分析歸納，得到表1，表1中的次數是指誘發溢流、井涌、井噴等故障的誘因出現的次數。

表1 高壓油氣探井井控風險誘因統計表

3 高壓油氣探井井控風險誘因結構體系的建立

基于表1的調查統計結果，建立高壓油氣探井井控風險誘因的層次結構模型。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類為地層相關因素構成的風險誘因，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構圖

圖2 鉆井條件因素評價指標體系結構圖

圖3 人為因素評價指標體系結構圖

4 各目標層權重的計算

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構建高壓油氣探井井控風險誘因的層次分析結構，如圖1～3所示；②構建判斷矩陣；③計算各元素的相對權重；④一致性檢驗；⑤各層元素對目標層的綜合權重計算及排序。

結合表1專家調查法的結果，參考目標層的結構，采用層次分析法將地層因素的權值定為0．523 7，鉆井條件因素的權值定為0．202 3，人為因素指標權值定為0．274 0。

4．1 地層因素權重的計算

4．1．1 構造比較判斷矩陣

建立了高壓油氣探井井控風險誘因的層次結構模型后，就確定了各層次因素之間的主從關系，進而可以通過兩兩比較的方法構造體現這種主、從關系的判斷矩陣。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、特殊巖性、井眼復雜、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，標度數值及其意義見表2，在此基礎上可以構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，則排序結果無效。由于判斷矩陣是由專家憑借經驗模糊量化的，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，與判斷矩陣的階數n有關，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。最大特征根所對應的特征向量為：

歸一化后得權重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 方案層權重的計算

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

表4 地層因素各方案層權重表

同上，可以計算目標層“鉆井條件”及“人為因素”的各層次權重。

4．2 高壓油氣探井井控風險誘因權重大小的層次總排序

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

第k層上1個元素對第k－1層上各元素的相對權重向量：

則第k層上元素對總目標的合成權重向量為W（k）：

由此可得遞推合成權重表達式：

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

設所有因素的合成權重之和為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”的影響大小（表5）。

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，其權重達0．161，其次是抽汲，其權重為0．146；防噴器組對井控風險的“貢獻”排在第3位，其權重為0．117。3個主要因素的權重和為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%，是今后該地區高壓油氣探井井控風險控制的重點。

5 結論

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層次結構，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個風險誘因的權重大小，得出了各風險誘因對高壓油氣探井井控風險的影響排序，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。

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%，是今后該地區高壓油氣探井井控風險控制的重點，這個計算結果與現場實際是相符合的。

4）本文的結論是基于數據統計的結果，具有一定的局限性，具體地區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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