УДК 622.24 © Коллектив авторов, 2009
Анализ и оценка степени риска аварий при бурении скважин
Т.В. Хисметов, д.т.н. («ЗАО «НТЦ ГеотехноКИН»), Г.М. Эфендиев, д.т.н. (Институт геологии НАНА), К.А. Джафаров (Азербайджанская государственная нефтяная академия), А.А. Абдиров (Атырауский институт нефти и газа)
Analysis and assessment of the degree of failures occurring risk at holing
T.V. Khismetov (GeotekhnoKIN NTTs ZAO), G.M. Efendiev (Institute of Geology NANA), K.A. Jafarov (Azerbaijan State Oil Academy), A.A. Abdirov (Atyrau Institute of oil and gas)
A statistical analysis of crashworthness at holing and risk estimation on this basis are carried out. Five classes of failure danger degree is established. An overall index of the failure effect is proposed. The dependence of the frequency of failures on this index is received. It is shown, that with increase in overall index of the failure effect failure frequency decreases, following the hyperbolic law. A measure of risk is proposed.
Ключевые слова: риск, вероятность, авария, последствия, кластер-анализ. Адрес для связи: galib_2000@yahoo.com.
В последнее время не только в бурении, но и в различных областях, производственных организациях широко используют понятие риска [1-3]. Обычно под понятием риска в различных сферах бизнеса понимается вероятность потерь от безуспешного проведения различных операций. Данное определение стало применяться впоследствии и в различных других процессах, приводящих к материальным затратам. При количественной оценке риска необходимо соблюдать соответствующие статистические закономерности.
При бурении скважин под риском подразумевается величина, характеризующая возможность и опасность возникновения аварийных ситуаций в этом процессе. Авария рассматривается как случайное событие, и степень ее опасности может быть оценена по затратам времени на ликвидацию, а также по материальному ущербу. В целом вопросам риска посвящено большое число работ, приводятся различные определения. Так, в работе [3] со ссылкой на Норвежский стандарт отмечается, что риск - это обозначение опасности неконтролируемого случайного происшествия для людей, окружающей среды и материальных ценностей. Риск выражается вероятностью и последствием неконтролируемых случайных происшествий. При этом риск невозможно выразить только одним показателем, он должен содержать как минимум два отдельных параметра (обычно частоту происшествий и их последствия) [2]. К настоящему времени выполнено большое число исследований, посвященных анализу различных аварийных ситуаций, их динамики, прогнозированию и борьбе с ними. Несмотря на это, при оценке рисков вследствие характеристики последствий, выраженной в ряде случаев не одним, а большим числом признаков, возникают трудности. В данном случае последствия необходимо выражать с помощью объединенного параметра, включающего эти признаки.
Постановка задачи и методика исследований
Один из основных принципов оценки риска был сформулирован Ф. Фармером [2]. Согласно данному принципу строится зависимость частоты (вероятности) аварий от их последствий. Последствиями могут служить затраты времени и (или) средств на ликвидацию аварий. Впервые в работах Ф. Фармера предложена зависимость между средним количеством выброса радиоактивных веществ в атмосферу и вероятностью настоящего события в виде гиперболической кривой, которая названа граничной, или кривой постоянного риска («кривая Фармера») [1]. Данная кривая делит координатную плоскость на две области и позволяет отделить область недопустимого, большого риска, расположенную выше и правее линии постоянного риска, от области допустимого риска, расположенной ниже и левее упомянутой линии.
Таким образом, кривую можно использовать в качестве критерия безопасности, определяющего верхнюю границу допустимой вероятности. Если это условие выполняется, то основная цель достигается, а интуиция подсказывает, что она правильная, т.е. вероятность аварий, вызывающих большие расходы, относительно низкая, а небольшие расходы соответствуют высоким значениям частот аварий. По данным исследований [1, 3] анализ риска предусматривает:
- установление вероятности возникновения аварийной ситуации;
- оценку возможных причин аварий;
- оценку возможных последствий аварий.
На первом этапе риск можно идентифицировать на основе статистических данных, теоретическим и экспериментальным путем, методом опросов и др. Проводятся построение логического дерева аварийных ситуаций, описание причин возникновения и их последствий.
Таблица 1
Классификационные признаки Функция принадлежности для кластера
Относительное значение Материальные
времени, затраченного на ликвидацию аварий затраты на ликвидацию аварий 1 2 3 4 5
0,888 588 363,6 0,0001 0,9997 0,0001 0,0000 0,0001
23,640 720 056,0 0,0000 0,0000 0,0000 1,0000 0,0000
2,818 27 355,6 0,9999 0,0000 0,0001 0,0000 0,0000
2,236 6 983,6 0,9976 0,0000 0,0024 0,0000 0,0000
13,704 99 138,2 0,0424 0,0002 0,9573 0,0000 0,0000
13,729 74 728,8 0,2008 0,0006 0,7985 0,0000 0,0000
6,200 49 767,6 0,9847 0,0000 0,0153 0,0000 0,0000
5,700 44 549,0 0,9956 0,0000 0,0044 0,0000 0,0000
10,100 146 002,6 0,0003 0,0000 0,9997 0,0000 0,0000
0,300 13 105,0 0,9938 0,0001 0,0061 0,0000 0,0000
1,940 6 040,0 0,9970 0,0000 0,0030 0,0000 0,0000
8,307 326 629,8 0,1193 0,3003 0,5744 0,0011 0,0050
19,535 981 331,6 0,0000 0,0007 0,0001 0,0000 0,9992
15,934 1 100 126,6 0,0000 0,0003 0,0000 0,0000 0,9996
0,100 12 669,0 0,9929 0,0001 0,0070 0,0000 0,0000
8,100 144 479,4 0,0015 0,0000 0,9984 0,0000 0,0000
4,600 37 001,2 0,9999 0,0000 0,0001 0,0000 0,0000
16,600 56 371,2 0,3421 0,0015 0,6561 0,0001 0,0001
7,300 38 994,6 0,9840 0,0000 0,0160 0,0000 0,0000
11,500 71 804,0 0,2962 0,0004 0,7034 0,0000 0,0000
6,600 105 131,0 0,0808 0,0001 0,9190 0,0000 0,0000
8,800 151 874,0 0,0015 0,0000 0,9984 0,0000 0,0000
5,700 184 713,0 0,0383 0,0017 0,9600 0,0000 0,0001
Примечание. Выделенные полужирным шрифтом цифры соответствуют значениям функций принадлежности для соответствующих строки и номера кластера (столбца).
Большое значение имеет моделирование аварийных ситуаций для изучения причин их возникновения, характера развития во времени и других факторов, способных повлиять на безопасность эксплуатации технических средств и вероятность аварийных ситуаций. На основе анализа частот аварийных ситуаций и последствий риски классифицируются по категориям. С целью оценки риска от аварий при бурении скважин с учетом отмеченных выше положений нами предлагается методический подход, включающий выполнение следующих мероприятий: сбор и статистическую обработку данных; проведение классификации по комплексу признаков, характеризующих последствия аварийных ситуаций; объединение признаков в единый параметр с учетом доли каждого признака; построение зависимости частоты явлений (аварий) от параметра, характеризующего последствия; аппроксимацию данной зависимости, анализ и интерпретацию. В процессе такого анализа проводится также классификация вероятностей (частот), последствий и рисков. Риск рассчитывается как произведение вероятности возникновения аварийной ситуации на обобщенную характеристику последствий с показателем степени, равным степени гиперболической зависимости, описывающей кривую риска.
ниях за последние десять лет. Эти данные были подвергнуты статистической обработке с анализом законов распределения. Были проанализированы удельные материальные расходы на ликвидацию аварий, т.е. затраты, приходящиеся на 1 сут. Одновременно по данным о числе аварий выполнена оценка вероятности (частоты) их возникновения. Значения суточных затрат на ликвидацию аварий разбиты на интервалы, в каждом из них по числу аварий дана оценка вероятности возникновения аварий.
Оценка риска способствует наиболее обоснованному выбору техники и технологии бурения скважин, а также позволяет предусмотреть необходимые с экономической точки зрения мероприятия по снижению риска на стадии проектирования. Это дает возможность наиболее правильно спланировать распределение материальных средств на предупредительные меры по снижению вероятности аварий или/и их последствий. В данном случае целесообразно рассмотрение в качестве последствий двух признаков (времени, затраченного на ликвидацию аварий, и материальных затрат на эти мероприятия) одновременно. В связи с этим на основе данных об авариях проведена классификация методом нечеткого кластер-анализа по двум отмеченным признакам, отражающим последствия аварий. При этом данные были разделены на пять кластеров (однородных групп) с использованием программы нечеткого кластер-анализа. Реализация программы позволяет с помощью функций принадлежности отнести данные к тому или иному классу [4]. Результаты кластер-анализа с соответствующими функциями принадлежности приведены в табл. 1.
Выделенные таким образом кластеры показывают степень тяжести аварии: очень серьезные; серьезные; значительные; большие; незначительные. Исходя из того, что в рассматриваемом случае последствия аварий выражаются двумя признаками, при анализе и оценке риска целесообразно их одновременное использование. Для этого введем следующий обобщенный показатель, выражающий последствия аварий:
N = а^ + а2С,
(1)
Результаты исследований
Для реализации методического подхода к анализу и оценке риска на примере аварий, возникающих при бурении скважин, собраны данные бурения скважин на морских месторожде-
где ^обобщенное последствие аварий; а 1, а2 - весовой коэффициент соответственно временных и материальных затрат; I - относительное время, затраченное на ликвидацию аварий; с - материальные затраты на ликвидацию аварий. Для рассматриваемых данных получено выражение
N = 0,5У + 0,47с.
(2)
НЕФТЯНОЕ ХОЗЯЙСТВО 10'2009 47
С использованием выражения (2) рассчитывается параметр последствий и строится зависимость частоты аварий от последствий, которая для рассматриваемых данных аналитически аппроксимируется следующим образом:
p = 0,0229 N1,4982.
(3)
Для оценки риска параметр ^ ^,4982 умножается на веро-ятность(частоту) аварий. С целью да
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.