钻井井控风险评价方法的发展与研究

【摘 要】随着社会的进步，关于风险及安全的管理工作正受到社会公众越来越广泛的关注和重视。在石油行业，随着钻井向复杂地层和偏远地区的转变，钻井工程的作业范围不断扩展，难度也在不断增加，钻井风险变得更加突出，对钻井工程进行风险分析也日益受到业内重视。本文主要讨论了钻井井控风险分析和评估的国内外研究现状，对适用于井控风险评价的几种评价方法进行了总结，最后提出开展井控风险分析工作对当今油气勘探开发的重要意义，将现有的风险评价理论与高压气井井控实际有机结合，提出一种合理的风险评价方法是目前工作的关键。

【关键词】钻井；井控；风险评价

一、有关风险评价的研究现状

1、国外研究现状

国外风险评价最早出现在20世纪30年代的保险行业。1964年，美国道化学公司开创了化工生产危险度量安全评价的历史，它以火灾、爆炸指数形式定量评价生产系统的危险程度，形成了经典的道火灾爆炸指数评价方法。20世纪60年代后期，以概率风险评价（PKA）为代表的系统风险评价技术得到研究和开发。1986年，美国“挑战者号”航天飞机爆炸和前苏联切尔诺贝利核电站爆炸这两个巨大事故使人们对安全风险更加重视，各国政府和机构更加重视风险评估的研究。如英国的Technica有限公司、荷兰的应用科学研究院、欧共体Lspra联合研究中心、意大利的STA公司都对风险评价进行了深入广泛的研究，并开发出相应的软件。风险评价在国外已经作为一个独立产业形式出现，方兴未艾。

20世纪90年代，西方一些大国际知名的石油化工企业从行为学分析和危害管理的理论入手，把“以人为本、线性管理、风险控制、持续发展”的指导思想融入企业的管理运行中，开发出一套科学、完整、规范的HSE管理体系，现已公认为国际石油界安全、环境与健康管理共同遵守的规则。HSE管理体系是一种事前进行风险分析，确定其自身活动可能发生的危害和及后果，从而采取有效的防范手段和控制措施防止其发生，以便减少可能引起的人员伤害、财产损失和环境污染的有效管理方式。风险评价是HSE管理体系的核心要素，是所有要素的基础，为高压气井井控风险分析提供了非常好的标准和很好的借鉴。

2、国内研究现状

我国的风险分析和评价工作起源于20世纪80年代，虽然起步较晚，但至今已渗入到石油、化工、地质、机电、煤炭等行业中。针对钻井井控风险评估这一领域，国内相关研究开展的较晚。80年代之前，井控风险评估还处于比较初级的水平，井控风险评估体系非常不完善。例如简单的手工记录以及原始的表格形式，这种简单的记录方式不方便保留，更无从对比。这种不完善导致井控事故频发，例如1957至1981年间，仅四川盆地就发生严重井喷失控、着火事故达48起，烧毁钻机18台，伤亡158人，报废14口井。

20世纪80年代后，随着钻井深度、难度以及井控风险的不断加大，井控风险评估开始受到普遍重视。目前所进行的井控风险评估的主要内容有：地层复杂情况风险评估、钻井投资成本风险评估、技术保障风险评估、生产后勤保障风险评估、队伍技术素质风险评估、甲方管理风险评估以及社会环境风险评估。对于井控事故而言，往往是井控装备不符合安全要求、井控工艺的不合理、人员操作或指挥失误等三方面相互影响而造成的。

2002年以来，我国才将井控安全作为一门技术专题进行研究，先后对井控装备和工艺进行研究，并将研究结果运用到现场，做到了本质上的安全。2002年以前，在井控管理方面仍然只是等溢流、井涌或井喷发生后才去想办法处理，工作十分被动。随着风险评估体系的运行，变事后处理为事前预防，防止井喷事故发生，将井喷的危害及影响降低到可接受的最低程度，体现了风险评价在井控工作中的价值。

2005年3月19日，石油天然气行业标准SY/T6426-2005《钻井井控技术规程》由国家发改委正式批准，本标准规定了钻井井控技术的管理、实施及培训原则。本标准适用于陆地油气田勘探、开发钻井作业中的油气井压力控制技术。这样，井控工作才有了一个比较全面的行业标准。目前，国内一些石油专家学者都对井控的风险分析进行了研究，对不同的油田情况和钻井环境给出了相应的诸如故障树、事故树、层次分析法等多种风险评估的方法，每一种方法都有其适用的范围和各自的假设条件。

二、井控风险的相关评价方法

1、事件树（ETA）法

事件树分析（Event Tree Anayasis）是一种从原因推论结果的（归纳的）系统安全分析方法，它在给定一个初因事件的前提下分析此事件可能导致的后续事件的结果，整个事件序列成树状。

事件树分析法着眼于事故的起因，即初因事件。当初因事件进入系统时，与其相关联的系统各部分和各运行阶段机能的不良状态会对后续的一系列机能维护的成败造成影响，并确定维护机能所采取的动作，根据这一动作把系统分成在安全机能方面的成功与失败，并逐步展开成树枝状，在失败的各分支上假定发生的故障、事故的种类，分别确定他们的发生概率，并由此求出最终的事故种类和发生概率。其分析步骤大致如下：

（1） 确定初始事件；

（2） 判定安全功能；

（3） 发展事件树和简化事件树；

（4） 分析事件树；

（5） 事件树的定量分析。

事件树分析适用于多环节事件或多重保护系统的风险分析和评价，既可用于定性分析，又可用于定量分析。

2、故障树（FTA）法

故障树分析（Fault Tree Analysis）又称事故树分析，是一种演绎的系统安全分析方法。它是从要分析的特定事故或故障开始层层分析其发生原因，一直分析到不能分析为止。将特定的事故和各层原因之间用逻辑门符号连接起来，得到形象、简洁地表达其逻辑关系的逻辑树状图，即故障树。通过对故障树简化、计算达到分析、评价的目的。故障树分析的一般步骤如下：

（1） 确定分析对象系统和要分析各对象事件（顶上事件）；

（2） 确定系统事故发生概率、事故损失的安全目标值、

（3） 调查原因事件，调查与事故有关的所有直接原因和各种因素（设备故障、人员失误和环境不良因素）；

（4） 编制故障树，从顶上事件起一级一级往下找出所有原因事件，直到最基本的原因事件为止，按其逻辑关系画出故障图；

（5） 定性分析，按故障树结构进行简化，求出最小割集和最小径集，确定各基本事件的结构重要度；

（6） 定量分析，找出各基本事件的发生概率，计算出顶上事件的发生概率，求出概率重要度和临界重要度；

（7） 结论，当事故发生概率超过预定目标值时，从最小割集着手研究降低事故发生概率的所有可能方案，利用最小径集找出消除事故的最佳方案，通过重要度分析确定采取对策措施的重点和先后顺序，从而得出分析、评价的结论。

3、层次分析法

层次分析法是指将决策问题的有关元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础上进行定性分析和定量分析的一种决策方法。应用层次分析法分析问题时，首先要把问题层次化。根据问题的性质和要达到的总目标，将问题分解为不同组成因素，并按照因素间的相互关联影响以及隶属关系将因素按不同层次聚集组合，形成一个多层次的分析结构模型，并最终把系统分析归结为最底层（供决策的方案、措施等），相对于最高层（总目标）的相对重要性权值的确定或相对优劣次序的排序问题。在排序计算中，每一层次的因素相对上一层次某一因素的单排序问题又可简化为系列成对因素的判断比较。形成判断矩阵后，即可通过计算判断矩阵的最大特征根及其对应的特征向量，计算出某一层对于上一层次某一个元素的相对重要性权值。在计算出某一层次相对于上一层次各个因素的单排序权值后，用上一层次因素本身的权值加权综合，即可计算出某层因素相对于上一层次的相对重要性权值，即层次总排序权值。这样，依次由上而下即可计算出最低层因素相对于最高层的相对重要性权值或相对优劣次序的排序值。运用层次分析法进行权重计算的过程可用如图1所示的流程图来表示。

图1 层次分析法权重计算流程

三、结论

（1） 石油天然气钻井作业是一项高投入、高风险和高技术水平的特殊作业，在作业的不同阶段和环节中，均存在着对人员身体健康、设施安全和生态环境有着不同程度的影响和危害，开展井控风险分析对提高油气勘探开发整体经济效益具有十分重要的意义。

（2） 钻井存在各种各样的风险，不仅需要分析每一因素，还需在综合各因素的基础上进行综合评价。钻井施工过程中的各种风险是钻井工程的大敌，如何规避钻井施工风险、减少和杜绝钻井工程故障的发生，始终是钻井科技工作者的主要工作的目标。当前国内外的风险评估方法的理论已经比较成熟，但是如何将现有的理论和高压气井井控实际进行有机结合，得到一种比较合理和具有说服力的方法是本研究的关键。

（3）风险评价虽然现在已经作为一个独立的行业存在，并且发展迅速，但是其进入石油行业的时间较晚，甚至具体的井控中才刚起步，应用还不成熟。因此，加强对钻井井控风险的研究，对钻井安全、人身安全、环境安全具有重要的意义，对全面推行HSE管理也具有很大的推动作用。

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