石油鉆井行業(yè)清潔生產(chǎn)評價體系研究

劉麗娜，李夢隱

（1.新疆正天華能環(huán)境工程技術(shù)有限公司，新疆烏魯木齊830011；2.浙江大學(xué)工程學(xué)系，浙江杭州310007）

石油鉆井行業(yè)清潔生產(chǎn)評價體系研究

劉麗娜1，李夢隱2

（1.新疆正天華能環(huán)境工程技術(shù)有限公司，新疆烏魯木齊830011；2.浙江大學(xué)工程學(xué)系，浙江杭州310007）

新疆地處干旱區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱，就油田開發(fā)生產(chǎn)而言，會產(chǎn)生污水、廢渣、落地油處理和原油回收等技術(shù)問題。鉆井過程為整個石油開發(fā)過程中最重要、最復(fù)雜、施工作業(yè)時間較長、能耗最大的關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)，使用的鉆井液和產(chǎn)生的泥漿都會對環(huán)境產(chǎn)生污染。選取鉆井作業(yè)進(jìn)行分析，建立一套適合油田鉆井行業(yè)特點(diǎn)，具有科學(xué)性、系統(tǒng)性、激勵性、規(guī)范性，且符合當(dāng)前環(huán)境管理水平的清潔生產(chǎn)評估指標(biāo)體系，對于當(dāng)前石油勘探開發(fā)行業(yè)推進(jìn)實(shí)施清潔生產(chǎn)具有十分重要的意義。

清潔生產(chǎn)評價；石油鉆井業(yè)；評價指標(biāo)；層次分析

1 清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)建立依據(jù)和程序

現(xiàn)在已經(jīng)建立清潔生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范的行業(yè)，其指標(biāo)均依據(jù)國家的法律法規(guī)而建立?？偟膩碚f，是從生產(chǎn)工藝、資源能源利用、污染物產(chǎn)生、廢棄物回收利用、環(huán)境管理這五大指標(biāo)在該行業(yè)中的污染物控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行初步確定的。沒有建立行業(yè)技術(shù)規(guī)范的則參考國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、法律法規(guī)以及參考行業(yè)專家的意見來制定。

清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)建立依據(jù)一般包括：《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》、《中華人民共和國清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》、《中華人民共和國水污染防治法》、《中華人民共和國大氣污染防治法》、《中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法》等。

針對不同的行業(yè)，依據(jù)已有的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等，如果沒有這些標(biāo)準(zhǔn)則采取咨詢專家的方法來建立。不同行業(yè)有不同的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，而且選取的子指標(biāo)也不同，一般可參考各行業(yè)環(huán)境影響評價中的依據(jù)。清潔生產(chǎn)定量評價程序見圖1。分析、方案預(yù)評估、環(huán)境經(jīng)濟(jì)損益分析等。類比項(xiàng)目參考指標(biāo)主要源于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)先進(jìn)水平或?qū)崪y、考察等調(diào)研資料。

清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)主要源于生產(chǎn)現(xiàn)狀

考慮到石油天然氣開采業(yè)的特點(diǎn)，指標(biāo)體系設(shè)定的正確與否，關(guān)系到評價工作全過程的科學(xué)性和可操作性。借鑒石油天然氣開采業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及專家意見等，將石油天然氣開采業(yè)清潔生產(chǎn)指標(biāo)分為以下5個方面[1]：

——工藝與裝備要求指標(biāo)；

——資源能源利用指標(biāo)；

——污染物產(chǎn)生指標(biāo)；

——廢物回收利用指標(biāo)；

——環(huán)境管理指標(biāo)。

2 修井作業(yè)生產(chǎn)流程產(chǎn)污過程分析

石油修井作業(yè)是石油工程的主要組成部分之一，石油修井作業(yè)是石油開采和生產(chǎn)過程中最主要的工程。其主要工程包括：試油、中途測試、工程測試、小修、射孔、大修、側(cè)鉆、封串、壓裂、酸化、防砂、堵水、調(diào)剖、解堵等。

修井作業(yè)過程產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣及噪聲等可導(dǎo)致對生態(tài)環(huán)境、大氣環(huán)境、水環(huán)境或土壤環(huán)境等的不良影響或危害。產(chǎn)生的污染物見表1。因此，要盡快對石油行業(yè)實(shí)施清潔生產(chǎn)審核，找出能耗高、污染大的環(huán)節(jié)，進(jìn)行治理，從而減少對環(huán)境的污染和破壞。達(dá)到資源利用和環(huán)境保護(hù)的可持續(xù)發(fā)展。

表1 修井作業(yè)過程中可能產(chǎn)生的污染物

3 清潔生產(chǎn)綜合評價

研究建立的石油鉆井行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系主要包括3個層次：

——目標(biāo)層；

——準(zhǔn)則層；

——指標(biāo)層。

其中指標(biāo)層又根據(jù)各指標(biāo)的性質(zhì)，對指標(biāo)進(jìn)行分解，在指標(biāo)層的基礎(chǔ)上分解出指標(biāo)分解層。該指標(biāo)體系的目標(biāo)層為鉆井企業(yè)清潔生產(chǎn)水平。準(zhǔn)則層共包括5個系統(tǒng)。指標(biāo)層共包括19個指標(biāo)。指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)表見表2。

表2 石油修井行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)表

該指標(biāo)體系的建立，可以對油田鉆井行業(yè)進(jìn)行清潔生產(chǎn)審核提供依據(jù)，是清潔生產(chǎn)審核預(yù)評估、評估的基礎(chǔ)；是建立指標(biāo)權(quán)重的基礎(chǔ)，從而能夠進(jìn)行石油修井行業(yè)清潔生產(chǎn)綜合評價。

用模糊數(shù)學(xué)方法進(jìn)行清潔生產(chǎn)評價和分析，關(guān)鍵在于確定模糊關(guān)系矩陣中評價因素隸屬度和評價因素權(quán)重系數(shù)。由于清潔生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有層次劃分，需至少考慮進(jìn)行二級評價。

——一級評價：進(jìn)行子系統(tǒng)評價，將系統(tǒng)要素作為評價因素；

——二級評價：進(jìn)行母系統(tǒng)評價，將子系統(tǒng)作為評價因素。

確定隸屬度和權(quán)重一般采用專家咨詢打分的方法。

（1）隸屬度。

列出一張系統(tǒng)要素與評價水平等級對應(yīng)關(guān)系咨詢表，讓參加咨詢的每位專家進(jìn)行唯一對應(yīng)結(jié)果選擇，然后按各個要素，統(tǒng)計(jì)每種等級選擇結(jié)果的概率，以此作為該要素隸屬度。經(jīng)一級評價得出的子系統(tǒng)評價結(jié)果可作為二級評價中評價因素的隸屬度。

（2）權(quán)重。

權(quán)重也叫功效系數(shù)。首先列出評價因素相對重要性判斷矩陣表，由專家進(jìn)行相對重要性標(biāo)度，然后采用AHP方根法計(jì)算判斷矩陣特征向量，經(jīng)一致性檢驗(yàn)，確認(rèn)收斂后，以此作為評價因素的相對權(quán)重。

對企業(yè)進(jìn)行清潔生產(chǎn)評價是衡量企業(yè)生產(chǎn)狀態(tài)和水平，促進(jìn)企業(yè)推行清潔生產(chǎn)的必要措施。在對清潔生產(chǎn)系統(tǒng)分析基礎(chǔ)上，試用模糊數(shù)學(xué)綜合評價方法進(jìn)行企業(yè)清潔生產(chǎn)水平的宏觀評價。

在日常生活中，無論是產(chǎn)品質(zhì)量的評級，科技成果的鑒定，還是干部、學(xué)生的評優(yōu)等，都屬于評判的范疇。如果考慮的因素只有一個，評價就很簡單，只要給對象一個評價分?jǐn)?shù)，按分?jǐn)?shù)的高低，就可將評判的對象排出優(yōu)劣的次序。但是一個事物往往具有多種屬性，評價事物必須同時考慮各種因素，這就是綜合評價的問題。由于在許多問題上，對事物的評價常常帶有模糊性，因此，應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行綜合評判將會取得更好的實(shí)際效果。

在此選用的數(shù)學(xué)模型為層次分析（AHP），即利用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重。層次分析法為這類問題的決策和排序提供了一種新的、簡潔而實(shí)用的建模方法。它把復(fù)雜問題分解成組成因素，并按支配關(guān)系形成層次結(jié)構(gòu)，然后用兩兩比較的方法確定決策方案的相對重要性。

4 AHP模型基本步驟[2-4]

4.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

在深入分析所面臨的問題之后，將問題中所包含的因素劃分為多個不同層次，并用框圖形式說明層次的遞階結(jié)構(gòu)與因素的從屬關(guān)系，一般可將所要研究的問題劃分為3個基本層次：

——最高層（目標(biāo)層A）：表示解決問題的目的，即層次分析要達(dá)到的總目標(biāo)。

——中間層（策略層、約束層、準(zhǔn)則層B）：表示采取各種措施、政策、方案等來實(shí)現(xiàn)預(yù)定總目標(biāo)所涉及的中間環(huán)節(jié)，中間層一般又可分為策略層、約束層、準(zhǔn)則層等，視所要解決的問題而定。

——最低層（指標(biāo)層C）：表示要選用的解決問題的各種措施、政策、方案等。

在層次模型中，用作用線標(biāo)明上一層次因素同下一層次因素之間的聯(lián)系。如果某個因素與下一層次所有因素均有聯(lián)系，則稱這個因素與下一層次存在著完全層次關(guān)系。如目標(biāo)層A與準(zhǔn)則層因素B的關(guān)系即屬完全層次關(guān)系。而經(jīng)常存在不完全層次關(guān)系，即某個因素僅與下一層次中的部分因素有聯(lián)系，如準(zhǔn)則層B1，B2，B3與指標(biāo)層因素 C11，C12，C32關(guān)系即為不完全層次關(guān)系。層次之間可以建立子層次，子層次從屬于主層次中某個因素，它的因素與下一層次的因素有聯(lián)系，但不形成獨(dú)立層次[5]。

4.2 構(gòu)造判斷矩陣

任何系統(tǒng)分析都以一定的信息為其礎(chǔ)，層次分析的信息基礎(chǔ)主要是人們對于每一層次中各因素相對重要性給出的判斷，這些判斷通過引入合適的標(biāo)度數(shù)值表示出來，寫成判斷矩陣[6]。判斷矩陣表示針對上一層次某因素，本層次與之有關(guān)因素之間相對重要性的比較。假定 A層因素與下一層次中 B1，B2…Bn有聯(lián)系，所構(gòu)造的判斷矩陣一般取如下形式：

在層次分析中，為了使判斷定量化，形成上述數(shù)值判斷矩陣，通常采用表3中所表示的標(biāo)度方法。

表3 判斷矩陣標(biāo)度及其含義

4.3 層次單排序及其一致性檢驗(yàn)

判斷矩陣 A的特征根問題 AW＝λmaxW的解W，經(jīng)歸一化后即為同一層次相應(yīng)因素對于上一層次某因素相對重要性的排序權(quán)值，這一過程即較為層次單排序[7]。

單層次排序計(jì)算問題可歸結(jié)為計(jì)算判斷矩陣的最大特征根及其特征向量問題。

為此，需要進(jìn)行判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)。

一致性檢驗(yàn)的步驟如下：

第一步，計(jì)算一致性指標(biāo)C.I.（cinsistency index）

第二步，查表確定相應(yīng)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)R.I.（random index），根據(jù)判斷矩陣不同階數(shù)查下表，得到平均隨機(jī)一致性指標(biāo)R.I.（見表4）。

表4 平均一致性指標(biāo)

第三步，計(jì)算一致性比例C.R.(consistency ratio)并進(jìn)行判斷。

當(dāng)C.R.＜0.1時，認(rèn)為判斷矩陣的一致性是可以接受的；

當(dāng)C.R.＞0.1時，認(rèn)為判斷矩陣不符合一致性要求，需要對該矩陣進(jìn)行重新修正。

4.4 層次總排序

計(jì)算同一層次所有因素對于最高層（總目標(biāo))相對重要性的排序權(quán)值，稱為層次總排序。這一過程是最高層次到最低層次逐層進(jìn)行的。

4.5 層次總排序的一致性檢驗(yàn)

總排序是指每一個判斷矩陣各因素針對目標(biāo)層（最上層）的相對權(quán)重。這一權(quán)重的計(jì)算采用從上而下的方法，逐層合成。很明顯，第二層的單排序結(jié)果就是總排序結(jié)果。

假定已經(jīng)算出第k-1層m個元素相對于總目標(biāo)的權(quán)重W(k-1)=（W1(k-1)，W2(k-1)，…，Wn(k-1)）T，第k層n個元素對于上一層（第k層）第j個元素的單排序權(quán)重是Pj(k)=（P1j(k)，P2j(k)，…，Pnj(k)）T，其中不受j支配的元素的權(quán)重為零。令P(k)=（P1(k)，P2(k)，…，Pn(k)），表示第k層元素對第k-1層個元素的排序，則第k層元素對于總目標(biāo)的總排序?yàn)閇8，9]：

同樣，也需要對總排序結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。假定已經(jīng)算出針對第k-1層第j個元素為準(zhǔn)則的C.I.j(k)、R.I.j(k)和 C.R.j(k)，j=1，2，…，m，則第 k 層的綜合檢驗(yàn)指標(biāo)

當(dāng)C.R.(k)＜0.1時，認(rèn)為判斷矩陣的整體一致性是可以接受的。

5 修井作業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系的權(quán)重確定

5.1 專家判斷權(quán)重確定（以1個為例）（表5～表8）

表 5 A-B1～5判斷矩陣

λmax=5.0854，C.I.=0.0213，C.R.=0.0191＜0.10，通過一致性檢驗(yàn)。

特征向量歸一化后為［0.037 7，0.256 0，0.233 8，0.199 5，0.273 0］。

表 6 B1-C11～C15判斷矩陣

λmax=5.073，C.I.=0.018，C.R.=0.016＜0.10，通過一致性檢驗(yàn)。

特征向量歸一化后為［0.263，0.475，0.055，0.090，0.110］。

表 7 B3-C31～C32判斷矩陣

λmax=2.00，C.I.=0.00，C.R.=0.00＜0.10，通過一致性檢驗(yàn)。

特征向量歸一化后為［0.500，0.500］。

表 8 B5-C51～C54判斷矩陣

λmax=4.06，C.I.=0.020 2，C.R.=0.022 5＜0.10，通過一致性檢驗(yàn)。

特征向量歸一化后為［0.246 3，0.203 6，0.203 6，0.346 5］。

通過以上步驟，可以計(jì)算出由一位專家分值確定的各個層次指標(biāo)的分項(xiàng)權(quán)重。然而由于權(quán)重的確定涉及行為科學(xué)：不同人，由于所從事的專業(yè)、所處環(huán)境、所積累的經(jīng)驗(yàn)各不相同，對相同事件會有不同觀點(diǎn)，給出不同權(quán)重。如果僅采用個別人的觀點(diǎn)，會存在較大的片面性，且缺乏說服力。因此將50名專家的打分結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，每一份進(jìn)行層次單排序計(jì)算都得到相應(yīng)的特征向量，將所有數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總得到對應(yīng)于分項(xiàng)目標(biāo)的權(quán)重值，然后再進(jìn)行層次總排序，得到各項(xiàng)指標(biāo)總排序權(quán)重，這是相對于整個評價體系的權(quán)重值（見表9）。

6 結(jié)論與展望

實(shí)施清潔生產(chǎn)是從根本上解決石油修井行業(yè)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)問題的重要手段。井下作業(yè)主要生產(chǎn)特點(diǎn)是作業(yè)施工點(diǎn)多面廣、污染源分散、污染物成分復(fù)雜且處理難度大。解決作業(yè)污染的根本途徑是選擇合理的油（氣）田開發(fā)方案，并通過加強(qiáng)油（氣）井維護(hù)等措施，盡可能延長作業(yè)免修周期。其次是提高作業(yè)質(zhì)量，降低作業(yè)頻次，減少各類作業(yè)污染物的排放。實(shí)現(xiàn)作業(yè)過程清潔生產(chǎn)[8]。

（1）在國內(nèi)外清潔生產(chǎn)研究的基礎(chǔ)上，以石油修井企業(yè)為對象，通過清潔生產(chǎn)全過程分析，選擇合適的評價指標(biāo)，以目標(biāo)層、準(zhǔn)則層（（5類）、指標(biāo)層（19個））為結(jié)構(gòu)，建立了較為完整的修井行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系。

（2）通過發(fā)放專家調(diào)查表和層次分析法確定各指標(biāo)的權(quán)重，計(jì)算權(quán)向量并做一致性檢驗(yàn)后，確定的權(quán)重值較為合理。

（3）對修井行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)特征和環(huán)境管理分析方面采用模糊定量的方法，在實(shí)際應(yīng)用過程中可能存在一定偏差，今后在評價內(nèi)容和評價等級上需進(jìn)一步細(xì)化、改進(jìn)和完善，以期達(dá)到更好的效果。

表9 石油修井行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)權(quán)重值

總之，推行清潔生產(chǎn)可以節(jié)能、降耗、減污、增效，是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益相統(tǒng)一的生產(chǎn)模式。國內(nèi)外污染防治經(jīng)驗(yàn)證明，清潔生產(chǎn)是工業(yè)污染防治的最佳途徑，是改變經(jīng)濟(jì)增長方式、實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要措施，推行清潔生產(chǎn)是企業(yè)發(fā)展的必由之路，也是石油行業(yè)發(fā)展的必由之路。

[1] 彭林.清潔生產(chǎn)定量評價方法及其應(yīng)用[J].中國人口·資源與環(huán)境，2001，11(3)：79-81.

[2] 馬榮國，楊申琳.基于物元分析的AHP確定指標(biāo)權(quán)重方法[J].長安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2003(9)：35-37.

[3] 戴西超，張慶春.綜合評價中權(quán)重系數(shù)確定方法的比較研究[J].煤炭經(jīng)濟(jì)研究，2003(11)：12-15.

[4] 黃勇.水泥工業(yè)清潔生產(chǎn)審核模式的研究[D].杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2006，4.

[5] 田愛軍.家具工業(yè)清潔生產(chǎn)評價體系的初步研究[D].北京：南京林業(yè)大學(xué)，2005，6.

[6] 汪誠義.模糊數(shù)學(xué)引論[M].北京：北京工業(yè)學(xué)院出版社，1996：40-55.

[7] 靳敏，賈愛娟.清潔生產(chǎn)的定量考核與評價規(guī)范研究[J].環(huán)境保護(hù).2001(7)：37-39.

[8] 張帆.鋼鐵企業(yè)清潔生產(chǎn)績效評估研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2004.

[9] 許樹柏.層次分析法原理及其應(yīng)用[M].天津：天津大學(xué)出版社，1998.

[10] Geiser K.Cleaner production perspectives for the next decade[J].UNEP’s international high-level seminar on cleaner prodution，Montreal Canada.2000，10：34-38.

The development study of cleaner production evaluation system of oil drilling industry

LIU Lina1,LI Mengyin2
（1.Xinjiang Zhengtian Huaneng Environmental Engineering Technology Co.,Ltd.,Urumqi 830011,China;2.Automated Specialty,Engineering Departmant,Zhejiang University,Hangzhou 310007,China）

Xinjiang located in arid areas,ecological environment is fragile.As to the development and production of oil,it will produce sewage,sludge,and processing and recycling technology of landed crude oil.Oil drilling industry is the most important and most complicated,a longer period of construction,the biggest key to energy production processes of drilling in the process of developing the whole process of oil,the use of drilling liquid and the mud will pollute the environment.This paper take drilling to analysis,It is significant to establish a suitable cleaner production evaluation index system of drilling industry of oil field,which has the characteristics of the scientific,systematic,incentives,regulatory and in accordance with the current level of environmental management for the current oil exploration and development industry promoting the implementation of cleaner production.

clean production evaluation;oil drilling industry;evaluation;AHP

X38

A

1674-0912（2012）06-0035-05

2012－04－01）

劉麗娜（1982-），女，陜西人，碩士研究生，從事清潔生產(chǎn)審核、環(huán)境影響評價工作。