柳 芋 王林元 黃志宇

(西南石油大學(xué))

含硫氣田井噴事故后果風(fēng)險(xiǎn)模糊綜合評價(jià)

柳 芋 王林元 黃志宇

(西南石油大學(xué))

針對含硫天然氣井噴事故發(fā)生后的特點(diǎn)及嚴(yán)重程度，本文通過分析含硫天然氣井噴過程中復(fù)雜的人、機(jī)、環(huán)境系統(tǒng)，從這三個(gè)方面建立了模糊綜合評價(jià)指標(biāo)，并應(yīng)用模糊變化原理和模糊數(shù)學(xué)理論建立了模糊數(shù)學(xué)評價(jià)模型，再通過層次分析法(AHP)確定相關(guān)因素權(quán)重，從而對系統(tǒng)的失效可能性和失效后果進(jìn)行科學(xué)的定量分析評價(jià)。最后通過具體的實(shí)例分析，驗(yàn)證了該方法的可行性與實(shí)用性。圖1表4參8

含硫天然氣 井噴后果 模糊綜合評判 層次分析

0 引言

在含硫氣田的開采中，由于鉆采作業(yè)具有高投入、高風(fēng)險(xiǎn)和高技術(shù)水平性，使得開采作業(yè)存在著諸多隱蔽的井噴危險(xiǎn)性因數(shù)［1］。因?yàn)槭艿綇?fù)雜的內(nèi)部作業(yè)條件與外部環(huán)境影響，含硫氣田一旦發(fā)生井噴，而不能采取及時(shí)有效的措施時(shí)，將極易引發(fā)井場火災(zāi)、爆炸、中毒與下陷等災(zāi)難性事故，甚至危及周圍群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，針對含硫氣田的井噴事故后果而進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)安全評價(jià)將顯得極為重要。

目前，風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)常采用定性評價(jià)法、半定量評價(jià)法與定量評價(jià)法。定性評價(jià)與半定量評價(jià)法包含安全檢查表法、故障樹(FTA)分析法、風(fēng)險(xiǎn)矩陣法等，往往依靠經(jīng)驗(yàn)與統(tǒng)計(jì)資料，帶有一定局限性，同時(shí)不能準(zhǔn)確的量化危險(xiǎn)度;其定量評價(jià)法又分為:概率風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)法、傷害范圍評價(jià)法、危險(xiǎn)指數(shù)評價(jià)法三類［2］，當(dāng)基本致因因數(shù)復(fù)雜、過多或初始條件不確定時(shí)，這些方法將表現(xiàn)出較大的偏差性或失真性。由于評價(jià)對象具有諸多的復(fù)雜模糊致因因數(shù)與單項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)，因此，引入模糊數(shù)學(xué)的原理與方法，用模糊集理論方法對井噴事故產(chǎn)生的后果進(jìn)行定量分析。本文嘗試用模糊綜合評價(jià)，以事故致因理論為基礎(chǔ)，將致因因數(shù)層次化，再通過層次分析法(AHP)和模糊統(tǒng)計(jì)得到因素權(quán)重系數(shù)與模糊關(guān)系矩陣，從而建立含硫氣田井噴后果風(fēng)險(xiǎn)的多層次綜合評價(jià)。

1 評價(jià)指標(biāo)體系的建立

評價(jià)指標(biāo)體系是由若干個(gè)單項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)組成的整體。指標(biāo)體系的一般原則是:能反映所要解決問題的各項(xiàng)目標(biāo)要求，實(shí)際、完整、合理、科學(xué)，并能為有關(guān)人員和部門所接受。依據(jù)事故致因理論中的軌跡交叉論，結(jié)合井場實(shí)際情況，合理地提出了引發(fā)井噴事故的直接原因與間接原因，即:人的不安全行為，物的不安全狀態(tài)、不良環(huán)境，從而初步建立了評價(jià)指標(biāo)集合。但初步評價(jià)指標(biāo)集合中可能存在一些“次要”的評價(jià)指標(biāo)，需要對其進(jìn)行篩選。本文采用專家調(diào)研法［3］，征詢專家對初步設(shè)計(jì)評價(jià)指標(biāo)的意見，然后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，確定具體井噴事故后果嚴(yán)重程度的模糊評價(jià)指標(biāo)體系［4，5］，如圖1所示:

2 多層次風(fēng)險(xiǎn)模糊綜合評價(jià)

2.1 模糊綜合評價(jià)基本步驟

(1)確定評價(jià)對象。本文的評價(jià)對象為含硫氣田井噴事故后果風(fēng)險(xiǎn)分析。

(2)建立因素集。將影響評價(jià)對象的因素集U進(jìn)行劃分，將其

圖1 井噴事故后果安全評價(jià)指標(biāo)體系

(5)單因數(shù)模糊評價(jià)。對U中各單因數(shù)Ui做評判，并將各個(gè)評價(jià)指標(biāo)數(shù)量化。本文采用專家統(tǒng)計(jì)方法確定Ui的模糊評價(jià) Ri={ri1，ri2，…，rij}(j=1，2，…，7)，對于 n 個(gè)因素有 j個(gè)模糊評價(jià) R1，R2…Rj，即模糊綜合評價(jià)矩陣:

2，…，n;j=1，2，…，7)為評價(jià)對象 Ui對評判集 V 中第 j個(gè)元素(j=1，2，…，7)的隸屬度。

(6)建立一級模糊綜合評價(jià)。

當(dāng)因數(shù)權(quán)重Ai與模糊綜合評價(jià)矩陣Ri確定后，通過模糊變換即得到第i個(gè)因素的一級模糊評判矩陣為:

(7)建立多層次綜合評價(jià)

把每個(gè)Ui作為一個(gè)因素，Bi作為Ui單因數(shù)評價(jià)，則可通過兩個(gè)層次來綜合評價(jià)B:

若對Ui再做劃分，可以得到三層以至更多層次的綜合評價(jià)模型。

2.2 層次分析法(AHP)確定權(quán)重

(1)確定因數(shù)層權(quán)重分配

引入表1所表示的1-9標(biāo)度方法，構(gòu)造出上述的比較判斷矩陣后，即可計(jì)算判斷出矩陣的最大特征根及其對應(yīng)的特征向量，計(jì)算方法見表2。如評價(jià)因數(shù)集U={u1，u2，u3}={人的不安全因數(shù)，物的不安全狀態(tài)，安全管理}相對應(yīng)的權(quán)重集A={A1，A2，A3}，A1=0.637，A2=0.105，A3=0.258。

(2)確定子因數(shù)層權(quán)重分配

同樣，我們可以依次構(gòu)造因數(shù)層Ui與子因素層Uim之間的判斷矩陣，并計(jì)算出相應(yīng)判斷矩陣的最大特征根及其特征向量，確定各子因數(shù)的權(quán)重分配。

表1 判斷矩陣標(biāo)度及其含義

表2 Ui—Ai的判斷矩陣

2.3 風(fēng)險(xiǎn)值的確定及風(fēng)險(xiǎn)級的劃分

根據(jù)所得的井噴事故后果綜合評價(jià)集B及事故后果嚴(yán)重程度綜合評價(jià)集B*，在綜合考慮了所有因素影響的基礎(chǔ)上，采用加權(quán)平均法在來確定其風(fēng)險(xiǎn)值與風(fēng)險(xiǎn)等級［8］。

對于井噴事故后果的綜合評價(jià)集B={b1，b2，b3，b4，b5，b6，b7}，V={很安全，安全，較安全，中等，較危險(xiǎn)，危險(xiǎn)，很危險(xiǎn)}評價(jià)集給定一個(gè)加權(quán)集Q={q1，q2，q3，q4，q5，q6，q7}={10，8，6，5，4，2，1}，以評語“很危險(xiǎn)”造成的井噴事故嚴(yán)重性后果可能性取值為10，引發(fā)井噴事故嚴(yán)重后果的總體可能性可由下式表示:

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果R，將井噴事故后果風(fēng)險(xiǎn)等級劃分為7個(gè)等級，如表3。

表3 井噴事故后果風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)等級分布

3 井噴事故后果風(fēng)險(xiǎn)模糊綜合評價(jià)應(yīng)用實(shí)例

本文以四川石油管理局在大邑縣開采含硫油氣田為例，將前面介紹的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法加以應(yīng)用。

3.1 井噴事故后果風(fēng)險(xiǎn)分析

(1)井噴事故后果的因數(shù)論語U劃分為評價(jià)指標(biāo)中的3類14個(gè)因素，見圖1。

(2)各因數(shù)層的權(quán)重由前文的層次分析法確定:

3.2 事故后果嚴(yán)重程度風(fēng)險(xiǎn)分析

與井噴事故后果風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算方法相同，采用層次分析法建立事故后果嚴(yán)重程度的判斷矩陣后計(jì)算出各因數(shù)權(quán)重，并通過專家現(xiàn)場打分法確定各因數(shù)的隸屬度，具體結(jié)果見表4。

按單因數(shù)模糊綜合評價(jià)計(jì)算，得出

表4 事故后果風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)相對權(quán)重及隸屬度總匯表

查表3可知該氣田的井噴事故后果風(fēng)險(xiǎn)等級為“低風(fēng)險(xiǎn)”，該評價(jià)結(jié)果比較符合該氣田實(shí)際情況。

4 結(jié)語

模糊綜合評價(jià)根據(jù)油氣田井噴后所存在的多重風(fēng)險(xiǎn)事故引發(fā)的模糊性與事故致因的復(fù)雜性，綜合考慮了與評價(jià)對象相關(guān)聯(lián)的各個(gè)因數(shù)，從而運(yùn)用模糊變換原理與模糊數(shù)學(xué)的基本理論，將模糊變量數(shù)量化，得到評價(jià)對象的綜合定量評價(jià)結(jié)果。

1 彭祖贈(zèng)，孫韞玉.模糊數(shù)學(xué)及其應(yīng)用［M］.武漢:武漢大學(xué)出版，2004.

2 劉增良.模糊數(shù)學(xué)技術(shù)與應(yīng)用選編［M］.北京:航空航天大學(xué)出版社，1997.

3 中國石油化工集團(tuán)公司安全與環(huán)保監(jiān)督局石油.化工安全工程(上)［M］.北京:中國石化出版社，1999.

4 蔣希文.鉆井事故與復(fù)雜問題［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2005.

5 劉菊梅.陸上油氣鉆井作業(yè)安全評價(jià)方法的研究［D］.重慶:重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文，2005.

6 李凌峰，劉云.油田礦場原油庫風(fēng)險(xiǎn)模糊綜合評價(jià)技術(shù)研究［J］.石油礦場機(jī)械，2007，37(6):16-19.

7 王明明.模糊綜合評價(jià)理論在工程中的應(yīng)用［J］.低溫建筑技術(shù)，2008，124(4):130-132.

8 王若菌，蔣軍成.化工過程中毒事故風(fēng)險(xiǎn)的模糊綜合評估［J］.中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2005，15(4):97-100.

FUZZY ASSESSMENT FOR BLOWOUT ACCIDENT RISKS AMONG SOUR GASFIELDS

LIU Yu，WANG Linyuan and HUANG Zhiyu(Southwest Petroleum University).

Aiming at the characteristics and severity of blowout accidents among sour gas wells，this paper establishes a fuzzy assessment index in terms of man，machine and environment by analyzing complicated man-machine-environment system(MMES)during blowout.Both fuzzy transformation and mathematics principle are applied to developing a fuzzy mathematical evaluation model.And some relevant factor weights are determined by AHP.As a result，the possibility and consequence of system failure are quantitatively evaluated.Finally，the feasibility and practicability are validated by case study.

sour gas，blowout consequence，fuzzy comprehensive evaluation，AHP

柳芋，男，1987年出生，現(xiàn)為西南石油大學(xué)油氣安全工程專業(yè)在讀碩士研究生，從事石油天然氣化工生產(chǎn)安全技術(shù)研究工作。地址:(610500)成都市新都區(qū)西南石油大學(xué)研究生院碩2008級4班。電話:13408654056。E-mail:liu3peng.1987@163.com

NATURALGAS EXPLO-RATION＆DEVELOPMENT.v.34，no.3，pp.80-84，7/25/2011

(修改回稿日期 2010-11-26 編輯 陳 玲)