钻井风险评价方法及模型建立

钻井风险评价方法及模型建立随着油气勘探开发的纵深发展，钻井条件和地质条件越来越复杂，定向井、水平井、复杂结构井和大位移井等新型钻井有了很大的发展，在市场经济环境 下，人们更加注重经济效益，钻井承包商和钻井队希望用更加快捷的方式预测 钻井成本和掌握投资额，从而进行投标，风险评价越来越引起人们的极大关注。 由于主客观因素的影响，现场钻井事故时有发生，风险问题依然存在，始终是 生产发展的一大障碍。所以风险评价势在必行。风险及风险评价的步骤评价钻井经济效益的基本依据是是否获益。当钻井计划中的钻井经费超过 所拥有的资金时，评价钻井计划还有其它的作用，主要是资本投资总额和风险。 不管所钻的井是野猫井还是21世纪的开发井，风险都是不可避免的。事实上， 随着经济技术的突飞猛进，钻井变的越来越复杂，在原有基础上钻井费用比过 去几年已高出许多。风险及钻井风险的概念⑴什么是风险？何为风险分析？在市场经济社会里，所有项目都毫无疑问面临着竞争局面，钻井也同样如 止匕。对于项目业主来说，为了使自己在竞争中处于优势地位，就应当时常了解 竞争形势，分析自己在市场中处于何种地位。评价是以项目或方案的技术系统 为对象，目的是从众多的技术方案中选择一个与技术环境相适应的最佳方案， 或提出方案改进建议，为决策提供依据。由于客观条件和有关因素的变动和主观预测能力的局限，项目的实施结果（投资效果和经济效果、技术效果等）不一定符合人们原有的预测和估计，这种现象称为不确定性或风险。例如，①在某构造，打直井和水平井这两种不同的井身结构，或者用单井和丛式、大斜度井，直井和单井技术上比较容易，无风险，但经济效益差，而水平井和丛式、 大斜度井技术难度大，存在一定的风险，但可能获得更高的效益；②在某海洋 （近海油气田），用海洋直井、单井生产井和海洋陆采的大位移井对比，同样直井和单井技术上比较容易实现，且无风险，但是经济效益就比较差；③ BP公司80年代在中国黄海、南海钻了许多井，但因为地质情况欠明，基本上打的都是 干井，这就是比较典型风险投资。这类风险投资国内外不少见；④钻水平井常 有两种不确定性，一是由于地质资料不够或者对于地质条件认识不够清楚而导 致的油气层位置不确定；二是由于井身轨迹设计与实际井身轨迹的差异，导致 的井身轨迹空间位置尤其是标准井身轨迹的若干靶点的不确定性。这两个不确定性的大小和影响因素等决定了风险的存在和大小。⑵风险存在的客观性无论是自然界的物质运动，或是社会发展的规律，都是由事物的内部因素决定的，即由超越于人们主观意识所存在的客观规律所决定的。因此风险是独立于人的意识之外的客观存在，它不以人的意志为转移，人们无论愿意接受与 否，都无法消除它，而只能在有限的空间和时间内改变风险存在和发生的条件， 降低其发生的频率或减少损失程度。因此我们在进行项目研究和设计时应该进 行风险预测，从而减少风险事件的发生和亏损的可能性。风险与效益是直接共生的，人们可以根据对风险的认识来选择适当的手段实现其效益。工程的风险定义为生命与财产损失或损失的概率。风险评价与可靠性有着密切联系，后者侧重于系统、设备或工艺过程发生各种失效概率的研究，前者侧重于研究过程或设备失效后，对整个系统的危害以及系统失效后对生命财产的影响，公众对各种风险承受能力也是风险评价的一个范畴。可见，研究风险风险目录潜在损失市场风险风险目录潜在损失市场风险不可预见损失生产风险不可预见损失潜在特殊风险不可预见损失操作风险责任损失井眼不稳定宜接损失地层不确定宜接损失r卜套售故障宜接损失匚完井风险宜接损失井壁坍塌宜接损失中靶误差宜接损失钻机事故间接损失费用风险间接损失表3.1风险清单井风的风评价的重要意义主要在于能为改善系统设计、评价系统的安全性以及进行社会 风险立法提供依据。钻井风险评价的过程在石油行业中投资成本、生产预测等因素最终收益是货币价值，投资者应 寻求对投资不利的情况进行预防措施，转移风险。钻井风险评价应首先辨认风 险和估计潜在事故发生的可能性和程度、风险的可能性及其结果对钻井人员、 公司的财产以及环境有巨大的反作用，其次进行目标和约束归类，建模，补缺 项分析，敏感性分析以及决策，最后进行风险决策和分析管理。风险评价就是研究不确定性因素对项目投资影响的定量分析方法。风险分析和评价有助于识别每个项目内部潜在的风险，可以获得一些有用的关于意外 事故的情况，更可以对风险加以控制，而不至于对风险引起的危机措手不及风险评价是一个完整的风险管理过程，对于钻工程师来说是非常必要的。在钻井计划中进行钻井险评价可得到风险原因结果的详细报道，可能发生情况，让钻井工程师关注那些可能产生巨大损坏的险，而不是根据直觉来判断。风险评价包括以下几个过程：⑴考虑不确定性的客观存在，列出风险清单（如表3.1）:该工作包括首先要辨认所发现或推测因素是否存在不确定性,如果是确定无疑的，则无所谓风险。众所周知的结果不会构成风险。其次确认各种重要这种不确定性是客观存在的，而不是凭空想象的，根据初步风险清单中列出的的风险来源，推测其相关联的各种合理的可能性，包括赢利和损失、各种重要人身伤害、自然灾害、时间和成本。辨识风险事件可能导致的最大损失：该工作主要是调查研究风险清单，然后对风险等级化，这要根据实际或自己的习惯对风险进行分级，一般是分成 5个或10个等级的；⑵建立风险模型，计算风险，通过计算可以得出多个风险因素的风险权重 值和风险率；⑶提出风险防护措施；⑷对风险事故变化的可能性和结果进行估计。绝大多数情况下，风险并非显而易见，不容易辨识和预测，至少不容易准确地预测。风险通常具有隐蔽性，因此辨识和衡量风险尤为重要。实践中人们常说的风险有三种：第一种是的确会发生的风险，即无论如何都不可避免地要发生，称为真风险；第二种是潜伏的风险；第三种是想象中的风险，即假风险。3.1.3钻井风险层次结构目标层 风险评价指标体系A相对渗透率D4纵向渗透率相对渗透率D4纵向渗透率含水层？

油层位置——钻机失智——钻机更新M——环境风险&完井风险<——下套管故障D14——力MT|±钻屑处加——循环洗井——钻井液性能D10|±油基钻井祢.±钻井液性囹,±扭矩和摩IW±井眼稳定山±井壁稳定性D5I风险包括许多，其中有经济风险，技术风险，生产风险，市场风险，因此 风险的来源也就多种多样。但对于钻井而言主要是环境（地质条件、气象条件） 风险、技术风险和生产风险。通过调查分析，钻井风险系由原油价格、生产风险、潜在特殊作业费、操作费用、钻井风险、费用风险和后勤保障风险及环境恶劣和意外环境等几个因素，如图 3.13.2层次分析法(APH)评价钻井风险层次分析法是美国匹兹堡大学著名运筹学家 「L.Satty于70年代提出的18这种方法把复杂问题中的各种因素通过划分为互相联系的有序层次，使之条理 化，并把数据、专家意见和分析者的主客观判断直接而有效地结合起来，就每 一层次的相对重要性给予定量表示。然后利用数学方法确定表达每一层次全部 要素的相对重要权值。层次分析法就是将半定性、半定量问题转化为定量计算 的行之有效的方法，可以使人们的思维过程层次化，逐层比较多种关联因素， 为分析、预测、决策或控制事物的发展提供定量的依据。3.2.1层次分析法评价原理层次分析法的基本步骤：⑴建立层次结构模型，即确定目标和评价因素集：将问题所包含的因素分 层，可以划分为最高层、中间层、最底层。最高层表示解决问题的目的，中间 层为实现总目标而米取的措施、方案和政策，最高层是解决问题的各种措施、 政策和方案等。⑵构造判断矩阵A:以A表示目标，令Jfj分别表示i，j指标对风险值“贡献” 的大小,@表示i指标与j指标比较的相对重要程度，则aj二吕，故由aj可得到判f:断矩阵1 a12 alm 1 1a2mA=a12 (3.1)」1a1ma2m然后认真选择对口专家进行专家咨询，希望第K位专家能给出自己的判断值aj二最终判断矩阵A断矩阵A的元素aj为aj家，这里L表示专家个数k4⑶计算权重①平方和法(最小二乘法)设，==八2,・・・」nT为m个指标权重的列向量，，值通过求解如下规划模型确mm(3.3)mini:工--ji(3.3)其中必须满足通过对上述规划模型进行变换，获得通过求解方程组确定权向量 ？，解方程组(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由于上述方程组有 mi个变量,m1个独立方程，故解向量，不仅存在且唯②Satty的最大特征向量法设，为权向量，tax为判断矩阵A的最大特征值，则通过求解方程 A,max-(3.5)获得权向量即权向量■是判断矩阵A的最大特征值所对应的特征向量③几何平均法令q=口aj|,i=1,2,…，m.,则跖=八~,i=1,2,…，m (3.6)"J Z?iy即九=谶占，花，…hmT为权向量。通过以上三种方法对。构成的判断矩阵A进行计算，并将计算结果求平均值可得，='1,・2,…，，m。⑷评价值的获得总目标的评价值 (3.7)其中j表示Ci的权重，2表示DCj的权重，Cim表示Ci中Di的个数，DCj表示Cin %中第j个D的指标值，且一1"「2=13.2.2层次分析法评价指标体系的建立(1)明确目的，确定系统评价指标体系首先建立钻井风险层次图，共分为三层：a.最高层为目标(A)层：确定风险；b.中间层为准则(C)层：风险的各项条件；c.最底层为方案(D)层：风险因素。其中目标层和中间层两者之间有“或”的逻辑关系，而原油价格、生产风险、 潜在特殊作业费、操作费用、钻井风险、费用风险和后勤保障风险确与钻井风 险有关，即有油层位置、含水层、纵向渗透率、相对渗透率、中靶能力、井壁 稳定性、完井风险、井眼稳定性、扭矩和摩阻、钻井液性能、井眼净化、下套管、油基钻井液、循环洗井、钻屑处理、环境风险、钻机更新和钻机失效等 18个因素。而中间层与最底层之间也有“或”三逻辑关系。实际上自然形成二级递阶 层次关系（如图3.1所示）(2)确定准则层对目标层的权重a,构造比较矩阵。由上面分析知，确定钻井风险的主要依据是七项条件，那么我们应该确定这七项条件对目标层的影响程度， 故需对这七项条件排序。一般以A表示目标，5表示ci对5的相对重要性数值(i=1,2,・・・，),。的取值依表3.2进行表3.2 相对重要性取值表标度含义1表小因素Ci与Cj比较，具有同等重要3表示因素Ci与Cj比较，Ci比Cj稍微重要5表示因素Cj与Cj比较，Ci比Cj明显重要7表示因素Ci与Cj比较，Ci比Cj强烈重要9表示因素Ci与Cj比较，Ci比Cj极端重要2,4,6,82,4,6,8分别表示相邻判断1-3,3-5,5-7,7-9的中值倒数表示因素Ci与Cj比较的判断Cj,则Ci比Cj比较的判断Cji=1/Cj这里的取值通常由专家根据实践经验来评定，根据上述得到判断矩阵 P,ClC2… C7C11C21PC11C21P=aC71广、C12VaCa■C17 C1aC27 C2a a a(3.8)"asC77C7C72称P为A-C判断矩阵。不过我们也可以认为G与Cj具有同等重要性。b.计算评价因素重要性排序根据A-C判断矩阵，求出最大特征根所对应的特征向量，所求特征向量即 为评价因素重要性排序，也就是权数分配。这里利用方根法来进行权数分配I计算判断矩阵每一行元素的乘积 W,(3.9)(3.10)7(3.9)(3.10)Wi八Ciji,j=1,2,,7i¥口计算Wi的7次方根w,Wi=tl

皿.对向量W=W,W,…,W7【作归一化处理即Wi=wj勺W/2J则火=火加2,…,W7T即为所求特征向量。IV.计算判断矩阵的最大特征根 说八了符符(3.12)yM7yW(3.11)其中PW=[PW厂(PW2*C11C213(3.11)其中PW=[PW厂(PW2*C11C213\C71C12 C17C22 H/\C273 3 3。72 C77」*W2(3.13)c.检验：以上得到的特征向量即为所求权数，那么权数的分配是否合理，这需要对判断矩阵进行一致性检验，检验使用公式 CR二Cl/RI,其中CR称为判断矩阵的随机一致性比率；CI称为判断矩阵的一般一致性指标，它由式C"-max"6给出；RI给出；RI称为判断矩阵的平均随机一致性指标,对于1?9阶判断矩阵，RI值列于如表3.3所示，当cr<0.10时，认为判断矩阵具有满意的一致性，说明权数分配合理，否则需要调整判断矩阵，直到取得满意的一致性为止表3.3判断矩阵RI值表n1r2r345r67819nRI0.000.000.580.901.211.241.321.411.45d.如果取得满意的一致性，然后根据权重值大小排序。⑴首先确定准则层对目标层的权重这里我们假设钻井风险七项条件对目标层的影响程度如图 3.1排列的，且任意想象的影响程度之差可以认为基本相等，因此不妨确定比较矩阵 A是一个7阶正互反矩阵。

由此可以计算出最大的特征值■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由此可以计算出最大的特征值■12 31 1 221 1——13 21 1 14 3 21 1 15 4 31 1 14