基于模糊综合评价法的钻井作业安全性评价

　　摘要：在油田开发与勘探中，钻井作业工序繁多，操作复杂，使机械设备、操作工人、作业环境置于较大的风险之中。为了明确钻井过程中的风险因素，以钻井工艺过程划分单元，归纳各个单元中存在的风险事故类型及隐患事故类型。简单介绍模糊综合评价法的一般步骤和方法，并运用该方法对石油钻井基本过程进行安全评价，得出钻井过程的安全级数，指导钻井作业过程，并有效地预防事故的发生，减少财产损失和人员伤亡及伤害，提高作业过程的安全操作性。

　　关键词：模糊综合评价法;钻井;安全评价

　　在油、气田勘探开发的地质勘探，区域勘探和油田开发三个阶段中，钻井工作贯穿始终，其主要包括钻前准备、钻进和完井三个阶段[1]。在每个阶段，由于工艺繁多，机械设备操作复杂、作业环境、工人技术水平及安全意识等因素给钻井过程造成重大的安全事故及隐患。为了规避风险、减少事故、防止重大事故的发生，最大地减少风险带来的损失。以下针对钻井安全评价具有多目标、多属性的特点，采用模糊综合评价方法对钻井作业过程进行综合性安全评价。

　　1评价方法

　　模糊综合评价[2]就是以模糊数学为基础，应用模糊关系合成的原理，通过构造等级模糊子集，把反映评价对象的模糊指标进行量化(即确定隶属度)，然后利用模糊变换原理对各指标进行综合，具体评价步骤如下：

　　(1)建立评价等级集合v

　　V={υ1，υ2，Λ，υn}

　　一个等级对应一个模糊子集。一般情况下，评价等级数n取[3，7]中的整数。

　　(2)建立评价对象的因素集合U

　　U={u1，u2，Λ，um}

　　因素集合U就是m个评价指标的集合。评价指标的选取要满足评价对象的完备性、独立性、可行性以及通用性四个基本原则。

　　(3)确定评价因素的权向量A

　　A=(a1，a2，Λ，am)

　　(4)进行单因素评价并建立单因素模糊关系矩阵R

　　R=[Rij]mxn

　　其中rij表示从ui因素来看评价对象对评价等级υj的隶属度，即确定从单因素来看评价对象对各等级模糊子集的隶属度rij，进而得到单因素模糊关系矩阵R。

　　(5)确定模糊综合评价的模型，采用第M(•,⊙)算子模糊合成算子[3]将矩阵进行模糊变换，得到评价对象的评价向量B

 

　　bj(j=1，2，…，n)表示评价对象从整体上看对评价等级分的隶属程度。

　　(6)确定评价等级。

　　2钻井的模糊综合评价

　　2.1建立评价等级集合v

　　取评价级数为5，分别为很安全、较安全、中等、较不安全、很不安全，即V=[很安全，较安全，中等，较不安全，很不安全]给各级数赋值如下：

　　[很安全，较安全，中等较，不安全，很不安全]=[1，0.8，0.6，0.4，≤0.2]

　　2.2评价项目权向量确定

　　(1)划分单元(建立对象因素集合U)

　　在钻井工程众多安全影响因素中归纳筛选出23个因子，并按施工过程分为四大类：钻井设备搬迁、设备安装及校正、钻进过程、完井。即U=[钻井设备搬迁、设备安装及校正、钻进过程、完井]。

　　其各单元及其各单元项目如表1所示。

 

　　(2)构造结构判断矩阵

　　对五大类按AHP层次分析法)规定的5级标准，进行成对比较，列出一个4x4的判断矩阵。

 

　　2.3层次分析

　　(1)按方根法求特征向量。

 

　　各M的4次方根为

 

　　将β归一化，得向量

　　∑β=0.5+0.9036+2.2134+1=4.6170

 

　　(2)一致性检验。

　　a)求最大特征值λmax

 

　　b)计算一致性指标

 

　　c)计算一致性比例

　　矩阵平均随机一致性指标RI由表2查得

 

　　为089。

　　所以CR=CI /RI=0.0069/0.89=0.0077，由于CR=0.0077<0.10，故检验合格，判断矩阵赋值合理。

　　(3)确定各项目分数。

　　若以100分制，即各项目总分为100分，则钻井设备搬迁、设备安装及校正、钻进过程、完井四类的分分别为10.83，19.57，47.94，21.66。为了便于计算，根据各单元的评价项目个数，最后稍加调整为：10，20，50，20。

　　在一般情况下，每个单元的评价项目权向量凭经验即可进行大致判断，也可以通过AHP方法确定，其各项目分数赋值如表1。

　　2.4建立单因素模糊关系矩阵R

　　模糊关系矩阵的建立方法很多，本研究将采用多维量表法来确定模糊关系矩阵R0rii的取值如表3所示。

 

　　根据表3确定模糊矩阵R

　　

　　2.5评价等级的确定

　　采用加权平均原则确定评价等级，如下式：

　　

　　得：系统安全级数=0.7077，故系统安全等级在中等安全和较安全之间。

　　由加权平均原则确定，得到整个系统的安全等级在中等安全和较安全之间，基本上满足要求。但是某些分单元还是存在危险隐患，需要重点改进。特别是对于那些权重系数比较大的单元，更应该加强管理，确保整个系统的安全。

　　3结论

　　利用模糊综合评价法对石油钻井作业进行安全性分析，确保钻井过程的安全进行，同时，从评价过程中可以清楚地看出钻井作业过程中各单元及单元项目权重，即风险程度，为钻井作业过程中安全性防范提供了参考依据。

　　参考文献（略）