严淳鳀，吕红刚，孙巧雷，施 雷，张 红，靳祖文，冯 定,4*

(1.长江大学机械工程学院，荆州 434023；2.湖北省油气钻完井工具工程技术研究中心，荆州 434023；3.中国石油长庆油田分公司第九采油厂，西安 710000；4.非常规油气湖北省协同创新中心，武汉 430100)

在深水油气资源开发和勘探中，深水油气井测试作为其必要手段，对于深水特别是超深水中深水高温高压井测试管柱及地面安全风险评估、高产气井复杂条件下的安全放喷控制要求更高[1]。

在现有的相关研究中[2-4]，针对深水测试作业过程中风险分析大多集中在测试过程中水合物防治、测试工艺流程优化、地层出砂防治等关键技术方面。针对单一技术问题，Chen等[5]针对海底低温易形成天然气水合物问题，强调在深水测试作业过程中选择合适的测试液和测试开关井间隔的重要性，并对影响天然气水合物形成的因素与防治措施进行了讨论；张崇等[6]建立深水气井测试井筒温压场预测模型，研究了测试液性能对井口温度的影响；Li等[7]采用事故树分析法对深水测试作业过程中风险因素进行了分析，得到深水测试事故树模型；孙巧雷等[8]采用Workbench对测试管柱在不同频率、不同水深和不同波动幅度轴向力下的动力响应进行了分析及对应的安全系数进行了计算；Dennis[9]针对测试管柱力学行为、地面流程模块化设计与工艺流程进行了研究与优化。但深水测试作业是极其复杂的过程，且现有研究尚缺乏对深水油气井测试作业系统的风险评估研究，为此，结合深水测试作业中潜在的主要风险，划分了深水测试作业风险评估评价单元，确立了评价指标，结合风险矩阵法和层次分析法，计算了各评价指标的风险值与权重值，最后将其应用于南海某气井测试作业的风险评估，以有效降低南海深水高产气井测试作业风险，为高产气井深水测试现场管理提供参考。

1 深水测试风险因素辨识

南海深水气井测试过程中，影响测试过程安全的环境与井况因素主要有浅层地质灾害、海洋环境影响和井况条件的影响。除了测试作业过程所处的恶劣海洋环境所带来的环境风险，还有测试作业所使用的测试设备与工具的自身不安全状态，以及现场人员不安全的操作行为与企业的管理制度问题等[10-11]。根据以上风险分析从而构建出深水测试作业风险评价指标体系，如图1所示。

图1 深水测试作业风险评价指标体系

2 风险评估模型的建立

2.1 风险矩阵分析

根据建立的深水测试作业风险评估指标体系，由现场工作人员或专家对各个风险评价指标的严重程度S和发生可能性P进行评价打分，从而确立各个风险评价指标的风险值L[12]，可表示为

Li=SiPi

(1)

式(1)中：Li为第i个风险评价指标的风险值；Si为第i个评价指标的严重程度；Pi为第i个评价指标的发生可能性，其取值范围如表1所示。

表1 严重程度与发生可能性指标量化

2.2 层次分析

基于建立的深水测试作业风险评估指标体系，对准则层、子准则层、指标层的各项之间的重要性打分，其中，i和j相比重要性等级如为同等重要则量化值为1，稍微重要则量化值为3，较强重要则量化值为5，强烈重要则量化值为7，极端重要则量化值为9；若元素i与j的重要性之比为aij，那么元素j与i的重要性之比为aji=1/aij，量化值取值为1/3、1/5、1/7、1/9；两相邻判断的中间值取值为2、4、6、8或1/2、1/4、1/6、1/8；对重要性打分后构造各评价指标间重要性判断矩阵A为

(2)

依据式(2)进行一致性检验，其表达式为

CR=CI/RI

(3)

CI=(λmax-n)/(n-1)

(4)

式中：RI为比例系数，与判断矩阵的阶数n有关；CI为一致性指标；λmax为判断矩阵的最大特征根；CR为一致性比率。

如果CR<0.1，则认为一致性得到满足；如果CR≥0.1，应当对判断矩阵进行修正，直到满足一致性为止。最后，计算得到各层评价指标元素对目标层的合成权重[13]。

2.3 风险等级划分

根据各风险因素的风险矩阵方法的基本原理，用风险度R衡量深水测试作业风险的大小，由各风险评价指标所占风险值L和权重值W的函数确定，其表达式为

(5)

根据表2确定对应的风险度分值范围得到相应的风险等级，将深水测试作业的风险度划分为4级。

表2 风险等级划分

3 实例应用

利用上述模型对中国南海深水某油气井测试作业进行风险评估。由油田资料可知，该气井水深在840～1 030 m，最大风速为80 km/h，平均风速为25 km/h，平均气温26.0 ℃；浪高集中在0～6 m，最大浪高为17 m，平均浪高为3 m；无海冰。

以井况与环境风险因素评价单元为例，通过现场专家打分取平均值的方式，得到井况与环境风险因素的各个评价指标发生的严重程度与发生可能性如表3所示。

对各项相对重要性打分后根据式(2)构件井况与环境风险因素的评价指标相对重要性的判断矩阵A。

(6)

(7)

式(7)中：WS为归一化权重。

同理建立层次分析模型中的其他准则层、方案层及目标层的风险矩阵，最终得到各相关因素的合成权重，同时由专家确定各风险因素的发生可能性及严重程度得到风险值，如表3所示。可以看出，井况与环境风险因素是南海深水测试作业面临的主要风险；而在井况与环境风险评价单元的7个评价指标中，对南海深水测试影响较大的风险因素分别为内波流、浅层气、和天然气水合物，其风险度依次为7.826 7、2.393 7、0.944。因此，海流与气井产气量是井况与环境风险的主要影响因素，在生产过程中应重点考虑上述因素带来的问题，并提前做好防治措施。

表3 评价指标风险度及综合排序

4 结论

(1)通过深水测试风险因素的分析及其评价体系构建，能划分深水测试风险单元、梳理深水测试的主要风险单元风险点的组成，便于后续开展深水测试风险评估。

(2)矩阵分析通过严重程度和发生可能性进行风险值计算对风险进行了具体量化，层次分析方法的应用能有效确定各风险点间的数值关系并确定风险点的权重，矩阵分析和层次分析为风险值的计算提供了依据，结合风险等级划分能明确测试井的风险状态。

(3)实例应用结果表明，实例气井风险测试状态良好，主要风险因素是内波流、浅层气和制度及执行，该实例说明了基于风险矩阵和层次分析法进行深水测试井风险评估具有可行性，该方法有助于梳理深水气井测试作业风险，为气井测试现场管理提供参考。

(4)该方法的关键是各风险点的权重计算，但对于多层次风险的权重指标、评分标准等还需进一步的研究，以促进中国深水测试风险评估体系的建立。