油氣田集輸管道完整性管理效能評價指標(biāo)體系建立與應(yīng)用

張衛(wèi)朋*，梅海粟，喻友均，谷壇，李茜茜，曾祥國

（1.中國石油塔里木油田公司油氣工程研究院；2.中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院；3.四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，深地科學(xué)與工程教育部重點實驗室）

0 引言

油氣管道完整性效能評價是對完整性管理效果及執(zhí)行過程等環(huán)節(jié)進行定量評價。通過評價，旨在提升管道完整性管理效能和效率，從而降低油氣管道失效率，減少管道安全事故損失。利用信息技術(shù)，可實現(xiàn)管道效能評價智能化與可視化，實現(xiàn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)管理，為管理人員提供抓手，進一步提高企業(yè)競爭力［1］。此外，效能評價作為完整性管理五步法的最后一環(huán)，可以幫助企業(yè)分析完整性管理過程中存在的不足、不斷改進完善完整性管理體系、持續(xù)提高管道完整性管理水平、保障管道安全可靠運行、促進資源高效利用并形成管理閉環(huán)。由此可見，效能評價將對完整性管理工作的安排部署起到引領(lǐng)性的督導(dǎo)作用，并賦予完整性管理生命力和自我革新能力。

國內(nèi)以中國石油天然氣集團有限公司（簡稱中國石油）為代表在管道完整性管理效能評價的應(yīng)用上不斷摸索前進，在風(fēng)險管理為指導(dǎo)思想的前提下設(shè)計了以失效率和費用降低為主要評價要素的效能體系，但尚未形成高度客觀、大局清晰、方案側(cè)重、緊貼標(biāo)準和簡單實用的指標(biāo)體系和評價方法。從需求上看，油氣田領(lǐng)域管道完整性效能評價要把支持管理層決策部署作為必要目標(biāo)橫向縱向?qū)Ρ葟亩鴥?yōu)化改進為根本目的，依據(jù)管理結(jié)果導(dǎo)向量化具體方案和節(jié)點。

本文基于某油田現(xiàn)有的管理體系，提出了管道完整性管理效能評價指標(biāo)體系的構(gòu)建方法，建立完備了管道完整性管理效能評價體系，采用 DEA（數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法）對該油田數(shù)家生產(chǎn)單位管道完整性管理效能數(shù)據(jù)進行了評估。本文所建立的分級效能評價指標(biāo)體系能滿足各級管理需求，使得油田企業(yè)具備科學(xué)開展管道完整性管理效能評價的能力，為下一步管道完整性管理提供理論支撐。

1 管道完整性管理效能評價研究現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

王昊澤等［2］提出了管道內(nèi)檢測的效能評價指標(biāo)體系，并進行了內(nèi)檢測專項效能評價研究。姬洪明等［3］梳理了油氣管道完整性管理效能評價的基本定義和指導(dǎo)步驟，描述了基本的評價方法和基本體系原則，闡述了效能評價對完整性管理的意義。孟波等［4］建立了輸油管道完整性管理數(shù)據(jù)采集的相關(guān)指標(biāo)，勾畫了完整性管理大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)藍圖。俞樹榮等［5］構(gòu)建了基于層次分析法和專家打分法的雙指標(biāo)評價模型。鄭洪龍等［6］通過分析美國法律法規(guī)和標(biāo)準規(guī)范指出，效能評價是一個多投入、多產(chǎn)出的綜合評價系統(tǒng)。宮彥雙等［7］歸納總結(jié)管道和站場完整性管理體系中各管理節(jié)點，構(gòu)建了一套三級打分體系。帥義等［8］采用 DEA設(shè)計了針對國內(nèi)管道高后果區(qū)管理效能評價流程，提出“投入-產(chǎn)出”模式的效能評價體系。吳志平等［9］指出中國管道企業(yè)在效能評價方面的不足，基于DEA方法提出了“投入-產(chǎn)出”效能評價模式。

總體上，國內(nèi)效能評價研究尚未形成統(tǒng)一的體系和方法，針對油田企業(yè)的效能評價更是亟待完善，如何結(jié)合數(shù)字化油田思想和現(xiàn)場應(yīng)用實際成為效能評價研究的方向。

1.2 國外研究現(xiàn)狀

效能評價源于美國 AMSE B31.8S-2018:Managing System Integrity of Gas Pipelines［10］（簡稱 AMSE B31.8S）和 API 1160-2019:Managing System Integrity for Hazardous Liquid Pipelines［11］（簡稱 API 1160）兩個體系標(biāo)準。

AMSE B31.8S規(guī)定效能評價周期，其測試內(nèi)容包括年度計劃完成率、評價覆蓋率、維護維修率、管道失效統(tǒng)計。API 1160效能測試對管道危害源進行分析，積累失效機理和危害因素。

就評價方法而言，AMSE B31.8S規(guī)定管道運營商通過內(nèi)部審查獲取數(shù)據(jù)，對比事故預(yù)防和減緩措施效能；外部審核不同運營商的完整性管理效能。API 1160通過歷史數(shù)據(jù)縱向比對得出相對性結(jié)論而非絕對結(jié)論，需一定年限數(shù)據(jù)積累方可得出整改結(jié)論。當(dāng)前，美國效能評價主管部門管道及危險品安全管理局（PHMSA）主要以效能測試的形式開展評價，以法律條款對道運營商進行約束，在充分進行監(jiān)管的前提下各管道運營商具有廣泛自我決定權(quán)。

總體上，國際相關(guān)標(biāo)準規(guī)范只從法律層面對效能評價提出了開展要求及建議，管道運營商依照自身情況分別執(zhí)行；而國內(nèi)各油田差異性較大，管理模式和其他國家相關(guān)企業(yè)存在根本區(qū)別，故而不能完全照搬評價模式，需從整體謀劃，為管理者提供一套可行的評價工具。

2 效能評價體系構(gòu)建

2.1 體系構(gòu)建原則與思路

指標(biāo)體系的構(gòu)建應(yīng)貫徹管道完整性管理體系、標(biāo)準，充分結(jié)合現(xiàn)場實施情況，全面考慮管理應(yīng)用場景。健全的評價指標(biāo)體系能夠準確反映管道完整性管理各個管理環(huán)節(jié)及滿足關(guān)鍵要素的管理要求。本文中的指標(biāo)體系遵循國家法律標(biāo)準，以 GB 32167—2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》［12］為基礎(chǔ)，以 Q/SY 01039.1—2019《油氣集輸管道和廠站完整性管理規(guī)范》為依托，參考 AMSE B31.8S和API 1160，借鑒國內(nèi)研究成果和PHMSA效能測試評價結(jié)果，也吸取了油氣田完整性管理各方案關(guān)心要素要點和效果表征，并依據(jù)現(xiàn)場管理實際和各層級完整性管理人員需求進行了針對性設(shè)計。

方法論上，油氣田集輸管道完整性管理效能評價體系指標(biāo)選取遵照了10大原則。①SMART原則。即明確性、可測性、可獲性、相關(guān)性和回溯性。②PDCA循環(huán)。在指標(biāo)選取工作中始終與PDCA管理流程保持一致，確保指標(biāo)項的科學(xué)準確性。③區(qū)域性原則。衡量油田的管道完整性管理效能，要始終明確區(qū)域獨特性，找出共融互通特征。④層次性原則。從屬與統(tǒng)領(lǐng)的關(guān)系，明確體系評價框架的邏輯結(jié)構(gòu)。⑤可操作性原則。定義的指標(biāo)體系具有現(xiàn)場實用性，滿足日常管理需求，合規(guī)合理，數(shù)據(jù)提取簡便。⑥客觀性原則。評價體系中指標(biāo)項的數(shù)據(jù)要符合客觀性原則，不加入主觀因素，僅在定義和目標(biāo)值制定階段允許主觀因素介入。⑦可量化原則。評價體系中指標(biāo)項均具備數(shù)據(jù)表單提取功能，管理過程、管理方案和管理效果可量化。⑧結(jié)果導(dǎo)向原則。評價體系中指標(biāo)項應(yīng)關(guān)注管理過程、方案和效果的結(jié)果，而非逐一梳理復(fù)雜系統(tǒng)的內(nèi)在邏輯聯(lián)系。⑨工具性原則。評價體系的指標(biāo)項要能承載效能評價作為完整性管理者的工具，實現(xiàn)評價后對癥下藥、精確施策。⑩引領(lǐng)性原則。從完整性管理者視角出發(fā)，疏解技術(shù)支持部門負擔(dān)、明確業(yè)務(wù)部門職責(zé)、輔助各級領(lǐng)導(dǎo)決策。

2.2 效能評價體系內(nèi)容與框架

據(jù)以上體系構(gòu)建原則與思路劃分5個方向，建立指標(biāo)體系：工作流程、實施方案、風(fēng)險層面、經(jīng)濟層面、管理層面。下設(shè)若干個層級對其提供支撐：工作流程統(tǒng)領(lǐng)完整性管理五步循環(huán)；實施方案側(cè)重油田各生產(chǎn)單位方案部署情況；風(fēng)險、管理和經(jīng)濟層面反映了管道完整性管理取得的實際收益。本文嚴格按照油田管理體系，對各個指標(biāo)要素進行分門別類標(biāo)記，為效能回溯和管理決策提供依據(jù)。該指標(biāo)體系關(guān)注運行期管道完整性管理，以系統(tǒng)工程為方法論，采取“預(yù)選、調(diào)研、驗證與改進”4個步驟，篩選并定義效能評價體系（見圖1）。

圖2為油氣田管道完整性管理效能評價指標(biāo)體系框架，該體系由3個層級指標(biāo)構(gòu)成，層次分析了管道完整性管理，系統(tǒng)反映了完整性管理效能。

本文提出的效能評分指標(biāo)體系避免了分析完整性管理復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)部邏輯聯(lián)系，以各要點各階段管理結(jié)果為導(dǎo)向，能夠科學(xué)、客觀地反映評價對象管道完整性管理效能現(xiàn)狀，對自我優(yōu)化起到良好的指導(dǎo)效用，最終實現(xiàn)如表1所示的效能評價目的。

表1 效能評價目的

（1）一級評價指標(biāo)。復(fù)雜系統(tǒng)有別于綜合系統(tǒng)，由于內(nèi)部邏輯關(guān)系存在隨時間無法存續(xù)、非線性、多因素等特點，無法通過傳統(tǒng)綜合系統(tǒng)的邏輯梳理方法將其固定。油氣田管道系統(tǒng)作為一個復(fù)雜系統(tǒng)，其輸送物理環(huán)境隨時間變化、完整性管理技術(shù)隨時間進步、完整性管理實施人員隨時間改變且管理結(jié)構(gòu)隨時間調(diào)整，故而評價體系建設(shè)將中間過程黑箱化處理。因此，本文將評價體系設(shè)置為“多投入-多產(chǎn)出”結(jié)構(gòu)，從管理流程和管理方案入手，提取效能數(shù)據(jù)作為完整性管理“投入指標(biāo)”與管理效果的“產(chǎn)出指標(biāo)”進行綜合評價。

（2）二級評價指標(biāo)。本文按完整性管理五步法對管理流程進行了劃分：數(shù)據(jù)采集和管理、高后果區(qū)和風(fēng)險評價、檢測評價、維修維護、效能評價；將管理方案劃分為了“一線一案、一區(qū)一案”和“區(qū)域防腐方案”；此外還包括風(fēng)險層面、管理層面和經(jīng)濟層面的相應(yīng)指標(biāo)要素。

（3）三級評價指標(biāo)。第三級評價指標(biāo)為完整性管理要素落地實施項。

3 評價工作流程與方法

3.1 工作流程

本文管道完整性管理效能評價流程嚴格依從企業(yè)標(biāo)準效能評價程序（見圖3）。評價流程為：明確評價目標(biāo)→明確評價范圍→選擇評價指標(biāo)→數(shù)據(jù)收集與處理→開展評價→結(jié)論分析→改進建議→編制報告。在“輸入”中，先根據(jù)年度完整性管理總體要求對本年度指標(biāo)進行審定，其間提取二級管理單位根據(jù)自身情況上報的目標(biāo)值情況；劃分評價區(qū)域或者管理單元，確定評價范圍；對選定的評價對象適度調(diào)整評價指標(biāo)項，劃定本次評價側(cè)重點；根據(jù)數(shù)據(jù)要求，通過專家打分獲得各指標(biāo)要素相應(yīng)分值，輸入“DEA模型”開展評價；管道完整性管理參與人員，將直觀了解評價對象效能情況，對下一年度管道完整性管理工作安排和效能評價目標(biāo)值進行對應(yīng)調(diào)整。

3.2 評價方法

本文采用 DEA方法進行評價。該方法是目前主流的效能評價方法［3,8］，可有效避免主觀因素，科學(xué)客觀分析復(fù)雜管理系統(tǒng)。該方法可以計算多個決策單元之間的相對有效性，即：可以分析多項投入指標(biāo)及產(chǎn)出指標(biāo)的線性規(guī)劃方法，通過比較相同類型的投入及產(chǎn)出指標(biāo)，最終得到評價對象的相對有效性。其計算公式如下：

式中：xij——第j個決策單元的第i個投入指標(biāo)值；yij——第j個決策單元的第i個產(chǎn)出指標(biāo)值；xij與yij均為已知變量，通過歷史調(diào)研或?qū)＜掖蚍值玫健?/p>

線性規(guī)劃方程求解min(θk)：

式中：Xj——投入指標(biāo)向量；Yj——產(chǎn)出指標(biāo)向量；Xk——第k個決策單元的投入矩陣；Yk——第k個決策單元的產(chǎn)出矩陣；θk——決策單元k的相對有效性及效能值；——第k個決策單元的松弛變量，表示完整性管理投入指標(biāo)和產(chǎn)出指標(biāo)的改進值；λkj——權(quán)重系數(shù)，可由評價單元工況條件或方案實施難度進行調(diào)整；Lk——投入指標(biāo)的下限值，Uk——產(chǎn)出指標(biāo)的上限值。上述計算通過Matlab語言編程實現(xiàn)。

3.3 評價結(jié)果與等級確定

為了使管道管理者對管道完整性管理效能的認識更加清晰，可采用100分制對管道完整性管理效能值打分。即：通過 DEA方法計算得到的評價單元的相對有效性乘以 100，得到該評價單元的完整性管理效能得分值A(chǔ)，可將得分值劃分為 5個等級：很好、好、一般、差、很差（見表2）。

表2 管道完整性管理效能值得分等級

（1）評估等級：很好。評估得分為 90～100分，管道完整性管理過程能嚴格按照相關(guān)規(guī)范管理，并能取得良好完整性管理效果，能保證管道安全運行。

（2）評估等級：好。評估得分為70～89分，管道完整性管理基本能按照相關(guān)規(guī)范管理，管道運行基本安全可靠。

（3）評估等級：一般。評估得分范圍為 50～69分，能一定程度按照管道完整性管理相關(guān)規(guī)范進行管理，需要進行完整性管理審查，進一步提高完整性管理效率。

（4）評估等級：差。評估得分為30～49分，管道完整性管理過程有一定漏洞或失誤，沒有嚴格按照管道完整性管理相關(guān)規(guī)范進行管理，需要自上而下進行自我審查。

（5）評估等級：很差。評估得分為 0～29分，管道完整性管理過程有重大漏洞或失誤，嚴重影響管道運行期的安全性，需要全面整治。

3.4 模擬案例分析

通過專家打分及現(xiàn)場調(diào)研情況，對圖2中二級指標(biāo)進行評分，然后計算一級指標(biāo)得分（見表3）。投入指標(biāo)中考慮了人力和財力投入，即人員投入、更新維護改造費用和檢測費用。利用 Matlab編寫了 DEA程序，將表3中的效能評價數(shù)據(jù)輸入到程序中，根據(jù) DEA方法計算得到各評價單元的相對有效性，并排序，根據(jù)表2中的效能等級劃分規(guī)則，判定各評價單元效能等級（見表4）。

表3 集輸管道完整性管理效能評價數(shù)據(jù)

表4 集輸管道完整性管理效能值

由表4和表5綜合得出，DMU2為 DEA有效，表明DMU2正處于最好的生產(chǎn)規(guī)模，DMU4為弱 DEA有效，表明 DMU4為技術(shù)有效，但是不一定規(guī)模有效，DMU1、DMU3和 DMU5為非 DEA有效，可通過改善投入或產(chǎn)出指標(biāo)效能值以提高效能。通過計算5個不同作業(yè)區(qū)的集輸管道完整性管理效能值可以看出，各作業(yè)區(qū)均處于較好的完整性管理狀態(tài)，且管道完整性管理過程能嚴格按照相關(guān)規(guī)范管理，并能取得良好完整性管理效果，能保證管道安全運行。由表5，DMU4中投入指標(biāo)中更新維護改造費用的松弛變量（改進值）為700×104元/a，可考慮在下一年度降低更新維護改造費用，以提高完整性管理效率。

表5 集輸管道完整性管理各評價單元松弛變量值

4 結(jié)論

本文依據(jù)國內(nèi)外相關(guān)完整性管理規(guī)范，結(jié)合國內(nèi)油田實際情況，提出了一套針對油田區(qū)域特點的管道完整性管理效能評價指標(biāo)體系構(gòu)建方法，建立了包含5個維度的管道完整性管理效能評價三級指標(biāo)體系，所建立的指標(biāo)體系能夠科學(xué)、客觀地反映評價對象管道完整性管理效能現(xiàn)狀。

通過對中國石油某油田數(shù)個二級生產(chǎn)單位歷史數(shù)據(jù)的提取，采用專家打分法對指標(biāo)進行了量化。運用 DEA方法計算了各決策單元的相對有效性，驗證了所建立的指標(biāo)體系的合理性和科學(xué)性，效能評價結(jié)果和審核結(jié)果滿足相互比證關(guān)系。此次評價指出了效能不足項，為完整性管理工作整改提供了依據(jù)，提高了完整性管理的工作效率。

效能評價體系由層次分析獲得，預(yù)留了足夠空間對接數(shù)字化油田公司效能評價業(yè)務(wù)，可通過相關(guān)性分析建立各生產(chǎn)單位自身獨特的分析圖譜并獲取指標(biāo)權(quán)重來實現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上結(jié)合本文中的 DEA效能算法，得到基于大數(shù)據(jù)的效能評價分析結(jié)果。

管道完整性管理效能評價體系是衡量管道運營單位完整性管理效能情況的重要方法，可滿足管道管理單位“風(fēng)險受控、安全運行、降本增效”的要求，同時促進資源高效利用，形成完整性管理閉環(huán)?；?DEA的管道完整性管理效能評價具有較強的操作性，管道運營在不斷運用的過程中，該效能評價體系中各級評價指標(biāo)仍然需要隨管理水平、技術(shù)實踐的進步而不斷完善和調(diào)整。