朱凡求

（新疆油田公司開發(fā)公司，新疆 克拉瑪依 834000）

0 引言

隨著海上油氣開發(fā)進(jìn)程的推進(jìn)，油氣開發(fā)過(guò)程中的綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估越來(lái)越受到重視。油田氣開發(fā)的危險(xiǎn)因素容易導(dǎo)致泄漏、燃燒、爆炸等危險(xiǎn)事故，對(duì)財(cái)產(chǎn)安全和相關(guān)人員的生命安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。在此方面的研究中，鄧肖蕾、段慶全、李健等[1]采用基于EEMUA159 標(biāo)準(zhǔn)，依托于SQL 數(shù)據(jù)庫(kù)，并結(jié)合C 語(yǔ)言對(duì)油田氣開發(fā)項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生周期進(jìn)行計(jì)算，并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，以此實(shí)現(xiàn)了油田氣開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。但該方法在油藏開發(fā)效果較差時(shí)得到的評(píng)估結(jié)果不理想，實(shí)際應(yīng)用具有局限性；劉喬、劉少華、潘娟等[2]基于模糊理論將油田氣開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)因素看作一個(gè)集合概念，并采用系統(tǒng)科學(xué)原理分析影響風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)對(duì)評(píng)估結(jié)果貢獻(xiàn)度的因素，利用可用于定量風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算的模擬預(yù)測(cè)軟件求取風(fēng)險(xiǎn)水平。但該方法由于忽略評(píng)估指標(biāo)間相關(guān)性的影響，導(dǎo)致模擬計(jì)算結(jié)果的可靠性較差。

鑒于以上分析，本文提出油田氣開發(fā)綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管理框架研究。根據(jù)油田氣開發(fā)項(xiàng)目的實(shí)際概況，評(píng)估在開發(fā)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并結(jié)合油田氣開發(fā)現(xiàn)狀，給出開發(fā)管理框架，為在油田氣開發(fā)過(guò)程中減少人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失提供有力指導(dǎo)。

1 綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法設(shè)計(jì)

1.1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系設(shè)立

油田氣開發(fā)綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系的建立是基于風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的選擇，而風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的識(shí)別使得油田氣開采過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估特征顯得尤為重要[3]。接下來(lái)本文將從分析油田氣開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的重點(diǎn)和指標(biāo)選擇入手，建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系。

在特定的時(shí)間和范圍內(nèi)，管理者需要根據(jù)油田氣開發(fā)工程的實(shí)際情況和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的提取原則和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)[4]。通常，油田氣開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)自不合理的人類活動(dòng)，如油田氣的高強(qiáng)度開發(fā)，造成水污染和生態(tài)環(huán)境破壞。為了全面評(píng)價(jià)油田氣開發(fā)利用的風(fēng)險(xiǎn)狀況，本文根據(jù)油田氣開采的基本內(nèi)涵和要求，遵循科學(xué)性、層次性和系統(tǒng)性原則，運(yùn)用理論分析方法，從水污染、生態(tài)環(huán)境、項(xiàng)目安全、管理和應(yīng)急能力四個(gè)方面，分析油田氣開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)因素，其結(jié)構(gòu)關(guān)系圖如圖1 所示。

圖1 風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)結(jié)構(gòu)關(guān)系

對(duì)上述四個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行細(xì)化、分析與處理，結(jié)合類似工程的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步優(yōu)選指標(biāo)，將4 個(gè)一級(jí)指標(biāo)下分為多個(gè)二級(jí)指標(biāo)，由此設(shè)立評(píng)估指標(biāo)體系，如表1 所示。

表1 油田氣開發(fā)綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系

合理建立油田氣開發(fā)綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，能夠準(zhǔn)確且直接地反映出評(píng)價(jià)系統(tǒng)的最終目標(biāo)。通過(guò)對(duì)油田氣開發(fā)工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的影響因素進(jìn)行分析，并依據(jù)全面完整、簡(jiǎn)明科學(xué)的原則，利用列表法把水質(zhì)污染、生態(tài)安全、工程安全、管路與應(yīng)急能力作為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的主要指標(biāo)，并細(xì)化為多個(gè)二級(jí)指標(biāo)，為接下來(lái)計(jì)算各指標(biāo)的綜合權(quán)重奠定基礎(chǔ)。

1.2 評(píng)估指標(biāo)綜合權(quán)重計(jì)算

在對(duì)油田氣開發(fā)進(jìn)行綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)時(shí)，需要根據(jù)不同評(píng)價(jià)指標(biāo)因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的貢獻(xiàn)程度，計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。本文采用主觀與客觀賦權(quán)相結(jié)合的方法計(jì)算各指標(biāo)的單獨(dú)權(quán)重，并運(yùn)用層次分析法計(jì)算評(píng)估指標(biāo)的綜合權(quán)重，采用信息熵原理最終確定指標(biāo)的綜合權(quán)重，確保計(jì)算結(jié)果能夠無(wú)限接近指標(biāo)的原始權(quán)重，使計(jì)算結(jié)果更加科學(xué)合理[5]。

1）預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)決策的重要性，這主要取決于評(píng)價(jià)指標(biāo)因素的特征對(duì)群體中不同評(píng)價(jià)對(duì)象的依賴性。定義每個(gè)指標(biāo)的主觀評(píng)估屬性為：

上式中，uij表示第i個(gè)二級(jí)指標(biāo)中第j個(gè)三級(jí)指標(biāo)的評(píng)估屬性；ek表示歸一化向量；f1表示指標(biāo)對(duì)評(píng)估對(duì)象的影響因子。

假設(shè)任意兩個(gè)評(píng)估指標(biāo)對(duì)于評(píng)估結(jié)果在同樣評(píng)估屬性下的屬性值具有一定的相似度[6]，則該相似度可表示為：

上式中，r1表示指標(biāo)對(duì)評(píng)估結(jié)果的貢獻(xiàn)程度；k1表示決策矩陣。

2）推算出評(píng)估屬性值在評(píng)估對(duì)象中的平均相似度，即：

上式中，s0表示指標(biāo)量化值；q0表示評(píng)估指標(biāo)的平均值。

3）綜合考慮單個(gè)評(píng)估指標(biāo)在主觀評(píng)估屬性下評(píng)估值的綜合重要性系數(shù)[7]，計(jì)算公式如下：

上式中，A0表示標(biāo)準(zhǔn)矩陣；n表示評(píng)估指標(biāo)個(gè)數(shù)；f2表示轉(zhuǎn)換函數(shù)。

由于選取的評(píng)估指標(biāo)均為定量指標(biāo)，因此為精準(zhǔn)求出各指標(biāo)的綜合權(quán)重，應(yīng)在指標(biāo)重要性系數(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱化處理，公式如下：

上式中，yij表示無(wú)量綱指標(biāo)；x1表示連接權(quán)值；b1表示權(quán)值誤差；c1表示閾值。

計(jì)算決策矩陣中各行評(píng)價(jià)指標(biāo)的乘積，即：

上式中，at表示指標(biāo)的特征向量；t0表示指標(biāo)的最大特征根。

4）在單層次判斷矩陣中，為避免風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的復(fù)雜性與人的主觀因素影響，可通過(guò)將指標(biāo)乘積進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以獲得指標(biāo)決策矩陣的一致性因子[8]，計(jì)算公式如下：

上式中，α0表示隨機(jī)系數(shù)；z1表示一致性比例；β0表示指標(biāo)波動(dòng)因子。

確定評(píng)估指標(biāo)的熵值：

上式中，T1表示指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差；hi表示第i個(gè)指標(biāo)在評(píng)估方案中的比重。則每個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)為：

上式中，mt表示基本概率賦值；w1表示信任函數(shù)；m0表示決策矩陣維度。

5）采用層次分析法對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行量化[9]，在分析過(guò)程中，主要考慮了油田開采方案分析、設(shè)計(jì)與實(shí)施等方面，其層次結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 油田氣開采風(fēng)險(xiǎn)分析層次結(jié)構(gòu)圖

建立評(píng)估指標(biāo)在放下層次論域內(nèi)的模糊評(píng)判矩陣，即：

上式中，yt表示指標(biāo)模糊數(shù)互補(bǔ)矩陣；I0表示指標(biāo)元值。

計(jì)算第p個(gè)指標(biāo)的模糊評(píng)估得分的期望值：

上式中，oi表示指標(biāo)排序權(quán)重向量；g0表示各指標(biāo)的隸屬度。

基于指標(biāo)的模糊合成向量，求取隸屬函數(shù)，即：

上式中，N0表示評(píng)估決策方案的個(gè)數(shù)；Ak表示轉(zhuǎn)移矩陣。

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)評(píng)估方案的貢獻(xiàn)度可以得到風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)隸屬度的向量矩陣[10]，即：

上式中，Rn表示轉(zhuǎn)置矩陣；n1表示準(zhǔn)則層風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)個(gè)數(shù)。

則可計(jì)算出各指標(biāo)的獨(dú)立權(quán)重為：

上式中，ck表示風(fēng)險(xiǎn)域的平均值；Lk表示指標(biāo)評(píng)價(jià)集。

由此得到指標(biāo)的綜合權(quán)重為：

上式中，W0表示指標(biāo)的評(píng)價(jià)向量。

根據(jù)選取具有針對(duì)性的油田氣綜合評(píng)估指標(biāo)，建立評(píng)估指標(biāo)體系，采用層次分析法構(gòu)造指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)模型，并分別計(jì)算各指標(biāo)的單獨(dú)權(quán)重，由此得到指標(biāo)的綜合權(quán)重，為后續(xù)實(shí)現(xiàn)油田氣開發(fā)的綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供幫助。

1.3 油田氣開采風(fēng)險(xiǎn)值計(jì)算

在評(píng)估指標(biāo)綜合權(quán)重基礎(chǔ)上，利用三角模糊判斷算法計(jì)算油田氣開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)值，并結(jié)合實(shí)際工程情況，確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

1）建立評(píng)估集[11]。對(duì)所有風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)對(duì)象可能做出的各種總的評(píng)判結(jié)果所組成的集合，用V表示，即，其中為各種可能的評(píng)估結(jié)果的個(gè)數(shù)。對(duì)油田氣開發(fā)綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果可以分為V={低，較低，中，較高，高}，其對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)值的量化區(qū)間分別為0-0.2,0.2-0.4,0.4-0.6,0.6-0.8,0.8-1.0。

2）構(gòu)造包含個(gè)三級(jí)指標(biāo)的單因素評(píng)判矩陣為：

上式中，w1表示評(píng)估指標(biāo)的綜合權(quán)重；rmu表示作出n級(jí)評(píng)估結(jié)果的個(gè)數(shù)。

通過(guò)線性函數(shù)來(lái)反映被評(píng)對(duì)象在某個(gè)因素方面的表現(xiàn)[12]，即：

上式中，e2表示二級(jí)指標(biāo)的經(jīng)驗(yàn)因子。

求出每一級(jí)評(píng)估指標(biāo)的得分值：

上式中，as表示評(píng)價(jià)指標(biāo)的項(xiàng)數(shù)；us表示動(dòng)量因子。

因此得到油田氣開發(fā)綜合風(fēng)險(xiǎn)值的計(jì)算公式為：

將上式計(jì)算得到的風(fēng)險(xiǎn)值Ω 與風(fēng)險(xiǎn)值量化區(qū)間V相比較，由此確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。至此，完成田氣開發(fā)的綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

2 實(shí)驗(yàn)論證

2.1 地質(zhì)背景

渤海北部海域存在一個(gè)K 油田。該油田共包括5口探井，通過(guò)分析油田儲(chǔ)量規(guī)?？芍?，5 個(gè)井區(qū)的探明儲(chǔ)量由大到小依次為：25.36 t、20.12 t、12.56 t、10.11 t、9.84 t。從縱向上看，沙街組生物碎屑白云巖儲(chǔ)層探明儲(chǔ)量占油田探明儲(chǔ)量的70%，是油田開發(fā)的主要層系。

根據(jù)地勘資料分析，該油田儲(chǔ)層水平分布極不穩(wěn)定，開發(fā)過(guò)程中儲(chǔ)量規(guī)模與儲(chǔ)層連通性存在風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，埋藏山頂?shù)吞紝臃植枷鄬?duì)離散，沙河街水庫(kù)開發(fā)存在水侵風(fēng)險(xiǎn)。因此，為了進(jìn)一步落實(shí)油田天然氣開發(fā)的綜合風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合工程概況，采用本文設(shè)計(jì)的方法對(duì)其進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并根據(jù)評(píng)估結(jié)果分析該方法的可行性。

2.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

根據(jù)油田氣開發(fā)項(xiàng)目的實(shí)際情況，對(duì)開發(fā)過(guò)程中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別，并更新項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)清單，得到X 一天開發(fā)項(xiàng)目?jī)?yōu)化后的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如表2 所示。

表2 油田氣開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系

對(duì)上述評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行預(yù)篩選與二次篩選，最終將對(duì)評(píng)估結(jié)果貢獻(xiàn)度較大的指標(biāo)作為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估因素。

2.3 實(shí)驗(yàn)說(shuō)明

以表2 數(shù)據(jù)為計(jì)算基礎(chǔ)，采用主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法相結(jié)合的方法求取評(píng)估指標(biāo)的單獨(dú)權(quán)重，并利用信息熵原理計(jì)算指標(biāo)的綜合權(quán)重，得到的結(jié)果如表3 所示。

表3 評(píng)估指標(biāo)的綜合權(quán)重

根據(jù)表3 中各評(píng)估指標(biāo)的綜合權(quán)重值，利用前文所述方法計(jì)算該項(xiàng)目的開發(fā)綜合風(fēng)險(xiǎn)值，并與風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)相比較，最終確定油田氣開發(fā)的綜合風(fēng)險(xiǎn)狀況。

2.4 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果分析

利用本文設(shè)計(jì)的方法求取該油田氣項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)量化值，并將計(jì)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)果相比較，以驗(yàn)證本文方法的評(píng)估性能，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 油田氣開發(fā)綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果

如圖3 所示，將所提方法應(yīng)用于上述油田氣開發(fā)項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，得到的風(fēng)險(xiǎn)量化值與實(shí)際結(jié)果基本相符，評(píng)估結(jié)果曲線與實(shí)際結(jié)果曲線具有較高的擬合度。由此可以說(shuō)明，本文方法能夠準(zhǔn)確地評(píng)估出油田氣開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)值，并確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

2.5 評(píng)估準(zhǔn)確性對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析

為進(jìn)一步顯示出本文方法在評(píng)估準(zhǔn)確性方面的優(yōu)越性能，將基于EEMUA159（方法1）[1]、模糊理論（方法2）[2]的方法作為本文方法的對(duì)比方法。分別采用三種方法在不同指標(biāo)貢獻(xiàn)度系數(shù)條件下，對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并比較分析三種方法的評(píng)估誤差，結(jié)果如圖4 所示。

圖4 基于不同方法的評(píng)估誤差結(jié)果對(duì)比

分析圖4 可知，在不同評(píng)估指標(biāo)貢獻(xiàn)度條件下，本文方法的評(píng)估相對(duì)誤差始終控制在40%以下，而方法1 的評(píng)估誤差較大，主要是由于該方法忽略了評(píng)估指標(biāo)的隨機(jī)一致性，導(dǎo)致指標(biāo)的主觀屬性值與實(shí)際值的偏差較大，進(jìn)而影響了評(píng)估結(jié)果；方法2 的評(píng)估性能較于方法1 有了一定的提升，但由于選取的灰類系數(shù)具有較強(qiáng)的主觀性，使得評(píng)估準(zhǔn)確性較低。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果可知，本文方法對(duì)于油田氣開發(fā)綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估具有較高的評(píng)估準(zhǔn)確性，評(píng)估性能更佳。

3 油田氣開發(fā)管理框架

根據(jù)上述對(duì)該油田氣開發(fā)項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果可知，該工程的綜合風(fēng)險(xiǎn)處于較高水平。因此，為有效降低油田氣開發(fā)綜合風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)結(jié)合工程項(xiàng)目的實(shí)際狀況，從以下3 個(gè)方面制定油田氣開發(fā)項(xiàng)目的管理框架與體系，以保證油田氣開發(fā)工程的安全性。

3.1 優(yōu)化管理制度

對(duì)油田氣開發(fā)過(guò)程的管理制度進(jìn)行優(yōu)化?？赏ㄟ^(guò)優(yōu)化能夠表征油田氣開發(fā)效果的管理指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)入手，建立于更新管理制度[13]。為便于操作，對(duì)基層管理流程進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，將責(zé)任充分落實(shí)到個(gè)人，明確考核責(zé)任于獎(jiǎng)勵(lì)制度。同時(shí)，可針對(duì)不同的采油類型、開發(fā)模式于施工方案，選擇開發(fā)管理指標(biāo)。選取多個(gè)基本指標(biāo)進(jìn)行合理組合和交叉，形成中高滲透包裹砂巖油藏、復(fù)雜斷塊油藏、低滲透砂巖油藏四類油藏管理單元稠油熱采油藏評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

3.2 建立精細(xì)化管理體系

在注重宏觀管理的同時(shí)，也應(yīng)實(shí)施微觀精細(xì)化管理。根據(jù)不同的崗位和對(duì)象，采取不同的措施，保證管理的高要求與高約束[14]。同時(shí)，利用員工的主觀能動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)精益管理。成立專業(yè)化管理項(xiàng)目組，層層分解細(xì)化到各單位、各崗位，層層管理、層層監(jiān)督，形成層層負(fù)責(zé)、層層考核的鏈條。

應(yīng)特別注意內(nèi)部經(jīng)濟(jì)責(zé)任制的制定和實(shí)施。在經(jīng)濟(jì)管理方面，還可以通過(guò)成立專項(xiàng)專責(zé)項(xiàng)目組、開發(fā)運(yùn)營(yíng)管理組以及開發(fā)經(jīng)費(fèi)管理組等，遵循責(zé)任、權(quán)力的原則，實(shí)行項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)保證金制度，以確保經(jīng)濟(jì)安全。

3.3 創(chuàng)新管理方法

創(chuàng)新管理方式是快速推動(dòng)油氣開發(fā)的核心動(dòng)力，加強(qiáng)科技攻關(guān)是快速推動(dòng)石油天然氣開發(fā)的有效手段。油田天然氣開發(fā)企業(yè)應(yīng)將基礎(chǔ)理論研究與應(yīng)用研究相結(jié)合，組建產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合的研究團(tuán)隊(duì)，開展聯(lián)合科技攻關(guān)，以期在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)油田天然氣發(fā)展技術(shù)的突破，降低油田天然氣開發(fā)成本，加快企業(yè)油田氣開發(fā)的技術(shù)進(jìn)步與開發(fā)進(jìn)程。

同時(shí)，油氣開發(fā)企業(yè)要積極加強(qiáng)與資源開發(fā)高校的技術(shù)合作和人才交流[15]。此外，油田天然氣開發(fā)企業(yè)可以與國(guó)外油田天然氣發(fā)展企業(yè)進(jìn)行技術(shù)交流，選派技術(shù)專家作為工作人員，參與從油田天然氣地質(zhì)設(shè)計(jì)到鉆井、壓裂、完井、生產(chǎn)的整個(gè)油田天然氣開發(fā)過(guò)程，對(duì)油田天然氣的生產(chǎn)和建設(shè)更有指導(dǎo)意義。

4 小結(jié)

為有效彌補(bǔ)常規(guī)油田氣開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的不足，本文對(duì)油田氣開發(fā)綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估展開深入研究。通過(guò)建立評(píng)估指標(biāo)體系與計(jì)算指標(biāo)綜合權(quán)重，并確定開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)量化值。以實(shí)際油田氣開發(fā)項(xiàng)目為案例，驗(yàn)證了所提方法的可行性，并根據(jù)該項(xiàng)目的開發(fā)狀況，提出了油田氣開發(fā)管理框架，對(duì)于海上油田氣開發(fā)和管道的安全運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。