基于模糊層次分析法的海洋石油工程項目風(fēng)險評估研究

中圖分類號：TE58；TQ086 文獻標(biāo)志碼：A文章編號：1001-5922（2025）10-0125-04

Research on risk assessment of offshore oil project based on fuzzy analytic hierarchy process

CUI Ruoxiang （Offshore Oil Engineering Co.，Ltd.，Tianjin ，China）

Abstract：In view of the systematic deficiency and subjectivity in therisk assessmentof ofshore oil engineering projects，which leads to the inconsistency between theassessment resultsand theactual situation，therisk assessment model and application research of ofshore oil engineering projects based on fuzzy analytic hierarchy process arecarriedout.Byconstructing afour-level index system including technology，management，environment and emergency response capability，the index weight is calculated by combining the interval number judgment matrix，and the risk level is quantified byusing the fuzzy comprehensive evaluation method.Through comparative experiments， it is provedthat the new evaluation methodcanconsider allkinds ofrisk factors more comprehensively，and has significantadvantages inevaluationaccuracyand interpretability，especiallyforrisk assessmentofpetroleumengineering projects in complex marine environment.

Key words： fuzzy analytic hierarchy process; engineering projects;assessment; risk ; marine oil

近年來，由于我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，對石油和天然氣的需求日益增長，石油和天然氣的供需矛盾日益突出[1]。中國在2010年度對外石油依存度已超過55% ，能源安全問題已上升至國家戰(zhàn)略層面。為降低對外依存度，我國正在加大對石油、天然氣的開采力度，海洋石油天然氣工程是一種極具潛力的新能源替代方式[2.3]。但是，由于海洋石油勘探開發(fā)項目風(fēng)險大，技術(shù)含量高，投資大，運營環(huán)境受地質(zhì)、氣候、設(shè)備可靠性等多種因素的影響，風(fēng)險管理難度大。如何科學(xué)合理地評估海洋石油資源的風(fēng)險，是保證海洋石油勘探項目安全經(jīng)濟運行的關(guān)鍵。

當(dāng)前，石油工程風(fēng)險管理領(lǐng)域的相關(guān)學(xué)者已經(jīng)開展了廣泛研究。劉東旭5基于RCM技術(shù)，對海洋石油設(shè)備故障預(yù)測與預(yù)防維護展開探討，并提出通過優(yōu)化維護策略降低設(shè)備失效風(fēng)險。然而，現(xiàn)有研究多集中在單個裝備失效分析上，缺乏從系統(tǒng)工程的視角對工程風(fēng)險進行全面評價，也未考慮人因、環(huán)境等非技術(shù)因素。汪本寂等采用主成分分析和隨機森林算法構(gòu)建了長輸管道風(fēng)險評價模型，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動方法提高了風(fēng)險識別的客觀性。但研究主要針對陸地管線，對動態(tài)復(fù)雜的海洋環(huán)境缺乏深人研究，而隨機森林模型的解釋性不強，無法直接表達(dá)各種風(fēng)險因子的權(quán)重。

針對上述現(xiàn)有研究存在的不足，本文將開展基于模糊層次分析法的海洋石油工程項目風(fēng)險評估模型及應(yīng)用研究。

1海洋石油工程項自風(fēng)險評估模型構(gòu)建

1.1建立海洋石油工程項目風(fēng)險評估指標(biāo)體系

海洋石油工程項目風(fēng)險受多方面因素影響，因此需要從系統(tǒng)性的角度建立多層次評估指標(biāo)體系。結(jié)合現(xiàn)有研究及工程實踐，將風(fēng)險因素劃分為技術(shù)風(fēng)險、管理風(fēng)險、環(huán)境風(fēng)險和應(yīng)急能力風(fēng)險，共4類。其中，技術(shù)風(fēng)險中進一步細(xì)分，包含設(shè)備可靠性、工藝成熟度、作業(yè)技術(shù)水平。管理風(fēng)險又可分解為：組織管理能力、制度完善性和人員素質(zhì)[89]。環(huán)境風(fēng)險可進一步細(xì)化為：海洋氣象、地質(zhì)條件、生態(tài)影響。應(yīng)急能力風(fēng)險可進一步分解為：應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急響應(yīng)速度和救援資源。對每一類指標(biāo)逐級分解細(xì)化，形成三級指標(biāo)體系，如表1所示。

通過對影響因素的細(xì)致劃分，得到如表1所示的評估指標(biāo)體系，為后續(xù)海洋石油工程項目風(fēng)險評估提供可靠依據(jù)。

表1海洋石油工程項目風(fēng)險評估指標(biāo)體系 Tab.1 Riskassessmentindexsystem foroffshore oil engineeringprojects

1.2基于模糊層次分析法的指標(biāo)權(quán)重計算

對上述海洋石油工程項目風(fēng)險評估指標(biāo)體系中各指標(biāo)權(quán)重進行合理分配，引入層次分析方法。該方法在風(fēng)險評估中廣泛應(yīng)用，考慮到專家判斷存在模糊性，而傳統(tǒng)層次分析法難以準(zhǔn)確反映不準(zhǔn)確性，因此，引入模糊層次分析法，結(jié)合區(qū)間數(shù)判斷矩陣，提升權(quán)重計算的客觀性[12]。在對指標(biāo)進行兩兩比較式，采用區(qū)間數(shù)的方式表示二者的相對重要性，并形成下述模糊判斷矩陣 ·

式中： l_ij 為指標(biāo) i 相對于指標(biāo) j 的最小重要程度; u_ij 為指標(biāo) i 相對于指標(biāo) j 的最大重要程度。為降低對指標(biāo)權(quán)重計算的主觀性，采用一致性逼近方法，對上述建立的模糊矩陣轉(zhuǎn)換為正確性矩陣 B ，該矩陣中的元素可用下述公式表示：

在此基礎(chǔ)上，引入特征矢量法，對權(quán)重具體取值進行計算，其表達(dá)式為：

BW=λ_maxW

式中： W 為歸一化后的權(quán)重矢量； λ_max 為最大特征值。最后，對計算結(jié)果的一致性進行檢驗，利用下述公式計算一致性比率：

式中： CR 為一致性比率； n 為指標(biāo)數(shù)量； RI 為平均隨機一致性指標(biāo)。通過計算得出一致性比率 CR ，若CR 的取值小于0.1，則說明此時構(gòu)建的判斷矩陣滿足一致性要求；若CR的取值大于或等于0.1，則說明此時構(gòu)建的判斷矩陣不滿足一致性要求，需要重復(fù)上述操作步驟對其進行調(diào)整。

1.3 模糊綜合評估

在確定各個指標(biāo)的權(quán)重后，結(jié)合專家評分，對海洋石油項目風(fēng)險進行模糊綜合評估，并計算得到整體風(fēng)險的等級[13]。將評估等級劃分為四個等級，分別為低風(fēng)險/L、中風(fēng)險/M、較高風(fēng)險/H和高風(fēng)險/VH，對各三級指標(biāo)進行評分，并形成隸屬度矩陣：

式中： τ_mn 為第 Σ_m 個指標(biāo)屬于第 n 個風(fēng)險等級的程度。采用加權(quán)平均算法進行模糊合成，并逐層向上計算，得到最終的評估結(jié)果[14]。根據(jù)最大隸屬度原則，確定海洋石油工程項目整體風(fēng)險等級，為決策提供依據(jù)。基于得到的評估結(jié)果，可以依據(jù)判定標(biāo)準(zhǔn)，采取相對應(yīng)的措施[15]。風(fēng)險等級判定標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2風(fēng)險等級評定標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)表2中風(fēng)險等級評定標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)對海洋石油工程項目更全面地安全管理。

2 應(yīng)用分析

2.1 項目概況

為驗證本文上述提出的基于模糊層次分析法的評估模型應(yīng)用有效性，選取海洋石油開發(fā)項目進行實例應(yīng)用分析，并與基于RCM技術(shù)的評估方法（對照A組）和基于主成分分析和隨機森林的評估方法（對照B組）進行對比。該海洋石油工程項目位于深水區(qū)塊，作業(yè)水深約 1200m ，采用FPSO（浮式生產(chǎn)儲卸油裝置） + 水下生產(chǎn)系統(tǒng)的開發(fā)模式。

在利用上述3種評估方法對其風(fēng)險進行評估前，對項自主要風(fēng)險因素進行初步分析，得出以下幾種：

第一，技術(shù)風(fēng)險：深水設(shè)備可靠性、水下井口穩(wěn)定性、海底管道腐蝕等；

第二，管理風(fēng)險：作業(yè)人員培訓(xùn)水平、應(yīng)急響應(yīng)能力、安全管理體系等；

第三，環(huán)境風(fēng)險：臺風(fēng)、內(nèi)波流、海底地質(zhì)災(zāi)害等；

第四，應(yīng)急能力風(fēng)險：溢油應(yīng)急設(shè)備儲備、事故響應(yīng)時間等。

2.2 參數(shù)配置

在進行正式評估前，需要收集項目基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為三種評估方法提供輸入。具體數(shù)據(jù)記錄如表3所示。

表3數(shù)據(jù)收集結(jié)果記錄表

Tab.3Record of datacollectionresults

在利用實驗組方法進行評估時，建立上述4級風(fēng)險評估指標(biāo)體系。針對體系中的指標(biāo)進行區(qū)間判斷矩陣打分，計算指標(biāo)權(quán)重，并采用模糊綜合評估方法計算風(fēng)險等級。

2.3 評估結(jié)果對比分析

根據(jù)上述項目概況及獲取到的數(shù)據(jù)，利用3種評估方法對其風(fēng)險進行評估，并將得到的結(jié)果繪制成，如圖1所示。

由圖1可知，實驗組綜合評估結(jié)果與對照B組接近，但實驗組更強調(diào)對管理風(fēng)險和應(yīng)急能力的細(xì)致評估。而對照A組僅關(guān)注技術(shù)風(fēng)險，未考慮到環(huán)境和環(huán)境因素，因此導(dǎo)致整體風(fēng)險評估結(jié)果偏低。對照B組更多依賴歷史數(shù)據(jù)，對新型項目的適應(yīng)性較弱，因此評估結(jié)果與實際相比偏高。在此基礎(chǔ)上，對關(guān)鍵風(fēng)險因素進行對比，得到如表4所示的對比結(jié)果。

表4關(guān)鍵風(fēng)險因素對比表Tab.4Comparison of key risk factors

由表4可知，實驗組和對照B組均識別到水下江口穩(wěn)定性風(fēng)險最高，而實驗組額外強調(diào)應(yīng)急響應(yīng)和管理因素。對照A組僅能夠評估設(shè)備故障，無法實現(xiàn)對環(huán)境和管理風(fēng)險的量化。對照B組對數(shù)據(jù)的依賴性較強，若歷史數(shù)據(jù)存在不足，則得到的評估結(jié)果偏差較大。

綜合上述得到的實驗結(jié)果可以證明，實驗組評估方法的應(yīng)用可行性最高，更適用于對海洋石油工程項目的風(fēng)險評估。

3結(jié)語

當(dāng)前為我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，使得油氣資源的需求量不斷增加，而能源的安全問題日益突出。海洋石油工程項目作為重要的資源接替領(lǐng)域，其具備高風(fēng)險、高技術(shù)和高投入等特點，而這些特點的存在也使得其風(fēng)險管理面臨著更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在這一背景下，本文引入模糊層次分析法，提出一種全新的海洋石油工程項目風(fēng)險評估模型，并通過實例應(yīng)用，驗證了該評估方法與現(xiàn)有方法相比所具備的應(yīng)用優(yōu)勢。在未來的研究中，還將進一步結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)，實現(xiàn)對權(quán)重計算方式的全面優(yōu)化，提高評估模型的動態(tài)水平。同時，還將進一步探索本文提出模型在其他海洋工程領(lǐng)域，例如海上風(fēng)電、深海采礦等方面的擴展，為充分、合理利用海洋資源提供技術(shù)支持。

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