劉保占，靳衛(wèi)衛(wèi)，安偉，趙建平

(中海油能源發(fā)展股份有限公司 安全環(huán)保分公司，天津 300457)

隨著我國石油工業(yè)的迅猛發(fā)展，海上作業(yè)逐漸步入深水、超深水時代，帶來巨大經(jīng)濟效益的同時，溢油風(fēng)險也與日俱增。目前，國內(nèi)外針對深水溢油事故發(fā)生概率、發(fā)生規(guī)模，以及危害后果評價方面取得較多的研究成果，建立了大量的評估模型[1-6]，并且開發(fā)了相關(guān)的計算機軟件系統(tǒng)[7]。但之前研究存在一些問題，主要體現(xiàn)在：①分別計算深水溢油概率和危害后果等級，未綜合得到溢油風(fēng)險值；②現(xiàn)有研究多為主觀評價，并且大多沒有考慮主觀評價模糊性帶來的誤差。因此，有必要引入一種減小主觀誤差的評價模型，對深水溢油風(fēng)險進行綜合評價，以期為深水溢油風(fēng)險防治與應(yīng)急管理提供依據(jù)。以我國南海某深水鉆井平臺井噴為例，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上引入模糊Bow-tie模型，分別計算井噴溢油可能性和后果值，得出鉆井平臺井噴溢油風(fēng)險評價結(jié)果，并提出溢油風(fēng)險緩解措施。

1 研究方法

1.1 模糊概率分析

對于深水鉆井平臺而言，由于可查的井噴溢油事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)較少，所以溢油概率分析選用目前較為普遍的主觀概率與模糊數(shù)學(xué)相結(jié)合的方法，主要步驟如下。

1)邀請專家。邀請海上鉆井作業(yè)相關(guān)的專家及現(xiàn)場作業(yè)人員，(人數(shù)>20)，賦予每個專家或作業(yè)人員合適的評價權(quán)重值。

2)模糊數(shù)化。選擇恰當(dāng)?shù)碾`屬度函數(shù)，將專家描述語言轉(zhuǎn)化成模糊數(shù)，選用三角模糊數(shù)表示事件概率值，對溢油事件的模糊性進行量化[8]，分別計算出故障樹和事件樹頂上事件發(fā)生概率。

將引起深水鉆井平臺井噴溢油事件風(fēng)險可能性分為11個等級[9-10]，相應(yīng)的語言變量和模糊數(shù)見表1。

表1 風(fēng)險可能性三角模糊數(shù)等級表

由于不同專家會賦予同一事件不同的風(fēng)險等級，需要對專家的評估結(jié)果進行整合，采用線性整合理論對專家描述語言整合[11]，見式(1)。

式中：Mi為事件i的模糊總數(shù)；wj為賦予專家j的權(quán)重；Aij為專家j對事件i的模糊評分；m為事件總數(shù)；n為專家總數(shù)。

3)模糊數(shù)概率化。上述求得的風(fēng)險值以模糊數(shù)表示，為更直觀比較溢油風(fēng)險大小，需將模糊數(shù)轉(zhuǎn)化為概率值，選擇最大最小集合方法對模糊數(shù)概率化[12]，如式(2)所示。

FM=[FMR+1-FML]/2

(2)

式中：FM為模糊數(shù)M的模糊概率；FMR和FML分別為模糊數(shù)M的右模糊概率和左模糊概率。

其中：

其中： fmax(x)為最大模糊集； fmin(x)為最小模糊集； fM(x)為整合后的模糊集。

4)模糊失效概率化。為保證真實概率和模糊概率一致，需將模糊可能值轉(zhuǎn)化為模糊失效概率[13]。

式中：F為模糊失效概率；k=[(1-FM)/FM]1/3×2.301。

1.2 溢油后果分析

1)評價指標(biāo)及權(quán)重。深水鉆井平臺井噴溢油會帶來不同程度的影響后果，其中，一級指標(biāo)有社會后果、經(jīng)濟后果和環(huán)境后果，各一級指標(biāo)下列出二級指標(biāo)，見表2。通過問卷調(diào)查方式由海上鉆井作業(yè)人員及專家對各指標(biāo)進行打分，應(yīng)用層次分析法(AHP)對各后果指標(biāo)權(quán)重進行計算，表2中所示權(quán)重分配僅為本研究使用。

2)模糊數(shù)計算。根據(jù)深水鉆井井噴事故導(dǎo)致的危害后果程度，將后果等級分為5級，相應(yīng)的語言變量和三角模糊數(shù)見表3。

由權(quán)重和三角模糊數(shù)可計算不同后果事件的后果值模糊數(shù)，見式(5)。

表2 溢油后果各風(fēng)險指標(biāo)權(quán)重值

表3 危害后果三角模糊數(shù)等級表

式中：Ch為某一后果事件的后果值模糊數(shù)；Wn為一級后果指標(biāo)的權(quán)重值；Bhn為后果事件h對一級后果指標(biāo)的影響程度模糊數(shù)；Mn為二級后果指標(biāo)數(shù)量；Wnm為二級后果指標(biāo)權(quán)重值；Bhnm為后果事件h對二級后果指標(biāo)的影響程度模糊數(shù)。

2 案例分析

以我國南海某一深水鉆井平臺為例進行分析。通過對該鉆井平臺的綜合評估及實地檢測，得出引起深水鉆井井噴溢油的主要原因，形成了應(yīng)用于該深水鉆井井噴溢油的模糊Bow-tie模型(見圖1)，故障樹中間事件見表4，故障樹基本事件和事件樹誘發(fā)事件見表5。

表4 故障樹各中間事件名稱

圖1 模糊Bow-tie模型

表5 各基本事件聚合模糊數(shù)

2.1 概率計算

由故障樹中各基本事件的三角模糊數(shù)，求出聚合后的模糊數(shù)(見表5)，求得故障樹頂上事件的模糊三角數(shù)為(0.055,0.119,0.223)，頂上事件的模糊概率為0.157，最后計算求得頂上事件的失效概率為9.33×10-5。

2.2 溢油后果計算

根據(jù)井噴溢油危害后果三角模糊數(shù)等級表，評價井噴溢油對社會、經(jīng)濟和環(huán)境造成的后果，結(jié)果見表6。

表6 結(jié)果事件危害后果評價

溢油危害后果影響由各評價因子權(quán)重與對應(yīng)的評價模糊數(shù)進行矩陣相乘求得[15]，以O(shè)E1事件為例，造成的社會后果如下。

同理可求得：

B12=[0.19,0.38,0.50]

B13=[0.44,0.69,0.94]

OE1事件的總危害后果值模糊數(shù)為

同理求得其他后果事件模糊數(shù)Ch，并求得各后果事件的可能性模糊數(shù)pOEh，見表7。

2.3 溢油風(fēng)險分析結(jié)果

通過式(3)計算結(jié)果事件的可能性失效概率FL和后果值失效概率FC，最后計算得到結(jié)果事件的風(fēng)險值R，見表8。

表8 結(jié)果事件風(fēng)險值

由表8結(jié)果顯示，一旦發(fā)生井噴溢油事故，發(fā)生火災(zāi)+污染的概率相對較高，所以需要從引起溢油事故的潛在因素中進行控制。由表5可見，異常高壓、抽汲、泵故障、不壓井起下作業(yè)裝置失效、旋轉(zhuǎn)裝置密封失效對該深水鉆井平臺作業(yè)安全影響較大，針對這幾項重點部分提出以下風(fēng)險控制措施。

1)使用適當(dāng)?shù)脑O(shè)備和技術(shù)實時監(jiān)測液柱壓力和地質(zhì)壓力，并能夠根據(jù)井底監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確判斷所需鉆井液密度。

2)簡化鉆井結(jié)構(gòu)，起鉆前徹底循環(huán)，保證井眼清潔；實時監(jiān)督觀察灌漿和返漿情況，保證起鉆過程中準(zhǔn)確，及時進行灌漿作業(yè)。

3)加強平臺設(shè)施日常維修、保養(yǎng)和更新，對關(guān)鍵部件需定期檢查，保證裝置正常運轉(zhuǎn)和密封性。

4)在平臺不同區(qū)域安裝可燃?xì)怏w報警器，在密閉區(qū)域設(shè)置排氣設(shè)備以降低可燃物質(zhì)的燃燒或達(dá)到爆炸極限。

5)建立應(yīng)急預(yù)案和響應(yīng)程序、加強作業(yè)人員在緊急情況下的應(yīng)急能力。

3 結(jié)論

1)Bow-tie模型綜合故障樹和事件樹兩種分析方法優(yōu)勢，不僅可以清晰找出事故發(fā)生的原因，還可以把事故發(fā)生的后果直觀展現(xiàn)出來，便于后續(xù)風(fēng)險評價研究。

2)將模糊Bow-tie模型引入深水鉆井平臺井噴溢油風(fēng)險評價，與其他定性或半定量評價方法相比，模糊Bow-tie模型既可以定量井噴溢油事件的失效概率，又可以分別計算各結(jié)果事件的風(fēng)險值，實現(xiàn)了基本事件發(fā)生概率定量化。

3)深水鉆井井噴溢油風(fēng)險在分析過程中存在較多難以量化的事件概率，采用模糊數(shù)方法，實現(xiàn)這些較難概率的定量化，該方法核心問題之一是隸屬度函數(shù)，其語言變量和模糊數(shù)可根據(jù)實際情況進行設(shè)定，并不局限于三角模糊數(shù)。