杨志，康露，侯攀，徐立，黎洪珍

川东地区气田水回注系统风险评价方法

杨志1*，康露1，侯攀2，徐立3，黎洪珍3

1.西南石油大学石油与天然气工程学院，四川成都610500 2.中海石油海南天然气有限公司，海南洋浦578101
3.中国石油西南油气田分公司重庆气矿，重庆江北400021

气田水回注系统包括地面处理站、输水管线、回注井筒、回注地层4大子系统，各子系统的任一环节出现问题，整个注水系统都可能瘫痪甚至发生较大的环境污染，但目前气田水回注系统尚缺乏可靠、完善的风险评价方法。在对4个子系统的失效因素统计分析基础上，利用各失效因素的统计频率确定了各级各项指标的权重，并借鉴肯特风险评价模型，从失效因素和失效后果两个方面建立了适用于气田水回注系统以及各子系统的风险评价方法与指标体系，提供了相应的安全等级划分标准。该评价方法既包含对系统可靠性的直接评价，也包括对泄漏后果的评价；既可用于各子系统的评价，也可将对各子系统的评价加权后用于整个回注系统。对川东气田实际回注系统的评价表明，评价结果与现场宏观认识一致，验证了评价方法的可行性。

气田水；回注系统；安全风险；评价方法；指标体系

1 气田水回注系统风险评价模型与方法

气田水回注系统涉及地面处理站、输水管线、回注井筒、回注地层4大子系统。由于气田水往往具有Cl−含量高、有害气体含量高等特点，各子系统的任一环节出现问题，都可能造成严重的环境污染［1-2］。目前，原油管道的风险评价体系已经成熟，相关学者对回注井筒、回注地层等单项风险评价方法做了初探［3-4］，但针对气田水回注系统尚没有专门的风险评价方法与指标。鉴于气田水回注系统主要风险是气田水泄漏对环境的影响，这与原油管道的风险具有相似性［5］。因此，借鉴较成熟的原油管道风险评价中的肯特模型对气田水回注系统进行评价，其评价模型如图1所示。

图1风险评价模型Fig.1 The risk evaluation model

图1 中，“系统或失效指标i”既可以是处理站、输水管线、回注井井筒、回注层等子系统，也可以代表某子系统中的各级安全风险指标。气田水回注系统风险评价包括失效因素评价与渗漏影响因素评价两个方面：失效因素是对系统可靠性或安全性的直接评价，得分（失效指标之和）越高则系统可靠性越高；泄漏影响因素是对系统失效后果的评价，利用相对风险分数评价系统的风险等级。

泄漏影响因素主要包括介质危害、泄漏速度、泄漏量和周围环境几个方面，应结合各子系统展开具体分析评价，其中

由于失效因素评价与渗漏影响因素评价的侧重点不同，即使系统的可靠性很高，但只要回注水的危险性很高、发生泄漏后的危害性很大，其相对风险分值也可能很低，甚至达到高风险等级。

2 子系统指标权重的确定

回注层、回注井井筒、气田水输送管线和气田水处理站场4部分对于整个气田水回注系统的重要程度是不同的。回注层和回注井井筒两部分位于地下，无法直接进行观察监测以第一时间发现泄漏事故，同时泄漏后的控制整改非常困难。而地面气田水输送管线和地面处理站场位于地表，监测较为容易，一旦发生泄漏能及时予以发现，控制整改也相对容易。因此，回注层和回注井井筒部分的权重应大于地面气田水输送管线和地面处理站场的权重，采用3：3：2：2的比例。

根据各失效因素的失效频率可确定各项失效指标的权重，失效频率越高，则对应权重越大，失效频率越低，则对应权重越小。

失效指标占各层级指标的权重值按式（3）确定

对子系统各项失效指标评分后，利用指标权重可计算得到各子系统的失效分值，而回注系统的总失效分值则为子系统的加权值。

3 各子系统评价方法

地面处理站等4子系统的评价方法同图1。以回注井筒为例进行说明［6-9］。

回注井井筒的安全风险主要可归结为固井质量、管串（尤其是套管）损伤程度、误操作3个二级指标。固井质量评价又包括水泥返高、全井水泥胶结程度、窜槽（试压）和回注层上部优质固井段长度4个三级指标；管串损伤评价包括管串腐蚀情况、管串剩余强度两个三级指标；误操作又分为设计、建设、运行、维护几个三级指标。根据川东地区井筒失效因素统计得出的各层级指标权重及评分标准见表1。

表1 回注井井筒安全因素评价表Tab.1 Safety evaluation of reinjection wellbore

4 气田水回注系统安全等级

4.1 按失效因素评分进行等级划分

在得到总的失效因素评分后，将其与安全指标进行对比，可得到各子系统以及整个回注系统的安全情况。但目前安全指标没有统一标准，参考相关评价模型［10-15］，采用表2的标准进行评价，可根据气田实际情况进行修正。

表2中，安全级失效概率很低；临界安全级属于过渡性阶段，事故正处于萌发阶段，偶尔有失效情况发生；危险级属于可能发生事故的阶段，失效频率较高。

表2 安全评价标准Tab.2 Safety evaluation standard

4.2 按相对风险值进行等级划分

目前对于风险指标也没有统一的标准，借鉴输气管线风险指标，因评价对象是气田水，危害较小，将其风险指标适当放宽，得到表3的指标表。

表3中，低风险等级或较低风险等级可以认为系统是很安全或较安全的，输送介质危害较小，系统的各项因素很好；中等风险等级的属于过渡性阶段或输送介质有一定危害，系统各项因素能正常使用；较高风险等级属于事故正在萌发的阶段或输送介质危害较大；高风险等级属于可能发生事故或输送介质危害很大。

表3 风险等级Tab.3 G_r_a_d_eo_fr_is_k_

5 风险评价方法的应用

5.1 TD89井回注系统基本情况

以TD89井回注系统为例。该井2002年10月完钻，井深2 519 m，衬管完井，2004年3月起开始用于气田水回注，累计回注量达70×104m3。

5.1.1 回注层情况

回注层位T3x、T2l13裂缝发育，钻井时该段漏失严重。回注水流向较低的梁平向斜，该层水与外界联系程度较差；须家河组顶部泥页岩隔水性较好。

5.1.2 井筒情况

TD89井各层套管的水泥返高、试压情况如表4所示。

表4 TD89井水泥返高、试压情况表Tab.4 Cement return height and pressure test of Well TD89

2009年7月油套检测表明：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处存在轻微磨损损伤，7′′套管内壁在2 048～2 049 m、2 058 m、2 061 m和2 236 m处存在轻微的腐蚀损伤。

5.1.3 地面回注系统情况

（1）气田水处理站场情况

处理站设置在TD90井站内，为沉淀加过滤流程，泵压1.3～1.5 MPa，分离器至转水泵安装有除垢装置；站内回注管线腐蚀状况严重，曾发生穿孔现象。

（2）气田水输送管线情况

TD90井-TD89井有两条玻璃钢输水管线，长度1.93 km，设计压力5 MPa、运行压力1.5 MPa，设计输水量25 m3/h，实际输水量13 m3/h。管线穿越机耕道5处、河流1处、水渠3处、水沟1处；水压试验压力5 MPa，合格；常规管道埋深为0.7 m，穿越河流段采用套管保护，穿越农田管道埋深为0.8 m。

5.1.4 回注水水质情况

悬浮物含量255.0 mg/L，＜10µm的粒度占65.1%，硫化物含量31.7 mg/L，氯离子含量30 097 mg/L，重碳酸根离子含量689.2 mg/L。

5.2 回注系统风险评价

根据该回注系统实际情况，其各子系统失效因素指标权重与得分列于表5，对其整个回注系统的安全评价见表6。

由表5和表6可知，回注层评价为临界安全级。回注井井筒评价为安全级，风险主要来自回注水对套管的腐蚀，氯根、硫化物和溶解氧含量较高，水质腐蚀性较强。气田水输送管线评价为安全级，其风险主要来自于最小覆土埋深问题和管道水压试验较差。气田水处理站场评价为临界安全级，风险主要来自于回注水腐蚀性强，部分设备材质不满足要求，防护措施不充分。回注系统总体处于安全级，但由于回注水水质较差、泄漏后会造成环境污染，各部分处于较低风险-较高风险间，该评价结果与对TD89井回注系统的现场宏观认识相符。

表5 各子系统失效因素指标权重与得分Tab.5 Detail failure factors weight and score of each subsystem

表6 TD89井回注系统评价结果Tab.6 Reinjection system evaluation results of Well TD89

6 结论

（1）借鉴肯特模型从失效因素和失效后果两个方面建立了适用于气田水回注系统以及各子系统的风险评价方法，该方法的现场应用表明，可满足气田水回注系统的评价需要。

（2）风险评价包含失效因素评价与泄漏影响因素评价两部分，前者是对系统可靠性的直接评价，后者是对泄漏后果的评价。即使系统可靠性很高，如果输送介质危险性很高、发生泄漏后的危害性很大，同样存在高风险的可能。

（3）采用失效频率确定各指标的权重时，失效频率高，则对应权重较高，失效频率低，则对应权重较低，权重可根据气田具体情况进行调整。

（4）进行安全等级划分时，可根据气田实际情况对等级、分数进行适当的修正。

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黎洪珍，1963年生，女，汉族，重庆人，高级工程师，主要从事油气开发方面的研究。E-mail：lihz@petrochina.com.cn

编辑：牛静静

编辑部网址：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

杨志，1967年生，男，汉族，重庆綦江人，教授，硕士，主要从事机械采油、排水采气、海上油气井测试与流动保障等方面的科研和教学工作。E-mail：yz_swpi@163.com

康露，1990年生，女，汉族，四川江油人，助理实验师，硕士，主要从事采油气工程与海洋油气流动保障方面的研究工作。E-mail：kanglululululu@sina.com

侯攀，1983年生，男，汉族，四川江油人，助理工程师，硕士，主要从事建筑施工工作。E-mail：233688295@qq.com

徐立，1963年生，男，汉族，重庆人，高级工程师，主要从事油气开发方面的研究。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

杨志，康露，侯攀，等．川东地区气田水回注系统风险评价方法［J］．西南石油大学学报（自然科学版），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网络出版时间：2016-01-08

杨志，E-mail：yz_swpi@163.com