基于模糊數(shù)學(xué)的海上修井機井控裝備風(fēng)險評估

袁 征，李 航，羅 衡，楊 浩，楊 超

(中海油能源發(fā)展股份有限公司 湛江安全環(huán)保分公司，廣東 湛江 524000)

基于模糊數(shù)學(xué)的海上修井機井控裝備風(fēng)險評估

袁 征，李 航，羅 衡，楊 浩，楊 超

(中海油能源發(fā)展股份有限公司 湛江安全環(huán)保分公司，廣東 湛江 524000)

海上修井機主要應(yīng)用于開發(fā)中后期生產(chǎn)井的修井作業(yè)，而井控裝備是確保修井過程中井控安全的重要屏障。隨著海上修井機服役年限的增加，如何有效對井控裝備進行風(fēng)險評估，降低作業(yè)過程中的井控風(fēng)險，是安全管理者迫切關(guān)注的問題。基于某平臺井控裝備現(xiàn)狀，利用模糊數(shù)學(xué)安全評價法，給出了各個評價因素對井控裝備的影響程度以及現(xiàn)場井控裝備的風(fēng)險等級。研究表明：評估結(jié)果符合現(xiàn)場實際，可為后續(xù)的修井作業(yè)提供參考。

修井機；井控；模糊數(shù)學(xué)；風(fēng)險評估

為了保證修井作業(yè)的安全進行，避免溢流、井噴等事故的發(fā)生，必須對油氣井的壓力進行有效的控制，使壓力盡可能地保持平衡。井控裝備質(zhì)量的好壞、配置的合理性、功能的完好性等直接影響著對井底壓力穩(wěn)定的控制，因此，對井控裝備的現(xiàn)狀進行定期的風(fēng)險評估十分必要[1]。本文利用模糊數(shù)學(xué)理論[2-8]對影響修井井控安全的設(shè)備因素進行分析，采用“1-9”標(biāo)度法確定各設(shè)備因素的權(quán)重，在此基礎(chǔ)上建立海上修井機井控裝備風(fēng)險評估模型，對修井機井控裝備進行客觀評價。針對評估結(jié)果，提出改進措施和建議。

1 井控裝備風(fēng)險評估模型建立

模糊數(shù)學(xué)評價法是將模糊的信息定量化，從而實現(xiàn)對多因素進行定量評價與決策[2]。一般來說，應(yīng)用該方法的基本步驟為：①確定評價因素集；②確定評價級別；③確定各指標(biāo)權(quán)重；④確定單因素評價矩陣；⑤計算評價結(jié)果。

1.1 確定評價因素集

根據(jù)修井機井控裝備的特點，本文中因素集的確定是按照井控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)部件分類，建立的評估指標(biāo)體系如表1所示。

表1 井控裝備評估體系

因素集為

U=(U1，U2，U3，…，Un)，本文n=8

(1)

1.2 確定評價級別

把區(qū)間[0～1]分為4個級別，井控設(shè)備相應(yīng)的評價級別可劃分為四個等級，如表2。

表2 評價級別

計算評價級別向量為

V=[V1，V2，V3，Vj]T

(2)

Vj=(yj+zj)/2，j=1，2，…，m；本文m=4

(3)

式中：yj、zj為評價區(qū)間最小、最大值。

1.3 確定各指標(biāo)權(quán)重

權(quán)重確定的方法有層次分析法、專家調(diào)查法、統(tǒng)計法[2]。本文運用層次分析法，根據(jù)各因素相對重要性，按照“1-9”標(biāo)度法建立初始權(quán)重判斷矩陣P，如表3。

由于權(quán)重判斷矩陣不一定滿足判斷的一致性，為了使之滿足一致性要求，利用最優(yōu)傳遞矩陣進行優(yōu)化，即構(gòu)造等價矩陣為

Cij=logPij

(4)

(5)

(6)

以P*=|Pij|作為判斷矩陣與P完全等價，具有判斷一致性。

權(quán)重向量為

(7)

(8)

則Wi即為各有關(guān)因素對上一層次的權(quán)重。

1.4 確定單因素評價矩陣

評價矩陣為

(9)

式中：rij為僅就指標(biāo)i來評價屬于級別j的可能性，ri1+ri2+ri3+…+rij=1。

1.5 計算評價結(jié)果

將權(quán)重向量W與單因素評價矩陣R相乘即可得到評價向量B

B=W×R=[B1，B2，…，Bm]T

(10)

綜合評價結(jié)果D為

(11)

綜合評價風(fēng)險值D所在的評價級別區(qū)間即為該井控裝備的風(fēng)險等級。

2 實例分析

以南海西部某平臺修井機為例，組成5位專家組成員，對該平臺修井機井控設(shè)備進行評估。

2.1 確定各指標(biāo)權(quán)重

采用“1-9”標(biāo)度法對各項指標(biāo)進行對比打分，建立判斷矩陣，如表4。

表4 判斷矩陣

經(jīng)計算，得到相應(yīng)的權(quán)重為

W1=(0.279 8，0.192 4，0.103 4，
0.060 6，0.041 7，0.170 2，0.093 4，0.058 4)

通過搜集現(xiàn)場成功應(yīng)用資料，調(diào)研分析井噴事故案例[9]，結(jié)合由層次分析方法得到的權(quán)重，進行匯總和相應(yīng)調(diào)整得到了井控系統(tǒng)各級指標(biāo)權(quán)重為

W=(0.309，0.199，0.086，0.049，
0.032，0.192，0.084，0.049)

2.2 確定單因素評價矩陣

將現(xiàn)場專家評價表整理匯總，得到每個因素相對于評語集的頻數(shù)，經(jīng)過計算處理得到比例數(shù)，即各個因素對應(yīng)于評語集的隸屬度，從而得到了該平臺修井機井控裝備單因素評價矩陣，如表5所示。

井控裝備的單因素評價矩陣為

表5 某平臺井控裝備專家評語定量化

2.3 計算評價結(jié)果

評估向量B為

B=W·R=(0.049 8，0.276 8，0.348 0，0.325 4)

綜合評估結(jié)果D=0.612 25，位于[0.5～0.75]區(qū)間，相對應(yīng)的評估級別為較差。因此，該平臺井控裝備的安全性在整體上較差。

3 結(jié)論

1) 通過對某平臺修井機井控裝備的實例計算結(jié)果表明：該平臺井控裝備整體性較差，需要從“井控技術(shù)”和“井控裝備”兩方面進行升級優(yōu)化以滿足后續(xù)的修井作業(yè)需要。

2) 各指標(biāo)權(quán)重的計算結(jié)果表明，對井控裝備性能影響程度最大的為防噴器組合和節(jié)流壓井管匯，其次是主控臺和節(jié)流控制箱。井控裝備的升級改造，應(yīng)優(yōu)先考慮權(quán)重最大的指標(biāo)。

3) 通過本文建立的模型，可對海上修井機的井控裝備進行風(fēng)險評估，針對不同的評估結(jié)果采取不同的防控措施，便于對設(shè)備風(fēng)險實行分級管理。

[1] 閏天紅，周國強，王延民.基于模糊綜合評判方法的鉆井隊設(shè)備現(xiàn)狀評估[J].石油礦場機械，2009，38(7)：5-9.

[2] 肖芳淳，張效羽，張鵬，等.模糊分析設(shè)計在石油工業(yè)中的應(yīng)用[M].北京：石油工業(yè)出版社，1993.

[3] Agbon I S，Aldana G J，Araque J C.Fuzzy ranking of gas exploitation opportunities in mature oil fields in eastern Venezuela[R].SPE 84337，2003.

[4] Agbon I S.Evaluating environmental performance indicators with fuzzy sets[R].SPE 86769，2004.

[5] 羅剛，艾志久，王其華，等.基于模糊數(shù)學(xué)卡鉆事故安全評價體系研究[J].西南石油大學(xué)學(xué)報，2007，S2(11)：119-122.

[6] 陳科，顏銀玲，孫偉，等.一種基于模糊數(shù)學(xué)的鉆機安全性綜合評定方法[J].石油礦場機械，2007，36(5)：101-104.

[7] 任美鵬，李相方，尹邦堂，等.基于模糊數(shù)學(xué)鉆井井噴概率計算模型研究[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2012，8(1)：81-86.

[8] 席仲琛，孫明，谷曉鵬，等.基于模糊數(shù)學(xué)的修井井噴風(fēng)險評價方法[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2011，11(33)：8334-8337.

[9] 中國石油天然氣集團公司工程技術(shù)與市場部.中國石油天然氣集團公司井噴事故案例匯編[M].北京：石油工業(yè)出版社，2006.

Risk Assessment of the Well-control Equipment of Offshore WorkoverRig Based on Fuzzy Comprehensive Evaluation Method

YUAN Zheng，LI Hang，LUO Heng，YANG Hao，YANG Chao

(Zhanjiang Branch，Enertech-QSHE Services Co.，CNOOC，Zhanjiang 524000，China)

The offshore workover machine is mainly used for production wells to do workover operations which are in the middle and later periods of the development，well control equipment is a major barrier to ensure well control safety in the workover operations.With the increase of offshore workover machine service life，how to effectively assess the risk of well control equipment in order to reduce the operation risk is urgent concern for security manager.In this article，based on well control equipment present situation by using fuzzy mathematics method of safety evaluation，the influence degree of each evaluation factor of well control equipment and the risk level of well control equipment are given.Research showed that evaluation results according to actual condition，which can provide reference for subsequent workover treatment.

workover rig；well control；fuzzy comprehensive evaluation；risk assessment

1001-3482(2017)04-0005-04

2017-01-07

袁 征(1990-)，男，河南南陽人，碩士，主要從事鉆修機安全評估、井筒完整性評價等方面的研究，E-mail：yuanzheng5@cnooc.com.cn。

TE952

A

10.3969/j.issn.1001-3482.2017.04.002