鉆井試油環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控系統(tǒng)搭建

周鋆 舒暢 賀吉安 蔣學(xué)彬 張敏 彭鑫

（1. 中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司安全環(huán)保質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院，四川 德陽 618000；2. 中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司，四川 成都 610000）

1 引言

由于石油天然氣的大規(guī)模開發(fā)，鉆井試油工程隊(duì)伍多，作業(yè)分布廣，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)類型復(fù)雜，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)突出，易發(fā)生環(huán)境污染事故和環(huán)境糾紛，是安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)防控的重點(diǎn)。特別是川渝地區(qū)河流眾多、人口密集，西北地區(qū)生態(tài)脆弱、水源缺乏，作業(yè)區(qū)域環(huán)境極其敏感，加強(qiáng)作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境管理與風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別成為環(huán)境監(jiān)管的迫切要求。

目前鉆井試油現(xiàn)場的環(huán)境信息主要采取手工填報(bào)的方式，環(huán)保管理人員獲取信息滯后，不能及時(shí)了解現(xiàn)場情況，無法對現(xiàn)場的環(huán)境管理作出及時(shí)、有效的指導(dǎo)。同時(shí)現(xiàn)場環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的判定主要依靠環(huán)保管理人員的經(jīng)驗(yàn)，主觀性較強(qiáng)，缺乏科學(xué)的計(jì)算過程［1］。因此，開發(fā)一套具有環(huán)境信息統(tǒng)計(jì)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估功能的軟件是實(shí)現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境管理與風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的有效途徑。

2 研究目標(biāo)

針對鉆井試油現(xiàn)狀，建立完善一個(gè)集地理位置、敏感區(qū)域、日常生產(chǎn)作業(yè)動(dòng)態(tài)運(yùn)行及環(huán)保措施、環(huán)境監(jiān)測等的數(shù)據(jù)庫及軟件，可及時(shí)上傳現(xiàn)場環(huán)境信息，環(huán)境管理人員通過該軟件可掌握現(xiàn)場環(huán)境情況，對現(xiàn)場作出有效指導(dǎo)。同時(shí)通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析與評估，形成鉆井試油現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分級，作為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管控和環(huán)境監(jiān)理技術(shù)支持，指導(dǎo)作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境管理和環(huán)境監(jiān)理監(jiān)察。通過該系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)節(jié)約人力資源，提高環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控和監(jiān)理監(jiān)察效率，有效控制環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的目標(biāo)。鉆井試油環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控系統(tǒng)功能見圖1。

圖1 鉆井試油環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控系統(tǒng)功能

3 主要研究內(nèi)容

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，主要開展了以下研究：（1）開展鉆井試油現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)理，識(shí)別現(xiàn)場環(huán)境信息，篩選本系統(tǒng)的重點(diǎn)關(guān)注點(diǎn)；（2）確定主要的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，研究鉆井試油環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)因子及模型；（3）開發(fā)鉆井試油作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境信息采集端，可將現(xiàn)場錄入的數(shù)據(jù)同步至指定節(jié)點(diǎn)；（4）開發(fā)鉆井試油作業(yè)環(huán)境中心管理平臺(tái)，對采集端上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、管理決策。

3.1 系統(tǒng)需求

3.1.1 環(huán)境信息管理

為確定環(huán)境信息管理的重點(diǎn)，對四川、內(nèi)蒙古等多個(gè)鉆井試油現(xiàn)場開展了環(huán)境監(jiān)理檢查［2］，根據(jù)監(jiān)理結(jié)果，重點(diǎn)關(guān)注廢水管理、固廢管理、清潔生產(chǎn)、臺(tái)賬管理等。

3.1.2 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

該模塊根據(jù)鉆井試油情況以及現(xiàn)場填報(bào)的信息，按照預(yù)定的模型對現(xiàn)場的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評價(jià)［3-4］。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別模型見圖2。

圖2 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別模型

根據(jù)鉆井試油基本情況、作業(yè)工況、管控水平和外部環(huán)境進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)［5-8］。

（1）基本情況包括區(qū)塊構(gòu)造、層位、井深，每個(gè)因素根據(jù)其具體情況再進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化。

（2）作業(yè)工況包括鉆井、壓裂、試修，其中鉆井又分為186 個(gè)工序，壓裂分為53 個(gè)工序，試修分為133 個(gè)工序。

（3）管控水平由鉆機(jī)型號、工藝、危廢貯存量、廢棄物存儲(chǔ)量組成。

概率后綴樹[3]本質(zhì)上是一個(gè)變階馬爾科夫模型。概率后綴樹用于描述一個(gè)序列集合的概率特征，樹上的每一條邊用交易序列中的一個(gè)交易表示，樹的節(jié)點(diǎn)用交易序列標(biāo)記。根節(jié)點(diǎn)概率是交易集合中每個(gè)交易的無條件概率，其他節(jié)點(diǎn)的概率是該節(jié)點(diǎn)的標(biāo)記交易序列的下一個(gè)交易出現(xiàn)的條件概率。下一個(gè)交易出現(xiàn)的概率是通過訓(xùn)練過程中交易出現(xiàn)的相對頻率得到的。

（4）外部環(huán)境考慮特殊保護(hù)區(qū)、社會(huì)關(guān)注區(qū)、特征敏感區(qū)，再細(xì)化為自然保護(hù)區(qū)、居民聚居區(qū)、養(yǎng)殖場等。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研情況、工作經(jīng)驗(yàn)及專家打分，給予上述因子賦值，計(jì)算各鉆井試油現(xiàn)場的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，在中心管理平臺(tái)上進(jìn)行顯示。

3.2 系統(tǒng)開發(fā)

該系統(tǒng)基于鉆井試油已有的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，分為采集端和中心管理平臺(tái)，采集端可實(shí)現(xiàn)鉆井試油現(xiàn)場的信息收集、輸入，并將數(shù)據(jù)上傳至相應(yīng)節(jié)點(diǎn)，中心管理平臺(tái)可同步采集端上傳的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、評估決策［9-10］。

3.2.1 現(xiàn)場采集端開發(fā)

該系統(tǒng)在現(xiàn)有填報(bào)軟件中嵌入了一個(gè)新模塊——環(huán)境管理，在該模塊中可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場環(huán)境信息的填報(bào)及上傳，主要包含以下功能。

（1）井場基本信息填寫

通過該模塊填報(bào)井場的基本情況，如清潔生產(chǎn)情況、環(huán)保設(shè)施配置等，部分?jǐn)?shù)據(jù)通過鉆井和試修所填數(shù)據(jù)提取得到。

（2）敏感點(diǎn)信息填寫

該模塊主要錄入井場周圍的環(huán)境敏感點(diǎn)，用于系統(tǒng)對現(xiàn)場的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估。

（3）環(huán)保信息填寫

該模塊用于填寫入井液類型、用電類型、用水量、廢棄物產(chǎn)生處理情況，便于環(huán)境管理人員及時(shí)了解現(xiàn)場的基本環(huán)保信息。

（4）環(huán)境檢查與整改

記錄地方政府、集團(tuán)公司等對井場進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)的環(huán)保問題，并上傳檢查后的整改情況。

（5）其他信息

主要用于記錄能源消耗情況等環(huán)保相關(guān)的其他信息。

3.2.2 中心管理平臺(tái)開發(fā)

中心管理平臺(tái)主要由環(huán)保部門管理人員和監(jiān)理檢查人員使用，該系統(tǒng)可同步現(xiàn)場采集端填寫的數(shù)據(jù)，及時(shí)了解現(xiàn)場環(huán)境信息情況，并對其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)管理，主要可實(shí)現(xiàn)以下功能。

（1）信息查看統(tǒng)計(jì)

用于查看現(xiàn)場填報(bào)的各種環(huán)境信息，如入井液、用水情況、廢棄物產(chǎn)生處理情況、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)等，并對其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，為開展環(huán)保監(jiān)督檢查、管理決策提供依據(jù)。

（2）環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分級評估

根據(jù)矩陣法，建立了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分級評估模型，結(jié)合本井的基本情況、作業(yè)工況、敏感點(diǎn)信息和環(huán)保信息，每天對該井環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級進(jìn)行綜合評價(jià)。同時(shí)可以查看詳細(xì)評估數(shù)據(jù)的明細(xì)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的歷史評估等。通過該模塊可了解各井場的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)情況，便于后續(xù)開展現(xiàn)場檢查及制定對應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施。

（3）環(huán)境監(jiān)理檢查

環(huán)境監(jiān)理人員在此模塊填報(bào)對鉆井試油現(xiàn)場檢查的結(jié)果、問題跟蹤整改情況等。

（4）文件管理

通過該模塊可以上傳井隊(duì)環(huán)?；A(chǔ)資料、相關(guān)法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)章制度等，現(xiàn)場人員可下載查看文件，學(xué)習(xí)相關(guān)的環(huán)保知識(shí)。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

該系統(tǒng)開發(fā)完成后在X 井鉆井現(xiàn)場開展了試驗(yàn)應(yīng)用，該井位于丘陵區(qū)域，屬于農(nóng)村地區(qū)，周邊以農(nóng)田為主。

系統(tǒng)應(yīng)用期間，現(xiàn)場人員通過采集端填報(bào)現(xiàn)場的環(huán)境信息，包括清潔生產(chǎn)情況、環(huán)境敏感點(diǎn)、廢水產(chǎn)生及處理情況、固廢產(chǎn)生及拉運(yùn)情況等。環(huán)境管理人員通過中心管理平臺(tái)查看現(xiàn)場填報(bào)的環(huán)境信息，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)每日填報(bào)的固廢、廢水情況統(tǒng)計(jì)該井的總體情況。

該系統(tǒng)每日根據(jù)該井的基本信息、填報(bào)的環(huán)境信息、周邊敏感點(diǎn)等，按照事先建立的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估模型，自動(dòng)對現(xiàn)場當(dāng)日的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估，得出評估結(jié)論，風(fēng)險(xiǎn)等級分為一般、較大、重大環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。環(huán)境管理人員可查看該井每日的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級、評估依據(jù)、每個(gè)評價(jià)因子的詳細(xì)得分，了解該井環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的具體來源，制定有針對性的風(fēng)險(xiǎn)管控措施，降低該井的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，減少發(fā)生環(huán)境事件的概率。

5 結(jié)語

鉆井試油環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控與環(huán)境監(jiān)理決策系統(tǒng)可錄入上傳各現(xiàn)場的環(huán)境信息，方便相關(guān)單位及時(shí)了解現(xiàn)場環(huán)境情況，實(shí)現(xiàn)對作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境信息的及時(shí)掌握，實(shí)時(shí)跟蹤，并對其進(jìn)行決策。同時(shí)該系統(tǒng)通過特定的模型算法，可自動(dòng)判定環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，為環(huán)境管理人員的環(huán)境決策提供依據(jù)，最終形成一種現(xiàn)場環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)管模式，指導(dǎo)現(xiàn)場環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控、隱患整治，有效地指導(dǎo)鉆井試油作業(yè)環(huán)境管理，降低環(huán)境事件發(fā)生概率，防止破壞生態(tài)環(huán)境。