川東地區(qū)氣田水回注系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

楊志，康露，侯攀，徐立，黎洪珍

川東地區(qū)氣田水回注系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

楊志1*，康露1，侯攀2，徐立3，黎洪珍3

1.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，四川成都610500 2.中海石油海南天然氣有限公司，海南洋浦578101
3.中國石油西南油氣田分公司重慶氣礦，重慶江北400021

氣田水回注系統(tǒng)包括地面處理站、輸水管線、回注井筒、回注地層4大子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)的任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，整個(gè)注水系統(tǒng)都可能癱瘓甚至發(fā)生較大的環(huán)境污染，但目前氣田水回注系統(tǒng)尚缺乏可靠、完善的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。在對4個(gè)子系統(tǒng)的失效因素統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)上，利用各失效因素的統(tǒng)計(jì)頻率確定了各級(jí)各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，并借鑒肯特風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，從失效因素和失效后果兩個(gè)方面建立了適用于氣田水回注系統(tǒng)以及各子系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法與指標(biāo)體系，提供了相應(yīng)的安全等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)。該評(píng)價(jià)方法既包含對系統(tǒng)可靠性的直接評(píng)價(jià)，也包括對泄漏后果的評(píng)價(jià)；既可用于各子系統(tǒng)的評(píng)價(jià)，也可將對各子系統(tǒng)的評(píng)價(jià)加權(quán)后用于整個(gè)回注系統(tǒng)。對川東氣田實(shí)際回注系統(tǒng)的評(píng)價(jià)表明，評(píng)價(jià)結(jié)果與現(xiàn)場宏觀認(rèn)識(shí)一致，驗(yàn)證了評(píng)價(jià)方法的可行性。

氣田水；回注系統(tǒng)；安全風(fēng)險(xiǎn)；評(píng)價(jià)方法；指標(biāo)體系

1 氣田水回注系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型與方法

氣田水回注系統(tǒng)涉及地面處理站、輸水管線、回注井筒、回注地層4大子系統(tǒng)。由于氣田水往往具有Cl?含量高、有害氣體含量高等特點(diǎn)，各子系統(tǒng)的任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都可能造成嚴(yán)重的環(huán)境污染［1-2］。目前，原油管道的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系已經(jīng)成熟，相關(guān)學(xué)者對回注井筒、回注地層等單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法做了初探［3-4］，但針對氣田水回注系統(tǒng)尚沒有專門的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法與指標(biāo)。鑒于氣田水回注系統(tǒng)主要風(fēng)險(xiǎn)是氣田水泄漏對環(huán)境的影響，這與原油管道的風(fēng)險(xiǎn)具有相似性［5］。因此，借鑒較成熟的原油管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的肯特模型對氣田水回注系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其評(píng)價(jià)模型如圖1所示。

圖1風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型Fig.1 The risk evaluation model

圖1 中，“系統(tǒng)或失效指標(biāo)i”既可以是處理站、輸水管線、回注井井筒、回注層等子系統(tǒng)，也可以代表某子系統(tǒng)中的各級(jí)安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。氣田水回注系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)包括失效因素評(píng)價(jià)與滲漏影響因素評(píng)價(jià)兩個(gè)方面：失效因素是對系統(tǒng)可靠性或安全性的直接評(píng)價(jià)，得分（失效指標(biāo)之和）越高則系統(tǒng)可靠性越高；泄漏影響因素是對系統(tǒng)失效后果的評(píng)價(jià)，利用相對風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

泄漏影響因素主要包括介質(zhì)危害、泄漏速度、泄漏量和周圍環(huán)境幾個(gè)方面，應(yīng)結(jié)合各子系統(tǒng)展開具體分析評(píng)價(jià)，其中

由于失效因素評(píng)價(jià)與滲漏影響因素評(píng)價(jià)的側(cè)重點(diǎn)不同，即使系統(tǒng)的可靠性很高，但只要回注水的危險(xiǎn)性很高、發(fā)生泄漏后的危害性很大，其相對風(fēng)險(xiǎn)分值也可能很低，甚至達(dá)到高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

2 子系統(tǒng)指標(biāo)權(quán)重的確定

回注層、回注井井筒、氣田水輸送管線和氣田水處理站場4部分對于整個(gè)氣田水回注系統(tǒng)的重要程度是不同的?；刈雍突刈⒕矁刹糠治挥诘叵拢瑹o法直接進(jìn)行觀察監(jiān)測以第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)泄漏事故，同時(shí)泄漏后的控制整改非常困難。而地面氣田水輸送管線和地面處理站場位于地表，監(jiān)測較為容易，一旦發(fā)生泄漏能及時(shí)予以發(fā)現(xiàn)，控制整改也相對容易。因此，回注層和回注井井筒部分的權(quán)重應(yīng)大于地面氣田水輸送管線和地面處理站場的權(quán)重，采用3：3：2：2的比例。

根據(jù)各失效因素的失效頻率可確定各項(xiàng)失效指標(biāo)的權(quán)重，失效頻率越高，則對應(yīng)權(quán)重越大，失效頻率越低，則對應(yīng)權(quán)重越小。

失效指標(biāo)占各層級(jí)指標(biāo)的權(quán)重值按式（3）確定

對子系統(tǒng)各項(xiàng)失效指標(biāo)評(píng)分后，利用指標(biāo)權(quán)重可計(jì)算得到各子系統(tǒng)的失效分值，而回注系統(tǒng)的總失效分值則為子系統(tǒng)的加權(quán)值。

3 各子系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法

地面處理站等4子系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法同圖1。以回注井筒為例進(jìn)行說明［6-9］。

回注井井筒的安全風(fēng)險(xiǎn)主要可歸結(jié)為固井質(zhì)量、管串（尤其是套管）損傷程度、誤操作3個(gè)二級(jí)指標(biāo)。固井質(zhì)量評(píng)價(jià)又包括水泥返高、全井水泥膠結(jié)程度、竄槽（試壓）和回注層上部優(yōu)質(zhì)固井段長度4個(gè)三級(jí)指標(biāo)；管串損傷評(píng)價(jià)包括管串腐蝕情況、管串剩余強(qiáng)度兩個(gè)三級(jí)指標(biāo)；誤操作又分為設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)幾個(gè)三級(jí)指標(biāo)。根據(jù)川東地區(qū)井筒失效因素統(tǒng)計(jì)得出的各層級(jí)指標(biāo)權(quán)重及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 回注井井筒安全因素評(píng)價(jià)表Tab.1 Safety evaluation of reinjection wellbore

4 氣田水回注系統(tǒng)安全等級(jí)

4.1 按失效因素評(píng)分進(jìn)行等級(jí)劃分

在得到總的失效因素評(píng)分后，將其與安全指標(biāo)進(jìn)行對比，可得到各子系統(tǒng)以及整個(gè)回注系統(tǒng)的安全情況。但目前安全指標(biāo)沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，參考相關(guān)評(píng)價(jià)模型［10-15］，采用表2的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，可根據(jù)氣田實(shí)際情況進(jìn)行修正。

表2中，安全級(jí)失效概率很低；臨界安全級(jí)屬于過渡性階段，事故正處于萌發(fā)階段，偶爾有失效情況發(fā)生；危險(xiǎn)級(jí)屬于可能發(fā)生事故的階段，失效頻率較高。

表2 安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Safety evaluation standard

4.2 按相對風(fēng)險(xiǎn)值進(jìn)行等級(jí)劃分

目前對于風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)也沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，借鑒輸氣管線風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，因評(píng)價(jià)對象是氣田水，危害較小，將其風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)適當(dāng)放寬，得到表3的指標(biāo)表。

表3中，低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)或較低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)可以認(rèn)為系統(tǒng)是很安全或較安全的，輸送介質(zhì)危害較小，系統(tǒng)的各項(xiàng)因素很好；中等風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的屬于過渡性階段或輸送介質(zhì)有一定危害，系統(tǒng)各項(xiàng)因素能正常使用；較高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)屬于事故正在萌發(fā)的階段或輸送介質(zhì)危害較大；高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)屬于可能發(fā)生事故或輸送介質(zhì)危害很大。

表3 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)Tab.3 G_r_a_d_eo_fr_is_k_

5 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用

5.1 TD89井回注系統(tǒng)基本情況

以TD89井回注系統(tǒng)為例。該井2002年10月完鉆，井深2 519 m，襯管完井，2004年3月起開始用于氣田水回注，累計(jì)回注量達(dá)70×104m3。

5.1.1 回注層情況

回注層位T3x、T2l13裂縫發(fā)育，鉆井時(shí)該段漏失嚴(yán)重?；刈⑺飨蜉^低的梁平向斜，該層水與外界聯(lián)系程度較差；須家河組頂部泥頁巖隔水性較好。

5.1.2 井筒情況

TD89井各層套管的水泥返高、試壓情況如表4所示。

表4 TD89井水泥返高、試壓情況表Tab.4 Cement return height and pressure test of Well TD89

2009年7月油套檢測表明：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處存在輕微磨損損傷，7′′套管內(nèi)壁在2 048～2 049 m、2 058 m、2 061 m和2 236 m處存在輕微的腐蝕損傷。

5.1.3 地面回注系統(tǒng)情況

（1）氣田水處理站場情況

處理站設(shè)置在TD90井站內(nèi)，為沉淀加過濾流程，泵壓1.3～1.5 MPa，分離器至轉(zhuǎn)水泵安裝有除垢裝置；站內(nèi)回注管線腐蝕狀況嚴(yán)重，曾發(fā)生穿孔現(xiàn)象。

（2）氣田水輸送管線情況

TD90井-TD89井有兩條玻璃鋼輸水管線，長度1.93 km，設(shè)計(jì)壓力5 MPa、運(yùn)行壓力1.5 MPa，設(shè)計(jì)輸水量25 m3/h，實(shí)際輸水量13 m3/h。管線穿越機(jī)耕道5處、河流1處、水渠3處、水溝1處；水壓試驗(yàn)壓力5 MPa，合格；常規(guī)管道埋深為0.7 m，穿越河流段采用套管保護(hù)，穿越農(nóng)田管道埋深為0.8 m。

5.1.4 回注水水質(zhì)情況

懸浮物含量255.0 mg/L，＜10μm的粒度占65.1%，硫化物含量31.7 mg/L，氯離子含量30 097 mg/L，重碳酸根離子含量689.2 mg/L。

5.2 回注系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

根據(jù)該回注系統(tǒng)實(shí)際情況，其各子系統(tǒng)失效因素指標(biāo)權(quán)重與得分列于表5，對其整個(gè)回注系統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)見表6。

由表5和表6可知，回注層評(píng)價(jià)為臨界安全級(jí)?；刈⒕苍u(píng)價(jià)為安全級(jí)，風(fēng)險(xiǎn)主要來自回注水對套管的腐蝕，氯根、硫化物和溶解氧含量較高，水質(zhì)腐蝕性較強(qiáng)。氣田水輸送管線評(píng)價(jià)為安全級(jí)，其風(fēng)險(xiǎn)主要來自于最小覆土埋深問題和管道水壓試驗(yàn)較差。氣田水處理站場評(píng)價(jià)為臨界安全級(jí)，風(fēng)險(xiǎn)主要來自于回注水腐蝕性強(qiáng)，部分設(shè)備材質(zhì)不滿足要求，防護(hù)措施不充分?；刈⑾到y(tǒng)總體處于安全級(jí)，但由于回注水水質(zhì)較差、泄漏后會(huì)造成環(huán)境污染，各部分處于較低風(fēng)險(xiǎn)-較高風(fēng)險(xiǎn)間，該評(píng)價(jià)結(jié)果與對TD89井回注系統(tǒng)的現(xiàn)場宏觀認(rèn)識(shí)相符。

表5 各子系統(tǒng)失效因素指標(biāo)權(quán)重與得分Tab.5 Detail failure factors weight and score of each subsystem

表6 TD89井回注系統(tǒng)評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.6 Reinjection system evaluation results of Well TD89

6 結(jié)論

（1）借鑒肯特模型從失效因素和失效后果兩個(gè)方面建立了適用于氣田水回注系統(tǒng)以及各子系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，該方法的現(xiàn)場應(yīng)用表明，可滿足氣田水回注系統(tǒng)的評(píng)價(jià)需要。

（2）風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)包含失效因素評(píng)價(jià)與泄漏影響因素評(píng)價(jià)兩部分，前者是對系統(tǒng)可靠性的直接評(píng)價(jià)，后者是對泄漏后果的評(píng)價(jià)。即使系統(tǒng)可靠性很高，如果輸送介質(zhì)危險(xiǎn)性很高、發(fā)生泄漏后的危害性很大，同樣存在高風(fēng)險(xiǎn)的可能。

（3）采用失效頻率確定各指標(biāo)的權(quán)重時(shí)，失效頻率高，則對應(yīng)權(quán)重較高，失效頻率低，則對應(yīng)權(quán)重較低，權(quán)重可根據(jù)氣田具體情況進(jìn)行調(diào)整。

（4）進(jìn)行安全等級(jí)劃分時(shí)，可根據(jù)氣田實(shí)際情況對等級(jí)、分?jǐn)?shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?/p>

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黎洪珍，1963年生，女，漢族，重慶人，高級(jí)工程師，主要從事油氣開發(fā)方面的研究。E-mail：lihz@petrochina.com.cn

編輯：牛靜靜

編輯部網(wǎng)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

楊志，1967年生，男，漢族，重慶綦江人，教授，碩士，主要從事機(jī)械采油、排水采氣、海上油氣井測試與流動(dòng)保障等方面的科研和教學(xué)工作。E-mail：yz_swpi@163.com

康露，1990年生，女，漢族，四川江油人，助理實(shí)驗(yàn)師，碩士，主要從事采油氣工程與海洋油氣流動(dòng)保障方面的研究工作。E-mail：kanglululululu@sina.com

侯攀，1983年生，男，漢族，四川江油人，助理工程師，碩士，主要從事建筑施工工作。E-mail：233688295@qq.com

徐立，1963年生，男，漢族，重慶人，高級(jí)工程師，主要從事油氣開發(fā)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

楊志，康露，侯攀，等．川東地區(qū)氣田水回注系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法［J］．西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)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網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-01-08

楊志，E-mail：yz_swpi@163.com