CN112818557A - 一种基于模糊综合分析的井控系统安全评估方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于模糊综合分析的井控系统安全评估方法及系统，建立井控装备层次结构模型；利用1‑9标度法进行指标两两对比，根据对比结果构造判断矩阵，通过判断矩阵计算同一层级的指标对上层所属指标的权重；根据安全等级划分依据，确定安全等级划分准则；采用模糊综合评价法，构造评价体系并建立评价矩阵；结合权重计算结果及评价体系，综合评估井控系统的安全等级。本发明利用层次分析法和模糊综合评价法对井控系统进行安全等级划分，为井控系统安全等级的划分提供了一种新的方法，该方法准确可靠、操作简单、易于使用，能够准确掌握井控系统整体安全状态，指导井控装备的使用及管理方对井控系统分级管控，提高井控装备管理水平。

Description

一种基于模糊综合分析的井控系统安全评估方法及系统
技术领域
本发明属于石油井控系统安全评估技术领域，尤其是涉及一种基于模糊综合分析的井控系统安全评估方法及系统。
背景技术
石油钻井井控是石油开发过程中极为重要的环节，也是石油安全生产的保障，对井控系统进行科学性的安全评估极其重要。但现有针对井控系统安全评估方法中，主要是对井控装备进行独立的检测评估，能发现装备存在的故障及隐患来指导其维修和更换，但未能对整个井控系统做安全评估。为准确掌握井控系统整体安全状态，指导井控装备的使用及管理方对井控系统分级管控，提高井控装备管理水平，亟需一种对于整个井控系统进行安全评估的方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种基于模糊综合分析的井控系统安全评估方法及系统，准确掌握井控系统整体安全状态，提高井控装备管理水平。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于模糊综合分析的井控系统安全评估方法，包括：
步骤A：建立井控装备层次结构模型；
步骤B：利用1-9标度法进行指标两两对比，根据对比结果构造判断矩阵，通过判断矩阵计算同一层级的指标对上层所属指标的权重；
步骤C：根据安全等级划分依据，确定安全等级划分准则；
步骤D：采用模糊综合评价法，构造评价体系并建立评价矩阵；
步骤E：结合步骤B的权重计算结果及评价体系，综合评估井控系统的安全等级。
进一步的，步骤A所述层次结构模型的建立方法包括：将井控系统划分为目标层、系统层、装备层；其中目标层为井控系统安全等级；系统层将影响井控系统安全等级的因素按照功能划分为防喷器组、防喷器控制系统及节流压井管汇三个子系统层级；下一层级为装备层，即每个子系统分别包含若干井控装备。
进一步的，步骤B的具体方法包括：
运用层次分析法将各指标重要性划分为1-9共9个等级，按照此等级标准对同层级的指标两两比较得出该层指标对于所属上层指标的相对重要性等级，根据相对重要性等级构造判断矩阵；对判断矩阵进行一致性检验，验证该判断矩阵逻辑性是否合理，通过一致性检验后对判断矩阵进行计算，得出该层各指标对于上层所属指标的权重。
更进一步的，所述相对重要性等级采用重要度打分表进行标度计算，所述打分表采用分行方式，每行将两两因素比较，每行采用9-1-9全部整数的打分方法。
进一步的，步骤C所述安全等级划分依据包括现有井控系统相关的标准体系、影响井控系统安全性的条例。
进一步的，步骤D的具体方法包括：利用模糊综合评价法，将井控系统安全等级划分为V＝{好，较好，一般，差}四个等级，利用步骤C中安全等级划分准则对评价对象做出评价，从评价集V中选择最佳结果作为评价结果；另外从一个评价指标出发，确定评价对象对评价等级集的关联程度，建立评判矩阵。
进一步的，步骤E的具体方法包括：利用步骤B得到的指标权重构建向量及步骤D得到的评判矩阵进行计算，结果代表了评价对象的等级隶属度集，根据最大隶属度原则选择隶属度集合中的最大隶属元素所对应的评判语集V中的安全评价等级，最终确定井控系统安全等级。
本发明的另一方面，还提出了一种基于模糊综合分析的井控系统安全评估系统，包括：
层次结构模型模块：用于建立井控装备层次结构模型；
权重模块：利用1-9标度法进行指标两两对比，根据对比结果构造判断矩阵，通过判断矩阵计算同一层级的指标对上层所属指标的权重；
划分准则模块：根据安全等级划分依据，确定安全等级划分准则；
评价模块：采用模糊综合评价法，构造评价体系并建立评价矩阵；
安全评估模块：结合步骤B的权重计算结果及评价体系，综合评估井控系统的安全等级。
进一步的，所述层次结构模型模块包括层次划分单元，用于将井控系统划分为目标层、系统层、装备层；其中目标层为井控系统安全等级；系统层将影响井控系统安全等级的因素按照功能划分为防喷器组、防喷器控制系统及节流压井管汇三个子系统层级；下一层级为装备层，即每个子系统分别包含若干井控装备。
进一步的，权重模块包括：
等级划分单元，运用层次分析法将各指标重要性划分为1-9共9个等级，
比较单元，按照此等级标准对同层级的指标两两比较得出该层指标对于所属上层指标的相对重要性等级，
权重计算单元，根据相对重要性等级构造判断矩阵；对判断矩阵进行一致性检验，验证该判断矩阵逻辑性是否合理，通过一致性检验后对判断矩阵进行计算，得出该层各指标对于上层所属指标的权重。
更进一步的，所述比较单元设有打分表子单元，相对重要性等级采用重要度打分表进行标度计算，所述打分表采用分行方式，每行将两两因素比较，每行采用9-1-9全部整数的打分方法。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
(1)本发明利用层次分析法和模糊综合评价法对井控系统进行安全等级划分，为井控系统安全等级的划分提供了一种新的方法，该方法准确可靠、操作简单、易于使用，能够准确掌握井控系统整体安全状态，指导井控装备的使用及管理方对井控系统分级管控，提高井控装备管理水平；
(2)本发明参考井控相关标准，确定了井控装备安全性评定准则，避免专家打分等传统方式带来的主管因素，提高了安全评级的可信度。
附图说明
图1是本发明实施例的井控系统层次结构模型示意图；
图2是本发明实施例的井控系统安全评级流程图；
图3是本发明实施例中1-9标度释义说明；
图4是本发明实施例中所述打分表的系统层次结构模型示例；
图5是图3结构模型的打分表示例。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图以及具体实施例对本发明做进一步说明。
本发明提供了一种基于模糊综合分析的井控系统安全评级方法，如图2所示包括以下步骤：步骤A：梳理井控装备，建立井控装备层次结构模型；步骤B：利用1-9标度法进行指标两两对比，根据对比结果构造判断矩阵，通过判断矩阵计算同一层级的指标对上层所属指标的权重；步骤C：梳理井控系统相关标准及条例，确定安全等级划分准则；步骤D：采用模糊综合评价法，构造评价体系并建立评价矩阵；步骤E：结合井控装备权重计算结果及评价体系，综合评估井控系统的安全等级。
具体包括：
步骤A将井控系统按照层次划分为目标层、系统层、装备层，目标层为井控系统安全等级，将影响井控系统安全等级的因素按照功能划分为防喷器组、防喷器控制系统及节流压井管汇三个关键子系统层级，下一层级为装备层，即每个子系统分别包含3-5个井控装备，如图1中所列举的装备。
步骤B运用层次分析法将各指标抽象的重要性划分为1-9共9个等级，按照此等级标准对同层级的指标两两比较得出该层指标对于所属上层指标相对重要性的等级，根据相对重要性等级构造判断矩阵。得到4个判断矩阵，这里只列出其中两个，见表1、表2。
表1系统层判断矩阵
Figure BDA0002945226440000041
表2装备层判断矩阵-防喷器组
Figure BDA0002945226440000042
对判断矩阵进行一致性检验，一致性比率需小于0.1，验证该判断矩阵逻辑性合理，通过一致性检验后对判断矩阵进行计算，得出该层各指标对于上层所属指标的权重。根据得到的系统层权重及装备层权重计算组合权重，计算结果见表3。
表3综合权重计算结果
Figure BDA0002945226440000051
步骤C利用现有井控系统相关的标准体系，收集关于影响井控系统安全性的条例，梳理安全等级划分依据，确定安全等级划分准则。表4为梳理相关标准和条例，对梳理结果统计分析，得到井控装备安全性可按照使用年限进行划分，确定了划分准则。
表4等级划分准则
Figure BDA0002945226440000052
步骤D利用模糊综合评价法，将井控系统安全等级划分为V＝{好，较好，一般，差}四个等级，利用步骤C中安全等级划分准则对评价对象做出评价，可以从一个评价指标出发，确定评价对象对评价等级集的关联程度，建立评判矩阵R0。
Figure BDA0002945226440000061
R0中每行都代表着对单个指标的评价，以第一行为例，第一行代表对环形防喷器的评价，以评价等级集的关联程度表征为10％为好，50％为较好，40％为一般，0％为差。
另外也可以按照年限准则根据评价对象使用年限数据所属范围从评价集V中选择最佳结果，如环形防喷器投入使用年限为12年，属于10≤a＜13范围，因此评级为“较好”，该方法评价集关联程度只有100％和0，指标评价也更加准确。
本实施例以井控装备使用年限为判断准则，根据某海上采油平台装备参数建立判断矩阵R。
Figure BDA0002945226440000062
步骤E利用步骤B得到的指标权重构建向量A及步骤D得到的评判矩阵R进行计算。结果代表了评价对象的等级隶属度集U。
U＝A*R＝(0.2419，0，0.4058，0.3524)
根据最大隶属度原则选择隶属度集合中的最大隶属元素所对应的评判语集V中的安全评价等级，根据计算结果U，考虑最大原则，U中最大值为0.4058，隶属等级“一般”，最终确定井控系统安全等级为“一般”，即该海上采油平台井控系统的安全状态一般。
在上述过程中主要采用的是层次分析法，把复杂问题分解成组成因素，并按支配关系形成层次结构，然后用两两比较的方法确定决策方案的相对重要性。其原理是将复杂系统中的各种因素，依据相互关联及隶属关系划分为阶梯层次结构；依赖决策者(专家)经验及直觉评判同一层次内各因素的相对重要性，并用一致性准则检验评判的准确性；然后在阶梯层次结构内进行合成，以得到决策因素相对于目标的重要性的总排序。其基本过程是首先将复杂问题分解成递阶层次结构，然后将下一层属于相同支配关系的各因素进行两两比较判断，构造判断矩阵，通过对判断矩阵的计算，进行层次单排列和一致性检验，最后进行层次总排序，得到各因素的组合权重，并通过排序结果分析和解决问题。
在层次分析中直接影响到权重结果的步骤是构造两两判断矩阵。在两两比较过程中，决策者要反复回答问题，两因素那个更重要一些，重要多少。需要对重要程度赋予一定的数值，最常见的是采用1～9的比例标度，释义见图3。
但目前的方式进行打分时，打分方式不够直观，理解上比较费时费力。为简化打分流程，使减少决策者打分难度，提出了一种用于层次分析的1-9标度打分表。
所述打分表是基于如图4所示的一个系统层次结构模型，该系统层次结构模型按照层次划分为目标层、准测层、指标层；目标层A1，准测层B1、B2、B3，所述准则层的B1、B2、B3隶属于A1；在指标层，C1、C2、C3隶属于B1；C4-C7隶属于B2；C8-C12隶属于B3；
打分表的设计如图5所示：
(1)打分表包含表头、说明、决策者(专家)基本信息，打分示例，打分区域。打分表包含内容全面，布局合理。
(2)为了避免使用传统的1-9标度中数值为倒数的标度，打分表采用了9-1-9全部整数的打分方法，使得打分方式易于理解。
(3)将矩阵的打分方式改为分行方式，每行只需要将两两因素比较，更加直观。
因此，如上所述，可以通过打分表进行井控系统的相对重要性等级的标度及计算，作为步骤B中的更优选的方案。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于模糊综合分析的井控系统安全评估方法，其特征在于，包括：
步骤A：建立井控装备层次结构模型；
步骤B：利用1-9标度法进行指标两两对比，根据对比结果构造判断矩阵，通过判断矩阵计算同一层级的指标对上层所属指标的权重；
步骤C：根据安全等级划分依据，确定安全等级划分准则；
步骤D：采用模糊综合评价法，构造评价体系并建立评价矩阵；
步骤E：结合步骤B的权重计算结果及评价体系，综合评估井控系统的安全等级。
2.根据权利要求1所述的一种基于模糊综合分析的井控系统安全评估方法，其特征在于，步骤A所述层次结构模型的建立方法包括：将井控系统划分为目标层、系统层、装备层；其中目标层为井控系统安全等级；系统层将影响井控系统安全等级的因素按照功能划分为防喷器组、防喷器控制系统及节流压井管汇三个子系统层级；下一层级为装备层，即每个子系统分别包含若干井控装备。
3.根据权利要求1所述的一种基于模糊综合分析的井控系统安全评估方法，其特征在于，步骤B的具体方法包括：
运用层次分析法将各指标重要性划分为1-9共9个等级，按照此等级标准对同层级的指标两两比较得出该层指标对于所属上层指标的相对重要性等级，根据相对重要性等级构造判断矩阵；对判断矩阵进行一致性检验，验证该判断矩阵逻辑性是否合理，通过一致性检验后对判断矩阵进行计算，得出该层各指标对于上层所属指标的权重。
4.根据权利要求3所述的一种基于模糊综合分析的井控系统安全评估方法，其特征在于，所述相对重要性等级采用重要度打分表进行标度，所述打分表采用分行方式，每行将两两因素比较，每行采用9-1-9全部整数的打分方法。
5.根据权利要求1所述的一种基于模糊综合分析的井控系统安全评估方法，其特征在于，步骤C所述安全等级划分依据包括现有井控系统相关的标准体系、影响井控系统安全性的条例。
6.根据权利要求1所述的一种基于模糊综合分析的井控系统安全评估方法，其特征在于，步骤D的具体方法包括：利用模糊综合评价法，将井控系统安全等级划分为V＝{好，较好，一般，差}四个等级，利用步骤C中安全等级划分准则对评价对象做出评价，从评价集V中选择最佳结果作为评价结果；另外从一个评价指标出发，确定评价对象对评价等级集的关联程度，建立评判矩阵。
7.根据权利要求1所述的一种基于模糊综合分析的井控系统安全评估方法，其特征在于，步骤E的具体方法包括：利用步骤B得到的指标权重构建向量及步骤D得到的评判矩阵进行计算，结果代表了评价对象的等级隶属度集，根据最大隶属度原则选择隶属度集合中的最大隶属元素所对应的评判语集V中的安全评价等级，最终确定井控系统安全等级。
8.一种基于模糊综合分析的井控系统安全评估系统，其特征在于，包括：
层次结构模型模块：用于建立井控装备层次结构模型；
权重模块：利用1-9标度法进行指标两两对比，根据对比结果构造判断矩阵，通过判断矩阵计算同一层级的指标对上层所属指标的权重；
划分准则模块：根据安全等级划分依据，确定安全等级划分准则；
评价模块：采用模糊综合评价法，构造评价体系并建立评价矩阵；
安全评估模块：结合步骤B的权重计算结果及评价体系，综合评估井控系统的安全等级。
9.根据权利要求8所述的一种基于模糊综合分析的井控系统安全评估系统，其特征在于，权重模块包括：
等级划分单元，运用层次分析法将各指标重要性划分为1-9共9个等级，
比较单元，按照此等级标准对同层级的指标两两比较得出该层指标对于所属上层指标的相对重要性等级，
权重计算单元，根据相对重要性等级构造判断矩阵；对判断矩阵进行一致性检验，验证该判断矩阵逻辑性是否合理，通过一致性检验后对判断矩阵进行计算，得出该层各指标对于上层所属指标的权重。
10.根据权利要求9所述的一种基于模糊综合分析的井控系统安全评估系统，其特征在于，所述比较单元设有打分表子单元，相对重要性等级采用重要度打分表进行标度计算，所述打分表采用分行方式，每行将两两因素比较，每行采用9-1-9全部整数的打分方法。
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