柳 芋 王林元 黄志宇

(西南石油大学)

含硫气田井喷事故后果风险模糊综合评价

柳 芋 王林元 黄志宇

(西南石油大学)

针对含硫天然气井喷事故发生后的特点及严重程度，本文通过分析含硫天然气井喷过程中复杂的人、机、环境系统，从这三个方面建立了模糊综合评价指标，并应用模糊变化原理和模糊数学理论建立了模糊数学评价模型，再通过层次分析法(AHP)确定相关因素权重，从而对系统的失效可能性和失效后果进行科学的定量分析评价。最后通过具体的实例分析，验证了该方法的可行性与实用性。图1表4参8

含硫天然气 井喷后果 模糊综合评判 层次分析

0 引言

在含硫气田的开采中，由于钻采作业具有高投入、高风险和高技术水平性，使得开采作业存在着诸多隐蔽的井喷危险性因数［1］。因为受到复杂的内部作业条件与外部环境影响，含硫气田一旦发生井喷，而不能采取及时有效的措施时，将极易引发井场火灾、爆炸、中毒与下陷等灾难性事故，甚至危及周围群众的生命财产安全，造成巨大的经济损失。因此，针对含硫气田的井喷事故后果而进行风险安全评价将显得极为重要。

目前，风险评价常采用定性评价法、半定量评价法与定量评价法。定性评价与半定量评价法包含安全检查表法、故障树(FTA)分析法、风险矩阵法等，往往依靠经验与统计资料，带有一定局限性，同时不能准确的量化危险度;其定量评价法又分为:概率风险评价法、伤害范围评价法、危险指数评价法三类［2］，当基本致因因数复杂、过多或初始条件不确定时，这些方法将表现出较大的偏差性或失真性。由于评价对象具有诸多的复杂模糊致因因数与单项评价指标，因此，引入模糊数学的原理与方法，用模糊集理论方法对井喷事故产生的后果进行定量分析。本文尝试用模糊综合评价，以事故致因理论为基础，将致因因数层次化，再通过层次分析法(AHP)和模糊统计得到因素权重系数与模糊关系矩阵，从而建立含硫气田井喷后果风险的多层次综合评价。

1 评价指标体系的建立

评价指标体系是由若干个单项评价指标组成的整体。指标体系的一般原则是:能反映所要解决问题的各项目标要求，实际、完整、合理、科学，并能为有关人员和部门所接受。依据事故致因理论中的轨迹交叉论，结合井场实际情况，合理地提出了引发井喷事故的直接原因与间接原因，即:人的不安全行为，物的不安全状态、不良环境，从而初步建立了评价指标集合。但初步评价指标集合中可能存在一些“次要”的评价指标，需要对其进行筛选。本文采用专家调研法［3］，征询专家对初步设计评价指标的意见，然后进行统计处理，确定具体井喷事故后果严重程度的模糊评价指标体系［4，5］，如图1所示:

2 多层次风险模糊综合评价

2.1 模糊综合评价基本步骤

(1)确定评价对象。本文的评价对象为含硫气田井喷事故后果风险分析。

(2)建立因素集。将影响评价对象的因素集U进行划分，将其

图1 井喷事故后果安全评价指标体系

(5)单因数模糊评价。对U中各单因数Ui做评判，并将各个评价指标数量化。本文采用专家统计方法确定Ui的模糊评价 Ri={ri1，ri2，…，rij}(j=1，2，…，7)，对于 n 个因素有 j个模糊评价 R1，R2…Rj，即模糊综合评价矩阵:

2，…，n;j=1，2，…，7)为评价对象 Ui对评判集 V 中第 j个元素(j=1，2，…，7)的隶属度。

(6)建立一级模糊综合评价。

当因数权重Ai与模糊综合评价矩阵Ri确定后，通过模糊变换即得到第i个因素的一级模糊评判矩阵为:

(7)建立多层次综合评价

把每个Ui作为一个因素，Bi作为Ui单因数评价，则可通过两个层次来综合评价B:

若对Ui再做划分，可以得到三层以至更多层次的综合评价模型。

2.2 层次分析法(AHP)确定权重

(1)确定因数层权重分配

引入表1所表示的1-9标度方法，构造出上述的比较判断矩阵后，即可计算判断出矩阵的最大特征根及其对应的特征向量，计算方法见表2。如评价因数集U={u1，u2，u3}={人的不安全因数，物的不安全状态，安全管理}相对应的权重集A={A1，A2，A3}，A1=0.637，A2=0.105，A3=0.258。

(2)确定子因数层权重分配

同样，我们可以依次构造因数层Ui与子因素层Uim之间的判断矩阵，并计算出相应判断矩阵的最大特征根及其特征向量，确定各子因数的权重分配。

表1 判断矩阵标度及其含义

表2 Ui—Ai的判断矩阵

2.3 风险值的确定及风险级的划分

根据所得的井喷事故后果综合评价集B及事故后果严重程度综合评价集B*，在综合考虑了所有因素影响的基础上，采用加权平均法在来确定其风险值与风险等级［8］。

对于井喷事故后果的综合评价集B={b1，b2，b3，b4，b5，b6，b7}，V={很安全，安全，较安全，中等，较危险，危险，很危险}评价集给定一个加权集Q={q1，q2，q3，q4，q5，q6，q7}={10，8，6，5，4，2，1}，以评语“很危险”造成的井喷事故严重性后果可能性取值为10，引发井喷事故严重后果的总体可能性可由下式表示:

根据风险评价结果R，将井喷事故后果风险等级划分为7个等级，如表3。

表3 井喷事故后果风险评价等级分布

3 井喷事故后果风险模糊综合评价应用实例

本文以四川石油管理局在大邑县开采含硫油气田为例，将前面介绍的风险评价方法加以应用。

3.1 井喷事故后果风险分析

(1)井喷事故后果的因数论语U划分为评价指标中的3类14个因素，见图1。

(2)各因数层的权重由前文的层次分析法确定:

3.2 事故后果严重程度风险分析

与井喷事故后果风险计算方法相同，采用层次分析法建立事故后果严重程度的判断矩阵后计算出各因数权重，并通过专家现场打分法确定各因数的隶属度，具体结果见表4。

按单因数模糊综合评价计算，得出

表4 事故后果风险评价相对权重及隶属度总汇表

查表3可知该气田的井喷事故后果风险等级为“低风险”，该评价结果比较符合该气田实际情况。

4 结语

模糊综合评价根据油气田井喷后所存在的多重风险事故引发的模糊性与事故致因的复杂性，综合考虑了与评价对象相关联的各个因数，从而运用模糊变换原理与模糊数学的基本理论，将模糊变量数量化，得到评价对象的综合定量评价结果。

1 彭祖赠，孙韫玉.模糊数学及其应用［M］.武汉:武汉大学出版，2004.

2 刘增良.模糊数学技术与应用选编［M］.北京:航空航天大学出版社，1997.

3 中国石油化工集团公司安全与环保监督局石油.化工安全工程(上)［M］.北京:中国石化出版社，1999.

4 蒋希文.钻井事故与复杂问题［M］.北京:石油工业出版社，2005.

5 刘菊梅.陆上油气钻井作业安全评价方法的研究［D］.重庆:重庆大学硕士学位论文，2005.

6 李凌峰，刘云.油田矿场原油库风险模糊综合评价技术研究［J］.石油矿场机械，2007，37(6):16-19.

7 王明明.模糊综合评价理论在工程中的应用［J］.低温建筑技术，2008，124(4):130-132.

8 王若菌，蒋军成.化工过程中毒事故风险的模糊综合评估［J］.中国安全科学学报，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，现为西南石油大学油气安全工程专业在读硕士研究生，从事石油天然气化工生产安全技术研究工作。地址:(610500)成都市新都区西南石油大学研究生院硕2008级4班。电话: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 编辑 陈 玲)