金业权 刘刚 纪永强

中国石油大学（华东）

1 问题的提出

诱发井控风险的因素很多［1－2］，将井控风险诱因合理的分类可以为正确识别和防范井控诱因提供可借鉴的理论依据。建立高压油气探井井控风险诱因结构体系可以对高压油气井井控风险诱因进行分类和识别；进行风险诱因的权重计算则可以明确高压油气探井开发中的工作重点，为现场的风险控制提供定量依据。

2 高压油气探井井控风险诱因统计

以高压油气探井井控风险诱因为目标展开调查统计，并通过对西部某油气田山前构造带7区块的近百口井进行单井风险点统计［3－5］，对每口井从开钻到完钻期间所发生过的溢流、井涌、井喷3类事故进行统计，得到诱发高压油气探井井控风险的31个诱因。在此基础上对诱因进行分析归纳，得到表1，表1中的次数是指诱发溢流、井涌、井喷等故障的诱因出现的次数。

表1 高压油气探井井控风险诱因统计表

3 高压油气探井井控风险诱因结构体系的建立

基于表1的调查统计结果，建立高压油气探井井控风险诱因的层次结构模型。第1层次为目标层，也称最高层；第2层次为准则层，也称中间层；第3层次为方案层，也称最底层。该体系将目标层分为3类，第1类为地层相关因素构成的风险诱因，即不可控因素（图1）；第2类为钻井条件因素（图2）；第3类为人为因素（图3）。第2类和第3类都属可控因素。

图1 地层因素评价指标体系结构图

图2 钻井条件因素评价指标体系结构图

图3 人为因素评价指标体系结构图

4 各目标层权重的计算

笔者采用层次分析法［6－9］分析高压油气探井井控风险，主要按照以下步骤进行：①构建高压油气探井井控风险诱因的层次分析结构，如图1～3所示；②构建判断矩阵；③计算各元素的相对权重；④一致性检验；⑤各层元素对目标层的综合权重计算及排序。

结合表1专家调查法的结果，参考目标层的结构，采用层次分析法将地层因素的权值定为0．523 7，钻井条件因素的权值定为0．202 3，人为因素指标权值定为0．274 0。

4．1 地层因素权重的计算

4．1．1 构造比较判断矩阵

建立了高压油气探井井控风险诱因的层次结构模型后，就确定了各层次因素之间的主从关系，进而可以通过两两比较的方法构造体现这种主、从关系的判断矩阵。如果以目标层A“地层因素”为最高层，它所支配的准则层B中的元素包括“流体性质、特殊岩性、井眼复杂、异常压力和层位不清”5类，比较准则层中任意两个因素Bi和Bj相对于A的重要性程度，按1～9的比例标度赋值，标度数值及其意义见表2，在此基础上可以构造准则层指标重要性判断矩阵A。

表2 标度值及其等级含义表

4．1．2 准则层元素相对权重计算

判断矩阵A的特征向量的每个向量值就是因素B1～B5对于地层因素的相对权重。为了评价层次排序的有效性，还必须对判断矩阵的评定结果进行一致性检验。所谓一致性就是对判断矩阵中使用标度计分合理与否的一个评价指标，计分明显不合理，则排序结果无效。由于判断矩阵是由专家凭借经验模糊量化的，做到完全一致性是不可能的，使用随机一致性比值CR进行判断，当CR小于0．1时，则认为一致性得到满足。当CR大于等于0．1时，应对判断矩阵作适当修正，直到取得满意的一致性为止。CR的计算公式如下［10－11］：

式中RI为比例系数，与判断矩阵的阶数n有关，RI的取值见表3所示。CI为一致性指标，其计算公式如式（3）所示，λ为判断矩阵的最大特征根。

求解得出判断矩阵A的最大特征根为5．447 1，矩阵的阶数n为5，查表3得RI等于1．12，此时CR＝0．099 8＜0．1，故判断矩阵满足一致性。最大特征根所对应的特征向量为：

归一化后得权重Wmax＝ （0．593 7，0．053 4，0．139 5，0．282 8，0．030 6）T。

表3 平均随机一致性指标表

4．1．3 方案层权重的计算

计算各方案层的相对权重的方法与准则层相同，按照判断矩阵、特征向量、一致性检验和权重归一化4个步骤，可以得出方案层的权重，计算结果见4。

表4 地层因素各方案层权重表

同上，可以计算目标层“钻井条件”及“人为因素”的各层次权重。

4．2 高压油气探井井控风险诱因权重大小的层次总排序

合成权重的计算要自上而下，将各单准则下的权重进行合成，假定已求出第k－1层上n个元素相对于总目标的权重向量：

第k层上1个元素对第k－1层上各元素的相对权重向量：

则第k层上元素对总目标的合成权重向量为W（k）：

由此可得递推合成权重表达式：

式中Wk表示第k层对目标层的权重向量，ω（k）表示k层对目标层的权重，Pk表示k层上1个元素对第k－1层上各元素的相对权重向量，p（k）表示k层上1个元素对第k－1层上各元素的相对权重。

设所有因素的合成权重之和为1，即可得出各方案层因素对总目标层“高压油气探井井控风险”的影响大小（表5）。

从表5可以看出，通过对高压油气探井井控风险的诱因进行统计，归纳出的影响因素为31个；在31个因素中，气层对井控风险的“贡献”最大，其权重达0．161，其次是抽汲，其权重为0．146；防喷器组对井控风险的“贡献”排在第3位，其权重为0．117。3个主要因素的权重和为0．424，可见上述3个因素对高压油气探井井控事故的总体“贡献”超过40%，是今后该地区高压油气探井井控风险控制的重点。

5 结论

1）通过对溢流、井涌和井喷案例的分析，识别了高压油气探井井控风险诱因；利用层次分析法建立了高压油气探井井控风险诱因层次结构，将高压油气探井井喷风险诱因归类为地层因素、钻井条件因素、人为因素3个指标体系。

2）分别计算了方案层31个风险诱因的权重大小，得出了各风险诱因对高压油气探井井控风险的影响排序，为定量识别和评价高压油气探井井控风险提供定量的理论依据。

3）气层、抽汲和防喷器组3个主要因素对高压油气探井井控事故的总体“贡献”超过40%，是今后该地区高压油气探井井控风险控制的重点，这个计算结果与现场实际是相符合的。

4）本文的结论是基于数据统计的结果，具有一定的局限性，具体地区的高压油气探井井控风险还需进行更深入的分析。

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