鉆井風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法及模型建立

鉆井風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法及模型建立隨著油氣勘探開發(fā)的縱深發(fā)展，鉆井條件和地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，定向井、水平井、復(fù)雜結(jié)構(gòu)井和大位移井等新型鉆井有了很大的發(fā)展，在市場經(jīng)濟(jì)環(huán)境 下，人們更加注重經(jīng)濟(jì)效益，鉆井承包商和鉆井隊(duì)希望用更加快捷的方式預(yù)測 鉆井成本和掌握投資額，從而進(jìn)行投標(biāo)，風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)越來越引起人們的極大關(guān)注。 由于主客觀因素的影響，現(xiàn)場鉆井事故時(shí)有發(fā)生，風(fēng)險(xiǎn)問題依然存在，始終是 生產(chǎn)發(fā)展的一大障礙。所以風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)勢在必行。風(fēng)險(xiǎn)及風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的步驟評價(jià)鉆井經(jīng)濟(jì)效益的基本依據(jù)是是否獲益。當(dāng)鉆井計(jì)劃中的鉆井經(jīng)費(fèi)超過 所擁有的資金時(shí)，評價(jià)鉆井計(jì)劃還有其它的作用，主要是資本投資總額和風(fēng)險(xiǎn)。 不管所鉆的井是野貓井還是21世紀(jì)的開發(fā)井，風(fēng)險(xiǎn)都是不可避免的。事實(shí)上， 隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，鉆井變的越來越復(fù)雜，在原有基礎(chǔ)上鉆井費(fèi)用比過 去幾年已高出許多。風(fēng)險(xiǎn)及鉆井風(fēng)險(xiǎn)的概念⑴什么是風(fēng)險(xiǎn)？何為風(fēng)險(xiǎn)分析？在市場經(jīng)濟(jì)社會里，所有項(xiàng)目都毫無疑問面臨著競爭局面，鉆井也同樣如 止匕。對于項(xiàng)目業(yè)主來說，為了使自己在競爭中處于優(yōu)勢地位，就應(yīng)當(dāng)時(shí)常了解 競爭形勢，分析自己在市場中處于何種地位。評價(jià)是以項(xiàng)目或方案的技術(shù)系統(tǒng) 為對象，目的是從眾多的技術(shù)方案中選擇一個(gè)與技術(shù)環(huán)境相適應(yīng)的最佳方案， 或提出方案改進(jìn)建議，為決策提供依據(jù)。由于客觀條件和有關(guān)因素的變動和主觀預(yù)測能力的局限，項(xiàng)目的實(shí)施結(jié)果（投資效果和經(jīng)濟(jì)效果、技術(shù)效果等）不一定符合人們原有的預(yù)測和估計(jì)，這種現(xiàn)象稱為不確定性或風(fēng)險(xiǎn)。例如，①在某構(gòu)造，打直井和水平井這兩種不同的井身結(jié)構(gòu)，或者用單井和叢式、大斜度井，直井和單井技術(shù)上比較容易，無風(fēng)險(xiǎn)，但經(jīng)濟(jì)效益差，而水平井和叢式、 大斜度井技術(shù)難度大，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，但可能獲得更高的效益；②在某海洋 （近海油氣田），用海洋直井、單井生產(chǎn)井和海洋陸采的大位移井對比，同樣直井和單井技術(shù)上比較容易實(shí)現(xiàn)，且無風(fēng)險(xiǎn)，但是經(jīng)濟(jì)效益就比較差；③ BP公司80年代在中國黃海、南海鉆了許多井，但因?yàn)榈刭|(zhì)情況欠明，基本上打的都是 干井，這就是比較典型風(fēng)險(xiǎn)投資。這類風(fēng)險(xiǎn)投資國內(nèi)外不少見；④鉆水平井常 有兩種不確定性，一是由于地質(zhì)資料不夠或者對于地質(zhì)條件認(rèn)識不夠清楚而導(dǎo) 致的油氣層位置不確定；二是由于井身軌跡設(shè)計(jì)與實(shí)際井身軌跡的差異，導(dǎo)致 的井身軌跡空間位置尤其是標(biāo)準(zhǔn)井身軌跡的若干靶點(diǎn)的不確定性。這兩個(gè)不確定性的大小和影響因素等決定了風(fēng)險(xiǎn)的存在和大小。⑵風(fēng)險(xiǎn)存在的客觀性無論是自然界的物質(zhì)運(yùn)動，或是社會發(fā)展的規(guī)律，都是由事物的內(nèi)部因素決定的，即由超越于人們主觀意識所存在的客觀規(guī)律所決定的。因此風(fēng)險(xiǎn)是獨(dú)立于人的意識之外的客觀存在，它不以人的意志為轉(zhuǎn)移，人們無論愿意接受與 否，都無法消除它，而只能在有限的空間和時(shí)間內(nèi)改變風(fēng)險(xiǎn)存在和發(fā)生的條件， 降低其發(fā)生的頻率或減少損失程度。因此我們在進(jìn)行項(xiàng)目研究和設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該進(jìn) 行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測，從而減少風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生和虧損的可能性。風(fēng)險(xiǎn)與效益是直接共生的，人們可以根據(jù)對風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)識來選擇適當(dāng)?shù)氖侄螌?shí)現(xiàn)其效益。工程的風(fēng)險(xiǎn)定義為生命與財(cái)產(chǎn)損失或損失的概率。風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)與可靠性有著密切聯(lián)系，后者側(cè)重于系統(tǒng)、設(shè)備或工藝過程發(fā)生各種失效概率的研究，前者側(cè)重于研究過程或設(shè)備失效后，對整個(gè)系統(tǒng)的危害以及系統(tǒng)失效后對生命財(cái)產(chǎn)的影響，公眾對各種風(fēng)險(xiǎn)承受能力也是風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的一個(gè)范疇。可見，研究風(fēng)險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)目錄潛在損失市場風(fēng)險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)目錄潛在損失市場風(fēng)險(xiǎn)不可預(yù)見損失生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)不可預(yù)見損失潛在特殊風(fēng)險(xiǎn)不可預(yù)見損失操作風(fēng)險(xiǎn)責(zé)任損失井眼不穩(wěn)定宜接損失地層不確定宜接損失r卜套售故障宜接損失匚完井風(fēng)險(xiǎn)宜接損失井壁坍塌宜接損失中靶誤差宜接損失鉆機(jī)事故間接損失費(fèi)用風(fēng)險(xiǎn)間接損失表3.1風(fēng)險(xiǎn)清單井風(fēng)的風(fēng)評價(jià)的重要意義主要在于能為改善系統(tǒng)設(shè)計(jì)、評價(jià)系統(tǒng)的安全性以及進(jìn)行社會 風(fēng)險(xiǎn)立法提供依據(jù)。鉆井風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的過程在石油行業(yè)中投資成本、生產(chǎn)預(yù)測等因素最終收益是貨幣價(jià)值，投資者應(yīng) 尋求對投資不利的情況進(jìn)行預(yù)防措施，轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)。鉆井風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)應(yīng)首先辨認(rèn)風(fēng) 險(xiǎn)和估計(jì)潛在事故發(fā)生的可能性和程度、風(fēng)險(xiǎn)的可能性及其結(jié)果對鉆井人員、 公司的財(cái)產(chǎn)以及環(huán)境有巨大的反作用，其次進(jìn)行目標(biāo)和約束歸類，建模，補(bǔ)缺 項(xiàng)分析，敏感性分析以及決策，最后進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)決策和分析管理。風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)就是研究不確定性因素對項(xiàng)目投資影響的定量分析方法。風(fēng)險(xiǎn)分析和評價(jià)有助于識別每個(gè)項(xiàng)目內(nèi)部潛在的風(fēng)險(xiǎn)，可以獲得一些有用的關(guān)于意外 事故的情況，更可以對風(fēng)險(xiǎn)加以控制，而不至于對風(fēng)險(xiǎn)引起的危機(jī)措手不及風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)是一個(gè)完整的風(fēng)險(xiǎn)管理過程，對于鉆工程師來說是非常必要的。在鉆井計(jì)劃中進(jìn)行鉆井險(xiǎn)評價(jià)可得到風(fēng)險(xiǎn)原因結(jié)果的詳細(xì)報(bào)道，可能發(fā)生情況，讓鉆井工程師關(guān)注那些可能產(chǎn)生巨大損壞的險(xiǎn)，而不是根據(jù)直覺來判斷。風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)包括以下幾個(gè)過程：⑴考慮不確定性的客觀存在，列出風(fēng)險(xiǎn)清單（如表3.1）:該工作包括首先要辨認(rèn)所發(fā)現(xiàn)或推測因素是否存在不確定性,如果是確定無疑的，則無所謂風(fēng)險(xiǎn)。眾所周知的結(jié)果不會構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)。其次確認(rèn)各種重要這種不確定性是客觀存在的，而不是憑空想象的，根據(jù)初步風(fēng)險(xiǎn)清單中列出的的風(fēng)險(xiǎn)來源，推測其相關(guān)聯(lián)的各種合理的可能性，包括贏利和損失、各種重要人身傷害、自然災(zāi)害、時(shí)間和成本。辨識風(fēng)險(xiǎn)事件可能導(dǎo)致的最大損失：該工作主要是調(diào)查研究風(fēng)險(xiǎn)清單，然后對風(fēng)險(xiǎn)等級化，這要根據(jù)實(shí)際或自己的習(xí)慣對風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分級，一般是分成 5個(gè)或10個(gè)等級的；⑵建立風(fēng)險(xiǎn)模型，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)，通過計(jì)算可以得出多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素的風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重 值和風(fēng)險(xiǎn)率；⑶提出風(fēng)險(xiǎn)防護(hù)措施；⑷對風(fēng)險(xiǎn)事故變化的可能性和結(jié)果進(jìn)行估計(jì)。絕大多數(shù)情況下，風(fēng)險(xiǎn)并非顯而易見，不容易辨識和預(yù)測，至少不容易準(zhǔn)確地預(yù)測。風(fēng)險(xiǎn)通常具有隱蔽性，因此辨識和衡量風(fēng)險(xiǎn)尤為重要。實(shí)踐中人們常說的風(fēng)險(xiǎn)有三種：第一種是的確會發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，即無論如何都不可避免地要發(fā)生，稱為真風(fēng)險(xiǎn)；第二種是潛伏的風(fēng)險(xiǎn)；第三種是想象中的風(fēng)險(xiǎn)，即假風(fēng)險(xiǎn)。3.1.3鉆井風(fēng)險(xiǎn)層次結(jié)構(gòu)目標(biāo)層 風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系A(chǔ)相對滲透率D4縱向滲透率相對滲透率D4縱向滲透率含水層？

油層位置——鉆機(jī)失智——鉆機(jī)更新M——環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)&完井風(fēng)險(xiǎn)<——下套管故障D14——力MT|±鉆屑處加——循環(huán)洗井——鉆井液性能D10|±油基鉆井禰.±鉆井液性囹,±扭矩和摩IW±井眼穩(wěn)定山±井壁穩(wěn)定性D5I風(fēng)險(xiǎn)包括許多，其中有經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，市場風(fēng)險(xiǎn)，因此 風(fēng)險(xiǎn)的來源也就多種多樣。但對于鉆井而言主要是環(huán)境（地質(zhì)條件、氣象條件） 風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。通過調(diào)查分析，鉆井風(fēng)險(xiǎn)系由原油價(jià)格、生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)、潛在特殊作業(yè)費(fèi)、操作費(fèi)用、鉆井風(fēng)險(xiǎn)、費(fèi)用風(fēng)險(xiǎn)和后勤保障風(fēng)險(xiǎn)及環(huán)境惡劣和意外環(huán)境等幾個(gè)因素，如圖 3.13.2層次分析法(APH)評價(jià)鉆井風(fēng)險(xiǎn)層次分析法是美國匹茲堡大學(xué)著名運(yùn)籌學(xué)家 「L.Satty于70年代提出的18這種方法把復(fù)雜問題中的各種因素通過劃分為互相聯(lián)系的有序?qū)哟危怪畻l理 化，并把數(shù)據(jù)、專家意見和分析者的主客觀判斷直接而有效地結(jié)合起來，就每 一層次的相對重要性給予定量表示。然后利用數(shù)學(xué)方法確定表達(dá)每一層次全部 要素的相對重要權(quán)值。層次分析法就是將半定性、半定量問題轉(zhuǎn)化為定量計(jì)算 的行之有效的方法，可以使人們的思維過程層次化，逐層比較多種關(guān)聯(lián)因素， 為分析、預(yù)測、決策或控制事物的發(fā)展提供定量的依據(jù)。3.2.1層次分析法評價(jià)原理層次分析法的基本步驟：⑴建立層次結(jié)構(gòu)模型，即確定目標(biāo)和評價(jià)因素集：將問題所包含的因素分 層，可以劃分為最高層、中間層、最底層。最高層表示解決問題的目的，中間 層為實(shí)現(xiàn)總目標(biāo)而米取的措施、方案和政策，最高層是解決問題的各種措施、 政策和方案等。⑵構(gòu)造判斷矩陣A:以A表示目標(biāo)，令Jfj分別表示i，j指標(biāo)對風(fēng)險(xiǎn)值“貢獻(xiàn)” 的大小,@表示i指標(biāo)與j指標(biāo)比較的相對重要程度，則aj二呂，故由aj可得到判f:斷矩陣1 a12 alm 1 1a2mA=a12 (3.1)」1a1ma2m然后認(rèn)真選擇對口專家進(jìn)行專家咨詢，希望第K位專家能給出自己的判斷值aj二最終判斷矩陣A斷矩陣A的元素aj為aj家，這里L(fēng)表示專家個(gè)數(shù)k4⑶計(jì)算權(quán)重①平方和法(最小二乘法)設(shè)，==八2,???」nT為m個(gè)指標(biāo)權(quán)重的列向量，，值通過求解如下規(guī)劃模型確mm(3.3)mini:工--ji(3.3)其中必須滿足通過對上述規(guī)劃模型進(jìn)行變換，獲得通過求解方程組確定權(quán)向量 ？，解方程組(3.4)其中B-2、aii-m-1i-1 -—'ai2 ■a2i1ai2其中B-2、aii-m-1i-1 -—'ai2 ■a2i1ai2a2i-aim-ami-a2m'am2aim'ami-3m2'a2m\3imm-ii-mQ由于上述方程組有 mi個(gè)變量,m1個(gè)獨(dú)立方程，故解向量，不僅存在且唯②Satty的最大特征向量法設(shè)，為權(quán)向量，tax為判斷矩陣A的最大特征值，則通過求解方程 A,max-(3.5)獲得權(quán)向量即權(quán)向量■是判斷矩陣A的最大特征值所對應(yīng)的特征向量③幾何平均法令q=口aj|,i=1,2,…，m.,則跖=八~,i=1,2,…，m (3.6)"J Z?iy即九=讖占，花，…h(huán)mT為權(quán)向量。通過以上三種方法對。構(gòu)成的判斷矩陣A進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果求平均值可得，='1,?2,…，，m。⑷評價(jià)值的獲得總目標(biāo)的評價(jià)值 (3.7)其中j表示Ci的權(quán)重，2表示DCj的權(quán)重，Cim表示Ci中Di的個(gè)數(shù)，DCj表示Cin %中第j個(gè)D的指標(biāo)值，且一1"「2=13.2.2層次分析法評價(jià)指標(biāo)體系的建立(1)明確目的，確定系統(tǒng)評價(jià)指標(biāo)體系首先建立鉆井風(fēng)險(xiǎn)層次圖，共分為三層：a.最高層為目標(biāo)(A)層：確定風(fēng)險(xiǎn)；b.中間層為準(zhǔn)則(C)層：風(fēng)險(xiǎn)的各項(xiàng)條件；c.最底層為方案(D)層：風(fēng)險(xiǎn)因素。其中目標(biāo)層和中間層兩者之間有“或”的邏輯關(guān)系，而原油價(jià)格、生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)、 潛在特殊作業(yè)費(fèi)、操作費(fèi)用、鉆井風(fēng)險(xiǎn)、費(fèi)用風(fēng)險(xiǎn)和后勤保障風(fēng)險(xiǎn)確與鉆井風(fēng) 險(xiǎn)有關(guān)，即有油層位置、含水層、縱向滲透率、相對滲透率、中靶能力、井壁 穩(wěn)定性、完井風(fēng)險(xiǎn)、井眼穩(wěn)定性、扭矩和摩阻、鉆井液性能、井眼凈化、下套管、油基鉆井液、循環(huán)洗井、鉆屑處理、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、鉆機(jī)更新和鉆機(jī)失效等 18個(gè)因素。而中間層與最底層之間也有“或”三邏輯關(guān)系。實(shí)際上自然形成二級遞階 層次關(guān)系（如圖3.1所示）(2)確定準(zhǔn)則層對目標(biāo)層的權(quán)重a,構(gòu)造比較矩陣。由上面分析知，確定鉆井風(fēng)險(xiǎn)的主要依據(jù)是七項(xiàng)條件，那么我們應(yīng)該確定這七項(xiàng)條件對目標(biāo)層的影響程度， 故需對這七項(xiàng)條件排序。一般以A表示目標(biāo)，5表示ci對5的相對重要性數(shù)值(i=1,2,???，),。的取值依表3.2進(jìn)行表3.2 相對重要性取值表標(biāo)度含義1表小因素Ci與Cj比較，具有同等重要3表示因素Ci與Cj比較，Ci比Cj稍微重要5表示因素Cj與Cj比較，Ci比Cj明顯重要7表示因素Ci與Cj比較，Ci比Cj強(qiáng)烈重要9表示因素Ci與Cj比較，Ci比Cj極端重要2,4,6,82,4,6,8分別表示相鄰判斷1-3,3-5,5-7,7-9的中值倒數(shù)表示因素Ci與Cj比較的判斷Cj,則Ci比Cj比較的判斷Cji=1/Cj這里的取值通常由專家根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來評定，根據(jù)上述得到判斷矩陣 P,ClC2… C7C11C21PC11C21P=aC71廣、C12VaCa■C17 C1aC27 C2a a a(3.8)"asC77C7C72稱P為A-C判斷矩陣。不過我們也可以認(rèn)為G與Cj具有同等重要性。b.計(jì)算評價(jià)因素重要性排序根據(jù)A-C判斷矩陣，求出最大特征根所對應(yīng)的特征向量，所求特征向量即 為評價(jià)因素重要性排序，也就是權(quán)數(shù)分配。這里利用方根法來進(jìn)行權(quán)數(shù)分配I計(jì)算判斷矩陣每一行元素的乘積 W,(3.9)(3.10)7(3.9)(3.10)Wi八Ciji,j=1,2,,7i￥口計(jì)算Wi的7次方根w,Wi=tl

皿.對向量W=W,W,…,W7【作歸一化處理即Wi=wj勺W/2J則火=火加2,…,W7T即為所求特征向量。IV.計(jì)算判斷矩陣的最大特征根 說八了符符(3.12)yM7yW(3.11)其中PW=[PW廠(PW2*C11C213(3.11)其中PW=[PW廠(PW2*C11C213\C71C12 C17C22 H/\C273 3 3。72 C77」*W2(3.13)c.檢驗(yàn)：以上得到的特征向量即為所求權(quán)數(shù)，那么權(quán)數(shù)的分配是否合理，這需要對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)使用公式 CR二Cl/RI,其中CR稱為判斷矩陣的隨機(jī)一致性比率；CI稱為判斷矩陣的一般一致性指標(biāo)，它由式C"-max"6給出；RI給出；RI稱為判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo),對于1?9階判斷矩陣，RI值列于如表3.3所示，當(dāng)cr<0.10時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性，說明權(quán)數(shù)分配合理，否則需要調(diào)整判斷矩陣，直到取得滿意的一致性為止表3.3判斷矩陣RI值表n1r2r345r67819nRI0.000.000.580.901.211.241.321.411.45d.如果取得滿意的一致性，然后根據(jù)權(quán)重值大小排序。⑴首先確定準(zhǔn)則層對目標(biāo)層的權(quán)重這里我們假設(shè)鉆井風(fēng)險(xiǎn)七項(xiàng)條件對目標(biāo)層的影響程度如圖 3.1排列的，且任意想象的影響程度之差可以認(rèn)為基本相等，因此不妨確定比較矩陣 A是一個(gè)7階正互反矩陣。

由此可以計(jì)算出最大的特征值■12 31 1 221 1——13 21 1 14 3 21 1 15 4 31 1 14 5 6 73 4 5 62 3 4 512 34112321112由此可以計(jì)算出最大的特征值■12 31 1 221 1——13 21 1 14 3 21 1 15 4 31 1 14