2016, Vol. 38
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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
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
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。
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| 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
| $泄漏影响因素评分=\dfrac{介质危害评分\times环境因素评分}{泄漏评分}$ | (1) |
| $相对风险分数=\dfrac{失效指标之和}{泄漏影响因素}$ | (2) |
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
| $某因素权重=\dfrac{某因素失效频率}{该层级总失效频率}$ | (3) |
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 Table 1 Safety evaluation of reinjection wellbore |
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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 安全评价标准 Table 2 Safety evaluation standard |
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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。
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 风险等级 Table 3 Grade of risk |
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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。
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70×104~m3。
5.1.1 回注层情况回注层位T3x、T2l31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 Table 4 Cement return height and pressure test of Well TD89 |
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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 Table 5 Detail failure factors weight and score of each subsystem |
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| 表6 TD89井回注系统评价结果 Table 6 Reinjection system evaluation results of Well TD89 |
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(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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