鉆井風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法及模型建立

1、鉆井風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(cè)鉆井成本和掌握投資額，從而進(jìn)行投標(biāo)，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(píng)價(jià)勢(shì)在必行。3.1 風(fēng)險(xiǎn)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的步驟 評(píng)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(píng)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

2、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)的概念什么是風(fēng)險(xiǎn)？何為風(fēng)險(xiǎn)分析？在市場經(jīng)濟(jì)社會(huì)里，所有項(xiàng)目都毫無疑問面臨著競爭局面，鉆井也同樣如此。對(duì)于項(xiàng)目業(yè)主來說，為了使自己在競爭中處于優(yōu)勢(shì)地位，就應(yīng)當(dāng)時(shí)常了解競爭形勢(shì)，分析自己在市場中處于何種地位。評(píng)價(jià)是以項(xiàng)目或方案的技術(shù)系統(tǒng)為對(duì)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(dòng)和主觀預(yù)測(cè)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?cè)械念A(yù)

3、測(cè)和估計(jì)，這種現(xiàn)象稱為不確定性或風(fēng)險(xiǎn)。例如，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；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(duì)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；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；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(duì)于地質(zhì)條件認(rèn)識(shí)不夠清楚而導(dǎo)致的油氣層

4、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。風(fēng)險(xiǎn)存在的客觀性無論是自然界的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，或是社會(huì)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(shí)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(shí)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?cè)谶M(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(cè)，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，

5、人們可以根據(jù)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)識(shí)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(píng)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(duì)整個(gè)系統(tǒng)的危害以及系統(tǒng)失效后對(duì)生命財(cái)產(chǎn)的影響，公眾對(duì)各種風(fēng)險(xiǎn)承受能力也是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的一個(gè)范疇。可見，研究風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重要意義主要在于能為改善系統(tǒng)設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)系統(tǒng)的安全性以及進(jìn)行社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)立法提供依據(jù)。 鉆井風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的過程在石油行業(yè)中投資成本、生產(chǎn)預(yù)測(cè)等因素最終收益是貨幣價(jià)值，投資者應(yīng)尋求對(duì)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(píng)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

6、可能性及其結(jié)果對(duì)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(píng)價(jià)就是研究不確定性因素對(duì)項(xiàng)目投資影響的定量分析方法。風(fēng)險(xiǎn)分析和評(píng)價(jià)有助于識(shí)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(duì)風(fēng)險(xiǎn)加以控制，而不至于對(duì)風(fēng)險(xiǎn)引起的危機(jī)措手不及。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是一個(gè)完整的風(fēng)險(xiǎn)管理過程，對(duì)于鉆井工程師來說是非常必要的。在鉆井計(jì)劃中進(jìn)行鉆井風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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)生的情況，讓鉆井工程師關(guān)注那些可能產(chǎn)生巨大損壞的風(fēng)險(xiǎn)，而不是根據(jù)直覺來判斷。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)包括以下幾個(gè)過程：考慮不確定性的客觀

7、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(cè)的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(huì)構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)。其次確認(rèn)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)清單中列出的各種重要的風(fēng)險(xiǎn)來源，推測(cè)其相關(guān)聯(lián)的各種合理的可能性，包括贏利和損失、人身傷害、自然災(zāi)害、時(shí)間和成本。辨識(shí)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(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)化，這要根據(jù)實(shí)際或自己的習(xí)慣對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分級(jí)，一般是分成5個(gè)或10個(gè)等級(jí)的；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；提出風(fēng)險(xiǎn)防護(hù)措施；對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事故變化的可能性和結(jié)果進(jìn)行

8、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(shí)和預(yù)測(cè)，至少不容易準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)。風(fēng)險(xiǎn)通常具有隱蔽性，因此辨識(shí)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(huì)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)。 鉆井風(fēng)險(xiǎn)層次結(jié)構(gòu)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(duì)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3.1

9、。3.2 層次分析法（APH）評(píng)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tty于70年代提出的。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?，使之條理化，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(duì)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(duì)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(cè)、決策或控制事物的發(fā)展提供定量的依據(jù)。 層次分析法評(píng)價(jià)原理層次分析法的基本步驟：建立層次結(jié)構(gòu)模型，即確定目標(biāo)和評(píng)價(jià)因素集：將問題所包含的因素分層

10、，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)而采取的措施、方案和政策，最高層是解決問題的各種措施、政策和方案等。構(gòu)造判斷矩陣：以表示目標(biāo)，令分別表示指標(biāo)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值“貢獻(xiàn)”的大小，表示指標(biāo)與指標(biāo)比較的相對(duì)重要程度，則，故由可得到判斷矩陣 （3.1）然后認(rèn)真選擇對(duì)口專家進(jìn)行專家咨詢，希望第位專家能給出自己的判斷值。最終判斷矩陣的元素為，這里表示專家個(gè)數(shù)。計(jì)算權(quán)重平方和法（最小二乘法）設(shè)為個(gè)指標(biāo)權(quán)重的列向量，值通過求解如下規(guī)劃模型確定： 其中必須滿足 （3.3）通過對(duì)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 ，由于上述方程組有個(gè)變

11、量，個(gè)獨(dú)立方程，故解向量不僅存在且唯一。 Satty的最大特征向量法設(shè)為權(quán)向量，為判斷矩陣的最大特征值，則通過求解方程 （3.5）獲得權(quán)向量。即權(quán)向量是判斷矩陣的最大特征值所對(duì)應(yīng)的特征向量。幾何平均法令，則 （3.6）即為權(quán)向量。通過以上三種方法對(duì)構(gòu)成的判斷矩陣進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果求平均值可得。評(píng)價(jià)值的獲得總目標(biāo)的評(píng)價(jià)值 （3.7）其中表示的權(quán)重，表示的權(quán)重，表示中的個(gè)數(shù)，表示中第個(gè)的指標(biāo)值，且。層次分析法評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立(1)明確目的，確定系統(tǒng)評(píng)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（

12、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(duì)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(jí)遞階層次關(guān)系(如圖3.1所示)。 (2)確定準(zhǔn)則層對(duì)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(duì)目標(biāo)層的影響程

13、度，故需對(duì)這七項(xiàng)條件排序。一般以表示目標(biāo)，表示對(duì)的相對(duì)重要性數(shù)值（ =1，2，7）， 的取值依表3.2進(jìn)行。 這里的取值通常由專家根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來評(píng)定，根據(jù)上述得到判斷矩陣， （3.8）稱為判斷矩陣。不過我們也可以認(rèn)為與具有同等重要性。b.計(jì)算評(píng)價(jià)因素重要性排序根據(jù)判斷矩陣，求出最大特征根所對(duì)應(yīng)的特征向量，所求特征向量即為評(píng)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。.計(jì)算判斷矩陣每一行元素的乘積， （3.9）.計(jì)算的7次方根， （3.10）.對(duì)向量作歸一化處理，即 （3.11）則即為所求特征向量。.計(jì)算判斷矩陣的最大特征根 (3.12)式中表示向量的第個(gè)元素，其中 (3.1

14、3)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(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)使用公式，其中稱為判斷矩陣的隨機(jī)一致性比率；稱為判斷矩陣的一般一致性指標(biāo)，它由式給出；稱為判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，對(duì)于19階判斷矩陣，值列于如表3.3所示，當(dāng) 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。 d.如果取得滿意的一致性，然后根據(jù)權(quán)重值大小排序。首先確定準(zhǔn)則層對(duì)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(duì)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是一個(gè)7階正互反矩陣。 (3.14)由此可以計(jì)算出最大的特征值：。相應(yīng)的特征向量為（0.354284，0.239927，0.158655，0.103624，0.0675646，0.447693，0.0311746），即為準(zhǔn)則層對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重。由于比較矩陣的階數(shù)為7，其平均隨機(jī)一致指標(biāo)為1.36，0.0325883，于是一致性比例指標(biāo)為0.0239620.1，因此矩陣的一致性是可以接受的，即矩陣