基于模糊数学的海上修井机井控装备风险评估

袁 征，李 航，罗 衡，杨 浩，杨 超

(中海油能源发展股份有限公司 湛江安全环保分公司，广东 湛江 524000)

基于模糊数学的海上修井机井控装备风险评估

袁 征，李 航，罗 衡，杨 浩，杨 超

(中海油能源发展股份有限公司 湛江安全环保分公司，广东 湛江 524000)

海上修井机主要应用于开发中后期生产井的修井作业，而井控装备是确保修井过程中井控安全的重要屏障。随着海上修井机服役年限的增加，如何有效对井控装备进行风险评估，降低作业过程中的井控风险，是安全管理者迫切关注的问题。基于某平台井控装备现状，利用模糊数学安全评价法，给出了各个评价因素对井控装备的影响程度以及现场井控装备的风险等级。研究表明：评估结果符合现场实际，可为后续的修井作业提供参考。

修井机；井控；模糊数学；风险评估

为了保证修井作业的安全进行，避免溢流、井喷等事故的发生，必须对油气井的压力进行有效的控制，使压力尽可能地保持平衡。井控装备质量的好坏、配置的合理性、功能的完好性等直接影响着对井底压力稳定的控制，因此，对井控装备的现状进行定期的风险评估十分必要[1]。本文利用模糊数学理论[2-8]对影响修井井控安全的设备因素进行分析，采用“1-9”标度法确定各设备因素的权重，在此基础上建立海上修井机井控装备风险评估模型，对修井机井控装备进行客观评价。针对评估结果，提出改进措施和建议。

1 井控装备风险评估模型建立

模糊数学评价法是将模糊的信息定量化，从而实现对多因素进行定量评价与决策[2]。一般来说，应用该方法的基本步骤为：①确定评价因素集；②确定评价级别；③确定各指标权重；④确定单因素评价矩阵；⑤计算评价结果。

1.1 确定评价因素集

根据修井机井控装备的特点，本文中因素集的确定是按照井控系统的结构部件分类，建立的评估指标体系如表1所示。

表1 井控装备评估体系

因素集为

U=(U1，U2，U3，…，Un)，本文n=8

(1)

1.2 确定评价级别

把区间[0～1]分为4个级别，井控设备相应的评价级别可划分为四个等级，如表2。

表2 评价级别

计算评价级别向量为

V=[V1，V2，V3，Vj]T

(2)

Vj=(yj+zj)/2，j=1，2，…，m；本文m=4

(3)

式中：yj、zj为评价区间最小、最大值。

1.3 确定各指标权重

权重确定的方法有层次分析法、专家调查法、统计法[2]。本文运用层次分析法，根据各因素相对重要性，按照“1-9”标度法建立初始权重判断矩阵P，如表3。

由于权重判断矩阵不一定满足判断的一致性，为了使之满足一致性要求，利用最优传递矩阵进行优化，即构造等价矩阵为

Cij=logPij

(4)

(5)

(6)

以P*=|Pij|作为判断矩阵与P完全等价，具有判断一致性。

权重向量为

(7)

(8)

则Wi即为各有关因素对上一层次的权重。

1.4 确定单因素评价矩阵

评价矩阵为

(9)

式中：rij为仅就指标i来评价属于级别j的可能性，ri1+ri2+ri3+…+rij=1。

1.5 计算评价结果

将权重向量W与单因素评价矩阵R相乘即可得到评价向量B

B=W×R=[B1，B2，…，Bm]T

(10)

综合评价结果D为

(11)

综合评价风险值D所在的评价级别区间即为该井控装备的风险等级。

2 实例分析

以南海西部某平台修井机为例，组成5位专家组成员，对该平台修井机井控设备进行评估。

2.1 确定各指标权重

采用“1-9”标度法对各项指标进行对比打分，建立判断矩阵，如表4。

表4 判断矩阵

经计算，得到相应的权重为

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)

通过搜集现场成功应用资料，调研分析井喷事故案例[9]，结合由层次分析方法得到的权重，进行汇总和相应调整得到了井控系统各级指标权重为

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

2.2 确定单因素评价矩阵

将现场专家评价表整理汇总，得到每个因素相对于评语集的频数，经过计算处理得到比例数，即各个因素对应于评语集的隶属度，从而得到了该平台修井机井控装备单因素评价矩阵，如表5所示。

井控装备的单因素评价矩阵为

表5 某平台井控装备专家评语定量化

2.3 计算评价结果

评估向量B为

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

综合评估结果D=0.612 25，位于[0.5～0.75]区间，相对应的评估级别为较差。因此，该平台井控装备的安全性在整体上较差。

3 结论

1) 通过对某平台修井机井控装备的实例计算结果表明：该平台井控装备整体性较差，需要从“井控技术”和“井控装备”两方面进行升级优化以满足后续的修井作业需要。

2) 各指标权重的计算结果表明，对井控装备性能影响程度最大的为防喷器组合和节流压井管汇，其次是主控台和节流控制箱。井控装备的升级改造，应优先考虑权重最大的指标。

3) 通过本文建立的模型，可对海上修井机的井控装备进行风险评估，针对不同的评估结果采取不同的防控措施，便于对设备风险实行分级管理。

[1] 闰天红，周国强，王延民.基于模糊综合评判方法的钻井队设备现状评估[J].石油矿场机械，2009，38(7)：5-9.

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[7] 任美鹏，李相方，尹邦堂，等.基于模糊数学钻井井喷概率计算模型研究[J].中国安全生产科学技术，2012，8(1)：81-86.

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[9] 中国石油天然气集团公司工程技术与市场部.中国石油天然气集团公司井喷事故案例汇编[M].北京：石油工业出版社，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，河南南阳人，硕士，主要从事钻修机安全评估、井筒完整性评价等方面的研究，E-mail：yuanzheng5@cnooc.com.cn。

TE952

A

10.3969/j.issn.1001-3482.2017.04.002