定量安全風險評價技術在鉆井過程中的應用

彭英偉

摘 要：海上鉆井過程工序復雜，工具眾多，介質危險，人員密集，一旦發生事故其后果影響十分惡劣，不僅會破壞企業形象，嚴重時會對國家形象造成負面影響，因此有必要對其進行全面的分析。該文根據對海上鉆井作業的風險辨識，利用bow-tie理論全面展示海上鉆井井噴事故發展過程和導致的后果，采用模糊綜合分析法、模糊層次分析法定量分析事故的概率和后果，并結合風險矩陣，評價其風險等級。

關鍵詞：海上鉆井 井噴 定量風險分析 模糊化 bow-tie理論

中圖分類號：X937 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（a）-0051-03

隨著海洋石油工業的發展，海上油氣產業迅速發展，但是生產過程及其所處的海洋環境的復雜性導致事故發生的可能性較大。尤其是在海上鉆井作業中，工序繁雜，工具眾多，介質危險，人員密集，整個生產過程面臨諸多危險因素。定量風險評價技術（Quantified risk assessment）是一種能給風險賦值的評估方法，它提供統一的風險標準，并將風險值與風險基準比較，通過比較結果判斷風險可接受程度，并提出消減措施，有利于管理層進行決策。

1 定量風險評價技術研究現狀

定量風險評價技術提出于40多年前，至今應用已達20多年，在近10年內得到了快速發展。目前在發達國家應用重視程度高，受到權威部門的廣泛認可，在發展中國家也得到了長足的發展。

對評價對象的認識程度決定了定量風險分析的全面性和可靠性，在充分熟悉對象的基礎上，結合實際經驗，辨識其風險因素。風險因素識別出后，根據數據庫或者邀請權威專家賦值確定其發生概率和后果，風險的大小即事件發生概率與可能導致的后果的結合。把得出的風險值與風險定量標準作比較，根據ALARP原則，確定其是否可以被接受，如果不被接受，提出應該采取的措施，降低風險至可接受范圍之內。ALARP原則的意義是：任何工業活動都具有風險，不可能通過預防措施來徹底消除風險；而且，當系統的風險水平越低時，要進一步降低就越困難，其成本往往呈指數曲線上升。因此，必須在系統的風險水平和成本之間做出折中。

2 定量風險評價技術在鉆井過程中的應用

不論是海上鉆井還是陸地鉆井，井噴是發生概率較高而且后果危害巨大的事故，嚴重的案例例如12.23開縣井噴事故，墨西哥灣BP“深水地平線”井噴事故等。而且，鑒于環境影響的全局性，海上油氣田發生井噴事故后，其負面影響比陸上更加惡劣。因此，本文選取頂級事件為井噴事故，建立海上井噴bow-tie模型，定量計算基本事件的概率值和后果的評分，結合常用的風險矩陣，幫助作業者了解井噴發生過程和預防、控制措施，對于實際生產過程有重要的指導意義。

2.1 基本事件概率分析

利用模糊綜合評分法計算基本事件的發生概率，首先需要建立恰當的隸屬度函數，對收集到的概率描述轉化為模糊數。常用的隸屬度函數有三角形模糊函數和梯形模糊函數。

（1）模糊化

本文將概率劃分為5個等級，其對應的表示符號、定性表達方式、定量表達方式和模糊數如表1。

對于能在相關數據庫查詢得到的基本事件概率，可以根據表1將確定的概率值轉化為模糊數。例如基本事件X1，X2，X8，X9，可從文獻中查得。根據表中的定量分級，轉化為對應的模糊數。對于不能通過數據庫得到時，需要遵從專家學者的意見。賦予每位專家合適的權重，并且要求專家對于同一基本事件賦予等級。

（2）概率計算

本文應用改進的處理專家意見的運算法則計算基本事件的概率。

①確定專家的權重，本文采用層次分析計算，結果得出四位專家的權重，，，：。

②計算任意兩位專家對同一事件的賦值的相似度。

對于不能從相關文獻中查詢得到的基本事件：X3，X4，X5，X6，X7進行專家評分，專家意見結果如表2。

應用公式（1）-（6）計算出井漏、高速起鉆抽吸、地層高壓、氣侵、泥漿密度低、鉆遇淺層氣、鉆井液選用不合理、環空靜夜柱壓力降低、空井時間長、放噴系統失效、操作、指揮錯誤、IBOP失效、BOP組失效、壓井系統失效的發生概率。通過對bow-tie圖事故樹部分的計算，得到最下割集見表3，共27個最小割集。

通過最小割集計算頂上事件發生的概率為5.97×10-4，概率等級為2。

2.2 后果分析

考慮海洋流體的流動性，海上鉆井過程中出現井噴事故，除了造成對本國的社會影響和企業本身的影響外，還涉及對鄰國的影響。因此，將海上鉆井井噴事故的后果分為兩個層次，第一層：社會影響，企業影響，國外影響。第二層：人身傷害，環境破壞，經濟損失。

采用推薦的模糊層次分析法（FAHP）分析其后果因素權重，得出社會影響的權重為0.5，企業影響的權重為0.17，國外影響的權重為0.33。

對社會影響的第二層，人員傷害、環境破壞和經濟損失的權重計算結果為：

，即人身傷害權重為0.5，環境破壞權重為0.33，經濟損失權重為0.17。

對企業影響的第二層，人員傷害、環境破壞和經濟損失的權重計算結果為：

，即人身傷害權重為0.5，環境破壞權重為0.17，經濟損失權重為0.33；

對國外影響的第二層，人員傷害、環境破壞和經濟損失的權重計算結果為：

，即人身傷害權重為0.33，環境破壞權重為0.5，經濟損失權重為0.17。

根據單準則下的權重計算總權重，總權重是指所有基本事件對最上層目標層的相對重要度。

代表專家對人員傷害的評分，代表專家對環境破壞的評分，代表專家對經濟損失的評分。在此根據模糊綜合評分法計算專家評分，分別為4.8963，5.3372，4.1862，得到的井噴后果的綜合評分為4.9145。井噴后果等級包括5個等級，即1，2，3，4，5，如表4。因此井噴后果等級為3級。

2.3 風險分析

風險矩陣同時綜合了事故概率和后果，是風險分析中的良好表示方式，被廣泛的應用于風險評價。

風險等級劃分為4個區域，如表6。

根據文中的井噴概率和后果分析，與風險矩陣對比得到井噴事故發生的風險等級為Ⅱ級，有在特殊情況下會發生的風險。根據ALARP原則，此風險是可接受的，但是必須采取必要的措施降因此，必須采取必要的措施降低風險到風險忽略區域。

3 結語

（1）本文辨識了海上鉆井作業中的人員操作，設備安全，管理制度和作業環境中的風險，具體列出了各個環節的風險因素。

（2）通過比較常用的定量風險分析方法，認為模糊化是如今風險分析中的主流方法，有利于提高計算結果和過程的精確性，而bow-tie模型是全面展示事故發展過程和導致后果的方法，本文將兩種方法結合使用。

（3）結合海上鉆井的特點，吸取福島核電站爆炸泄漏事故和“深水地平線”事故的教訓，在后果分析中加入事故的國外影響，全面分析事故后果。

（4）建立了海上鉆井井噴事故的bow-tie模型，對事故進行了定量分析，結合模糊層次分析法和模糊綜合分析法計算事件發生概率和后果。

參考文獻

[1] 羅樺檳，張世英.海洋平臺定量風險評估[J].管理工程學報，1999（1）：56-62.

[2] 張琳，李長俊，蘇欣，等.模糊層次分析法確定管線風險因素權重[J].石油機械，2006，34（6）：43-45

[3] 胡顯偉，段夢蘭，管耀華.基于模糊Bow_tie模型的深水海底管道定量風險評價研究[J].中國安全科學學報，2012，22（3）：128-132.

[4] 劉剛，金業權.鉆井井控風險分析與控制[M].北京：石油工業出版社，2011.

[5] 董海波，顧學康.基于模糊故障樹方法的鉆井平臺井噴概率計算[J].中國造船，2013，54（1）：155-163.endprint

摘 要：海上鉆井過程工序復雜，工具眾多，介質危險，人員密集，一旦發生事故其后果影響十分惡劣，不僅會破壞企業形象，嚴重時會對國家形象造成負面影響，因此有必要對其進行全面的分析。該文根據對海上鉆井作業的風險辨識，利用bow-tie理論全面展示海上鉆井井噴事故發展過程和導致的后果，采用模糊綜合分析法、模糊層次分析法定量分析事故的概率和后果，并結合風險矩陣，評價其風險等級。

關鍵詞：海上鉆井 井噴 定量風險分析 模糊化 bow-tie理論

中圖分類號：X937 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（a）-0051-03

隨著海洋石油工業的發展，海上油氣產業迅速發展，但是生產過程及其所處的海洋環境的復雜性導致事故發生的可能性較大。尤其是在海上鉆井作業中，工序繁雜，工具眾多，介質危險，人員密集，整個生產過程面臨諸多危險因素。定量風險評價技術（Quantified risk assessment）是一種能給風險賦值的評估方法，它提供統一的風險標準，并將風險值與風險基準比較，通過比較結果判斷風險可接受程度，并提出消減措施，有利于管理層進行決策。

1 定量風險評價技術研究現狀

定量風險評價技術提出于40多年前，至今應用已達20多年，在近10年內得到了快速發展。目前在發達國家應用重視程度高，受到權威部門的廣泛認可，在發展中國家也得到了長足的發展。

對評價對象的認識程度決定了定量風險分析的全面性和可靠性，在充分熟悉對象的基礎上，結合實際經驗，辨識其風險因素。風險因素識別出后，根據數據庫或者邀請權威專家賦值確定其發生概率和后果，風險的大小即事件發生概率與可能導致的后果的結合。把得出的風險值與風險定量標準作比較，根據ALARP原則，確定其是否可以被接受，如果不被接受，提出應該采取的措施，降低風險至可接受范圍之內。ALARP原則的意義是：任何工業活動都具有風險，不可能通過預防措施來徹底消除風險；而且，當系統的風險水平越低時，要進一步降低就越困難，其成本往往呈指數曲線上升。因此，必須在系統的風險水平和成本之間做出折中。

2 定量風險評價技術在鉆井過程中的應用

不論是海上鉆井還是陸地鉆井，井噴是發生概率較高而且后果危害巨大的事故，嚴重的案例例如12.23開縣井噴事故，墨西哥灣BP“深水地平線”井噴事故等。而且，鑒于環境影響的全局性，海上油氣田發生井噴事故后，其負面影響比陸上更加惡劣。因此，本文選取頂級事件為井噴事故，建立海上井噴bow-tie模型，定量計算基本事件的概率值和后果的評分，結合常用的風險矩陣，幫助作業者了解井噴發生過程和預防、控制措施，對于實際生產過程有重要的指導意義。

2.1 基本事件概率分析

利用模糊綜合評分法計算基本事件的發生概率，首先需要建立恰當的隸屬度函數，對收集到的概率描述轉化為模糊數。常用的隸屬度函數有三角形模糊函數和梯形模糊函數。

（1）模糊化

本文將概率劃分為5個等級，其對應的表示符號、定性表達方式、定量表達方式和模糊數如表1。

對于能在相關數據庫查詢得到的基本事件概率，可以根據表1將確定的概率值轉化為模糊數。例如基本事件X1，X2，X8，X9，可從文獻中查得。根據表中的定量分級，轉化為對應的模糊數。對于不能通過數據庫得到時，需要遵從專家學者的意見。賦予每位專家合適的權重，并且要求專家對于同一基本事件賦予等級。

（2）概率計算

本文應用改進的處理專家意見的運算法則計算基本事件的概率。

①確定專家的權重，本文采用層次分析計算，結果得出四位專家的權重，，，：。

②計算任意兩位專家對同一事件的賦值的相似度。

對于不能從相關文獻中查詢得到的基本事件：X3，X4，X5，X6，X7進行專家評分，專家意見結果如表2。

應用公式（1）-（6）計算出井漏、高速起鉆抽吸、地層高壓、氣侵、泥漿密度低、鉆遇淺層氣、鉆井液選用不合理、環空靜夜柱壓力降低、空井時間長、放噴系統失效、操作、指揮錯誤、IBOP失效、BOP組失效、壓井系統失效的發生概率。通過對bow-tie圖事故樹部分的計算，得到最下割集見表3，共27個最小割集。

通過最小割集計算頂上事件發生的概率為5.97×10-4，概率等級為2。

2.2 后果分析

考慮海洋流體的流動性，海上鉆井過程中出現井噴事故，除了造成對本國的社會影響和企業本身的影響外，還涉及對鄰國的影響。因此，將海上鉆井井噴事故的后果分為兩個層次，第一層：社會影響，企業影響，國外影響。第二層：人身傷害，環境破壞，經濟損失。

采用推薦的模糊層次分析法（FAHP）分析其后果因素權重，得出社會影響的權重為0.5，企業影響的權重為0.17，國外影響的權重為0.33。

對社會影響的第二層，人員傷害、環境破壞和經濟損失的權重計算結果為：

，即人身傷害權重為0.5，環境破壞權重為0.33，經濟損失權重為0.17。

對企業影響的第二層，人員傷害、環境破壞和經濟損失的權重計算結果為：

，即人身傷害權重為0.5，環境破壞權重為0.17，經濟損失權重為0.33；

對國外影響的第二層，人員傷害、環境破壞和經濟損失的權重計算結果為：

，即人身傷害權重為0.33，環境破壞權重為0.5，經濟損失權重為0.17。

根據單準則下的權重計算總權重，總權重是指所有基本事件對最上層目標層的相對重要度。

代表專家對人員傷害的評分，代表專家對環境破壞的評分，代表專家對經濟損失的評分。在此根據模糊綜合評分法計算專家評分，分別為4.8963，5.3372，4.1862，得到的井噴后果的綜合評分為4.9145。井噴后果等級包括5個等級，即1，2，3，4，5，如表4。因此井噴后果等級為3級。

2.3 風險分析

風險矩陣同時綜合了事故概率和后果，是風險分析中的良好表示方式，被廣泛的應用于風險評價。

風險等級劃分為4個區域，如表6。

根據文中的井噴概率和后果分析，與風險矩陣對比得到井噴事故發生的風險等級為Ⅱ級，有在特殊情況下會發生的風險。根據ALARP原則，此風險是可接受的，但是必須采取必要的措施降因此，必須采取必要的措施降低風險到風險忽略區域。

3 結語

（1）本文辨識了海上鉆井作業中的人員操作，設備安全，管理制度和作業環境中的風險，具體列出了各個環節的風險因素。

（2）通過比較常用的定量風險分析方法，認為模糊化是如今風險分析中的主流方法，有利于提高計算結果和過程的精確性，而bow-tie模型是全面展示事故發展過程和導致后果的方法，本文將兩種方法結合使用。

（3）結合海上鉆井的特點，吸取福島核電站爆炸泄漏事故和“深水地平線”事故的教訓，在后果分析中加入事故的國外影響，全面分析事故后果。

（4）建立了海上鉆井井噴事故的bow-tie模型，對事故進行了定量分析，結合模糊層次分析法和模糊綜合分析法計算事件發生概率和后果。

參考文獻

[1] 羅樺檳，張世英.海洋平臺定量風險評估[J].管理工程學報，1999（1）：56-62.

[2] 張琳，李長俊，蘇欣，等.模糊層次分析法確定管線風險因素權重[J].石油機械，2006，34（6）：43-45

[3] 胡顯偉，段夢蘭，管耀華.基于模糊Bow_tie模型的深水海底管道定量風險評價研究[J].中國安全科學學報，2012，22（3）：128-132.

[4] 劉剛，金業權.鉆井井控風險分析與控制[M].北京：石油工業出版社，2011.

[5] 董海波，顧學康.基于模糊故障樹方法的鉆井平臺井噴概率計算[J].中國造船，2013，54（1）：155-163.endprint

摘 要：海上鉆井過程工序復雜，工具眾多，介質危險，人員密集，一旦發生事故其后果影響十分惡劣，不僅會破壞企業形象，嚴重時會對國家形象造成負面影響，因此有必要對其進行全面的分析。該文根據對海上鉆井作業的風險辨識，利用bow-tie理論全面展示海上鉆井井噴事故發展過程和導致的后果，采用模糊綜合分析法、模糊層次分析法定量分析事故的概率和后果，并結合風險矩陣，評價其風險等級。

關鍵詞：海上鉆井 井噴 定量風險分析 模糊化 bow-tie理論

中圖分類號：X937 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（a）-0051-03

隨著海洋石油工業的發展，海上油氣產業迅速發展，但是生產過程及其所處的海洋環境的復雜性導致事故發生的可能性較大。尤其是在海上鉆井作業中，工序繁雜，工具眾多，介質危險，人員密集，整個生產過程面臨諸多危險因素。定量風險評價技術（Quantified risk assessment）是一種能給風險賦值的評估方法，它提供統一的風險標準，并將風險值與風險基準比較，通過比較結果判斷風險可接受程度，并提出消減措施，有利于管理層進行決策。

1 定量風險評價技術研究現狀

定量風險評價技術提出于40多年前，至今應用已達20多年，在近10年內得到了快速發展。目前在發達國家應用重視程度高，受到權威部門的廣泛認可，在發展中國家也得到了長足的發展。

對評價對象的認識程度決定了定量風險分析的全面性和可靠性，在充分熟悉對象的基礎上，結合實際經驗，辨識其風險因素。風險因素識別出后，根據數據庫或者邀請權威專家賦值確定其發生概率和后果，風險的大小即事件發生概率與可能導致的后果的結合。把得出的風險值與風險定量標準作比較，根據ALARP原則，確定其是否可以被接受，如果不被接受，提出應該采取的措施，降低風險至可接受范圍之內。ALARP原則的意義是：任何工業活動都具有風險，不可能通過預防措施來徹底消除風險；而且，當系統的風險水平越低時，要進一步降低就越困難，其成本往往呈指數曲線上升。因此，必須在系統的風險水平和成本之間做出折中。

2 定量風險評價技術在鉆井過程中的應用

不論是海上鉆井還是陸地鉆井，井噴是發生概率較高而且后果危害巨大的事故，嚴重的案例例如12.23開縣井噴事故，墨西哥灣BP“深水地平線”井噴事故等。而且，鑒于環境影響的全局性，海上油氣田發生井噴事故后，其負面影響比陸上更加惡劣。因此，本文選取頂級事件為井噴事故，建立海上井噴bow-tie模型，定量計算基本事件的概率值和后果的評分，結合常用的風險矩陣，幫助作業者了解井噴發生過程和預防、控制措施，對于實際生產過程有重要的指導意義。

2.1 基本事件概率分析

利用模糊綜合評分法計算基本事件的發生概率，首先需要建立恰當的隸屬度函數，對收集到的概率描述轉化為模糊數。常用的隸屬度函數有三角形模糊函數和梯形模糊函數。

（1）模糊化

本文將概率劃分為5個等級，其對應的表示符號、定性表達方式、定量表達方式和模糊數如表1。

對于能在相關數據庫查詢得到的基本事件概率，可以根據表1將確定的概率值轉化為模糊數。例如基本事件X1，X2，X8，X9，可從文獻中查得。根據表中的定量分級，轉化為對應的模糊數。對于不能通過數據庫得到時，需要遵從專家學者的意見。賦予每位專家合適的權重，并且要求專家對于同一基本事件賦予等級。

（2）概率計算

本文應用改進的處理專家意見的運算法則計算基本事件的概率。

①確定專家的權重，本文采用層次分析計算，結果得出四位專家的權重，，，：。

②計算任意兩位專家對同一事件的賦值的相似度。

對于不能從相關文獻中查詢得到的基本事件：X3，X4，X5，X6，X7進行專家評分，專家意見結果如表2。

應用公式（1）-（6）計算出井漏、高速起鉆抽吸、地層高壓、氣侵、泥漿密度低、鉆遇淺層氣、鉆井液選用不合理、環空靜夜柱壓力降低、空井時間長、放噴系統失效、操作、指揮錯誤、IBOP失效、BOP組失效、壓井系統失效的發生概率。通過對bow-tie圖事故樹部分的計算，得到最下割集見表3，共27個最小割集。

通過最小割集計算頂上事件發生的概率為5.97×10-4，概率等級為2。

2.2 后果分析

考慮海洋流體的流動性，海上鉆井過程中出現井噴事故，除了造成對本國的社會影響和企業本身的影響外，還涉及對鄰國的影響。因此，將海上鉆井井噴事故的后果分為兩個層次，第一層：社會影響，企業影響，國外影響。第二層：人身傷害，環境破壞，經濟損失。

采用推薦的模糊層次分析法（FAHP）分析其后果因素權重，得出社會影響的權重為0.5，企業影響的權重為0.17，國外影響的權重為0.33。

對社會影響的第二層，人員傷害、環境破壞和經濟損失的權重計算結果為：

，即人身傷害權重為0.5，環境破壞權重為0.33，經濟損失權重為0.17。

對企業影響的第二層，人員傷害、環境破壞和經濟損失的權重計算結果為：

，即人身傷害權重為0.5，環境破壞權重為0.17，經濟損失權重為0.33；

對國外影響的第二層，人員傷害、環境破壞和經濟損失的權重計算結果為：

，即人身傷害權重為0.33，環境破壞權重為0.5，經濟損失權重為0.17。

根據單準則下的權重計算總權重，總權重是指所有基本事件對最上層目標層的相對重要度。

代表專家對人員傷害的評分，代表專家對環境破壞的評分，代表專家對經濟損失的評分。在此根據模糊綜合評分法計算專家評分，分別為4.8963，5.3372，4.1862，得到的井噴后果的綜合評分為4.9145。井噴后果等級包括5個等級，即1，2，3，4，5，如表4。因此井噴后果等級為3級。

2.3 風險分析

風險矩陣同時綜合了事故概率和后果，是風險分析中的良好表示方式，被廣泛的應用于風險評價。

風險等級劃分為4個區域，如表6。

根據文中的井噴概率和后果分析，與風險矩陣對比得到井噴事故發生的風險等級為Ⅱ級，有在特殊情況下會發生的風險。根據ALARP原則，此風險是可接受的，但是必須采取必要的措施降因此，必須采取必要的措施降低風險到風險忽略區域。

3 結語

（1）本文辨識了海上鉆井作業中的人員操作，設備安全，管理制度和作業環境中的風險，具體列出了各個環節的風險因素。

（2）通過比較常用的定量風險分析方法，認為模糊化是如今風險分析中的主流方法，有利于提高計算結果和過程的精確性，而bow-tie模型是全面展示事故發展過程和導致后果的方法，本文將兩種方法結合使用。

（3）結合海上鉆井的特點，吸取福島核電站爆炸泄漏事故和“深水地平線”事故的教訓，在后果分析中加入事故的國外影響，全面分析事故后果。

（4）建立了海上鉆井井噴事故的bow-tie模型，對事故進行了定量分析，結合模糊層次分析法和模糊綜合分析法計算事件發生概率和后果。

參考文獻

[1] 羅樺檳，張世英.海洋平臺定量風險評估[J].管理工程學報，1999（1）：56-62.

[2] 張琳，李長俊，蘇欣，等.模糊層次分析法確定管線風險因素權重[J].石油機械，2006，34（6）：43-45

[3] 胡顯偉，段夢蘭，管耀華.基于模糊Bow_tie模型的深水海底管道定量風險評價研究[J].中國安全科學學報，2012，22（3）：128-132.

[4] 劉剛，金業權.鉆井井控風險分析與控制[M].北京：石油工業出版社，2011.

[5] 董海波，顧學康.基于模糊故障樹方法的鉆井平臺井噴概率計算[J].中國造船，2013，54（1）：155-163.endprint