基于模糊數學的海上修井機井控裝備風險評估

袁 征，李 航，羅 衡，楊 浩，楊 超

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

基于模糊數學的海上修井機井控裝備風險評估

袁 征，李 航，羅 衡，楊 浩，楊 超

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

海上修井機主要應用于開發中后期生產井的修井作業，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險評估，降低作業過程中的井控風險，是安全管理者迫切關注的問題。基于某平臺井控裝備現狀，利用模糊數學安全評價法，給出了各個評價因素對井控裝備的影響程度以及現場井控裝備的風險等級。研究表明：評估結果符合現場實際，可為后續的修井作業提供參考。

修井機；井控；模糊數學；風險評估

為了保證修井作業的安全進行，避免溢流、井噴等事故的發生，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定的控制，因此，對井控裝備的現狀進行定期的風險評估十分必要[1]。本文利用模糊數學理論[2-8]對影響修井井控安全的設備因素進行分析，采用“1-9”標度法確定各設備因素的權重，在此基礎上建立海上修井機井控裝備風險評估模型，對修井機井控裝備進行客觀評價。針對評估結果，提出改進措施和建議。

1 井控裝備風險評估模型建立

模糊數學評價法是將模糊的信息定量化，從而實現對多因素進行定量評價與決策[2]。一般來說，應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確定各指標權重；④確定單因素評價矩陣；⑤計算評價結果。

1.1 確定評價因素集

根據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的結構部件分類，建立的評估指標體系如表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

把區間[0～1]分為4個級別，井控設備相應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為評價區間最小、最大值。

1.3 確定各指標權重

權重確定的方法有層次分析法、專家調查法、統計法[2]。本文運用層次分析法，根據各因素相對重要性，按照“1-9”標度法建立初始權重判斷矩陣P，如表3。

由于權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，利用最優傳遞矩陣進行優化，即構造等價矩陣為

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。

權重向量為

(7)

(8)

則Wi即為各有關因素對上一層次的權重。

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 計算評價結果

將權重向量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)

綜合評價結果D為

(11)

綜合評價風險值D所在的評價級別區間即為該井控裝備的風險等級。

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備進行評估。

2.1 確定各指標權重

采用“1-9”標度法對各項指標進行對比打分，建立判斷矩陣，如表4。

表4 判斷矩陣

經計算，得到相應的權重為

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)

通過搜集現場成功應用資料，調研分析井噴事故案例[9]，結合由層次分析方法得到的權重，進行匯總和相應調整得到了井控系統各級指標權重為

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，經過計算處理得到比例數，即各個因素對應于評語集的隸屬度，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)

綜合評估結果D=0.612 25，位于[0.5～0.75]區間，相對應的評估級別為較差。因此，該平臺井控裝備的安全性在整體上較差。

3 結論

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

2) 各指標權重的計算結果表明，對井控裝備性能影響程度最大的為防噴器組合和節流壓井管匯，其次是主控臺和節流控制箱。井控裝備的升級改造，應優先考慮權重最大的指標。

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險評估，針對不同的評估結果采取不同的防控措施，便于對設備風險實行分級管理。

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[9] 中國石油天然氣集團公司工程技術與市場部.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