含硫氣田井噴事故后果風險模糊綜合評價

柳 芋 王林元 黃志宇

(西南石油大學)

含硫氣田井噴事故后果風險模糊綜合評價

柳 芋 王林元 黃志宇

(西南石油大學)

針對含硫天然氣井噴事故發生后的特點及嚴重程度，本文通過分析含硫天然氣井噴過程中復雜的人、機、環境系統，從這三個方面建立了模糊綜合評價指標，并應用模糊變化原理和模糊數學理論建立了模糊數學評價模型，再通過層次分析法(AHP)確定相關因素權重，從而對系統的失效可能性和失效后果進行科學的定量分析評價。最后通過具體的實例分析，驗證了該方法的可行性與實用性。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，由于鉆采作業具有高投入、高風險和高技術水平性，使得開采作業存在著諸多隱蔽的井噴危險性因數［1］。因為受到復雜的內部作業條件與外部環境影響，含硫氣田一旦發生井噴，而不能采取及時有效的措施時，將極易引發井場火災、爆炸、中毒與下陷等災難性事故，甚至危及周圍群眾的生命財產安全，造成巨大的經濟損失。因此，針對含硫氣田的井噴事故后果而進行風險安全評價將顯得極為重要。

目前，風險評價常采用定性評價法、半定量評價法與定量評價法。定性評價與半定量評價法包含安全檢查表法、故障樹(FTA)分析法、風險矩陣法等，往往依靠經驗與統計資料，帶有一定局限性，同時不能準確的量化危險度;其定量評價法又分為:概率風險評價法、傷害范圍評價法、危險指數評價法三類［2］，當基本致因因數復雜、過多或初始條件不確定時，這些方法將表現出較大的偏差性或失真性。由于評價對象具有諸多的復雜模糊致因因數與單項評價指標，因此，引入模糊數學的原理與方法，用模糊集理論方法對井噴事故產生的后果進行定量分析。本文嘗試用模糊綜合評價，以事故致因理論為基礎，將致因因數層次化，再通過層次分析法(AHP)和模糊統計得到因素權重系數與模糊關系矩陣，從而建立含硫氣田井噴后果風險的多層次綜合評價。

1 評價指標體系的建立

評價指標體系是由若干個單項評價指標組成的整體。指標體系的一般原則是:能反映所要解決問題的各項目標要求，實際、完整、合理、科學，并能為有關人員和部門所接受。依據事故致因理論中的軌跡交叉論，結合井場實際情況，合理地提出了引發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、不良環境，從而初步建立了評價指標集合。但初步評價指標集合中可能存在一些“次要”的評價指標，需要對其進行篩選。本文采用專家調研法［3］，征詢專家對初步設計評價指標的意見，然后進行統計處理，確定具體井噴事故后果嚴重程度的模糊評價指標體系［4，5］，如圖1所示:

2 多層次風險模糊綜合評價

2.1 模糊綜合評價基本步驟

(1)確定評價對象。本文的評價對象為含硫氣田井噴事故后果風險分析。

(2)建立因素集。將影響評價對象的因素集U進行劃分，將其

圖1 井噴事故后果安全評價指標體系

(5)單因數模糊評價。對U中各單因數Ui做評判，并將各個評價指標數量化。本文采用專家統計方法確定Ui的模糊評價 Ri={ri1，ri2，…，rij}(j=1，2，…，7)，對于 n 個因素有 j個模糊評價 R1，R2…Rj，即模糊綜合評價矩陣:

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

(6)建立一級模糊綜合評價。

當因數權重Ai與模糊綜合評價矩陣Ri確定后，通過模糊變換即得到第i個因素的一級模糊評判矩陣為:

(7)建立多層次綜合評價

把每個Ui作為一個因素，Bi作為Ui單因數評價，則可通過兩個層次來綜合評價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模型。

2.2 層次分析法(AHP)確定權重

(1)確定因數層權重分配

引入表1所表示的1-9標度方法，構造出上述的比較判斷矩陣后，即可計算判斷出矩陣的最大特征根及其對應的特征向量，計算方法見表2。如評價因數集U={u1，u2，u3}={人的不安全因數，物的不安全狀態，安全管理}相對應的權重集A={A1，A2，A3}，A1=0.637，A2=0.105，A3=0.258。

(2)確定子因數層權重分配

同樣，我們可以依次構造因數層Ui與子因素層Uim之間的判斷矩陣，并計算出相應判斷矩陣的最大特征根及其特征向量，確定各子因數的權重分配。

表1 判斷矩陣標度及其含義

表2 Ui—Ai的判斷矩陣

2.3 風險值的確定及風險級的劃分

根據所得的井噴事故后果綜合評價集B及事故后果嚴重程度綜合評價集B*，在綜合考慮了所有因素影響的基礎上，采用加權平均法在來確定其風險值與風險等級［8］。

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

根據風險評價結果R，將井噴事故后果風險等級劃分為7個等級，如表3。

表3 井噴事故后果風險評價等級分布

3 井噴事故后果風險模糊綜合評價應用實例

本文以四川石油管理局在大邑縣開采含硫油氣田為例，將前面介紹的風險評價方法加以應用。

3.1 井噴事故后果風險分析

(1)井噴事故后果的因數論語U劃分為評價指標中的3類14個因素，見圖1。

(2)各因數層的權重由前文的層次分析法確定:

3.2 事故后果嚴重程度風險分析

與井噴事故后果風險計算方法相同，采用層次分析法建立事故后果嚴重程度的判斷矩陣后計算出各因數權重，并通過專家現場打分法確定各因數的隸屬度，具體結果見表4。

按單因數模糊綜合評價計算，得出

表4 事故后果風險評價相對權重及隸屬度總匯表

查表3可知該氣田的井噴事故后果風險等級為“低風險”，該評價結果比較符合該氣田實際情況。

4 結語

模糊綜合評價根據油氣田井噴后所存在的多重風險事故引發的模糊性與事故致因的復雜性，綜合考慮了與評價對象相關聯的各個因數，從而運用模糊變換原理與模糊數學的基本理論，將模糊變量數量化，得到評價對象的綜合定量評價結果。

1 彭祖贈，孫韞玉.模糊數學及其應用［M］.武漢:武漢大學出版，2004.

2 劉增良.模糊數學技術與應用選編［M］.北京:航空航天大學出版社，1997.

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

4 蔣希文.鉆井事故與復雜問題［M］.北京:石油工業出版社，2005.

5 劉菊梅.陸上油氣鉆井作業安全評價方法的研究［D］.重慶:重慶大學碩士學位論文，2005.

6 李凌峰，劉云.油田礦場原油庫風險模糊綜合評價技術研究［J］.石油礦場機械，2007，37(6):16-19.

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

8 王若菌，蔣軍成.化工過程中毒事故風險的模糊綜合評估［J］.中國安全科學學報，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，現為西南石油大學油氣安全工程專業在讀碩士研究生，從事石油天然氣化工生產安全技術研究工作。地址:(610500)成都市新都區西南石油大學研究生院碩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)