基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的鉆井作業(yè)危害因素交叉影響研究

張福蕾

(中石化安全工程研究院有限公司，山東青島 266104)

0 前言

鉆井作業(yè)是上游勘探開發(fā)中的重要一環(huán)，是一種高風(fēng)險(xiǎn)、高投入和技術(shù)水平要求高的特殊作業(yè)[1-3]，并且鉆井作業(yè)事故時(shí)常發(fā)生。

評價(jià)危害因素對鉆井作業(yè)安全影響的研究方法很多，李海宏[4]通過模糊評判法評價(jià)鉆井作業(yè)過程危害的強(qiáng)度；劉天佳，等[5]利用模糊層次分析法對鉆井事故進(jìn)行危害因素分析；譚露，等[6]使用灰色聚類評價(jià)法研究鉆井危害因素影響的強(qiáng)弱。這些研究人員們采用的方法有一定的局限，存在主觀因素影響大、不能描述危害因素之間關(guān)系等問題。

基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型[7-11]研究鉆井作業(yè)危害因素的交叉影響，通過網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型分析危害因素間的影響層次、關(guān)系和影響程度，可以提升鉆井作業(yè)安全措施制定的針對性。

1 鉆井作業(yè)危害因素指標(biāo)體系

1.1 主要風(fēng)險(xiǎn)分析

鉆井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)類型多，各個(gè)階段對鉆井人員產(chǎn)生的健康安全危害也不同，鉆井作業(yè)存在的主要風(fēng)險(xiǎn)有井噴、中毒、高壓傷害、高空落物、火災(zāi)爆炸、物體打擊、觸電等，主要風(fēng)險(xiǎn)分析情況見表1。

表1 鉆井作業(yè)的主要風(fēng)險(xiǎn)分析

1.2 危害因素指標(biāo)體系建立

針對鉆井作業(yè)的主要風(fēng)險(xiǎn)特征，從人、物、環(huán)境和管理4個(gè)方面對致使鉆井作業(yè)安全事故發(fā)生的危害因素進(jìn)行匯總分析，基于系統(tǒng)性和可操作性原則建立鉆井作業(yè)危害因素指標(biāo)體系，包含15個(gè)危害因素指標(biāo)，指標(biāo)體系構(gòu)成見表2。

表2 鉆井作業(yè)危害因素指標(biāo)體系

1.3 危害因素的交叉影響

鉆井作業(yè)過程某一危害因素會(huì)受到其他危害因素不同程度的交叉影響，各種危害因素的交叉影響增加了危害產(chǎn)生的可能性。

同類危害因素間產(chǎn)生交叉影響的概率較大(圖1)，如鉆井作業(yè)過程中，人員身體素質(zhì)或心理素質(zhì)不能滿足鉆井作業(yè)的要求時(shí)，人員違章作業(yè)的概率會(huì)增加。

圖1 鉆井作業(yè)同類危害因素交叉影響示意

若兩類危害因素來自不同的危害因素類型，危害因素間的交叉影響容易被忽視，如鉆井作業(yè)環(huán)境存在的問題會(huì)引起作業(yè)人員的身體素質(zhì)下降。兩類危害因素的交叉影響見圖2。

圖2 鉆井作業(yè)兩類危害因素交叉影響示意

危害因素的種類越多，影響發(fā)生的概率越小，但通常產(chǎn)生的后果越大。如鉆井作業(yè)現(xiàn)場巡查不到位，易導(dǎo)致現(xiàn)場個(gè)體防護(hù)用品和安全設(shè)施配備不完善，作業(yè)人員交底走形式，也不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)作業(yè)人員的鉆井安全知識缺失等問題，最終引起不可控的事故事件發(fā)生。多類危害因素的交叉影響見圖3。

圖3 鉆井作業(yè)多類危害因素交叉影響示意

2 鉆井作業(yè)危害因素貝葉斯網(wǎng)絡(luò)建模

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)利用條件概率分布反映變量間的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度，能較好地描述鉆井作業(yè)過程危害因素間的交叉影響，通過構(gòu)建危害因素交叉影響的評價(jià)模型來分析危害因素的影響情況。

2.1 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)基本理論

2.1.1 條件概率

條件概率指有附加條件下事件發(fā)生的概率。條件概率公式為式(1)：

(1)

式中：A——事件A；

B——事件B；

P——事件發(fā)生的概率，%；

P(B|A)——事件A條件下事件B發(fā)生的概率。

2.1.2 先驗(yàn)概率

Ai是樣本空間中的隨機(jī)事件，通過歷史數(shù)據(jù)分析等方法獲取事件Ai發(fā)生的概率，稱為先驗(yàn)概率。

2.1.3 后驗(yàn)概率

利用采集的實(shí)際數(shù)據(jù)修正P(Ai)，得到事件B條件下事件Ai發(fā)生的概率P(Ai|B)，可將P(B|A)稱為后驗(yàn)概率。后驗(yàn)概率隨樣本數(shù)據(jù)變化而變化，可變?yōu)樾碌南闰?yàn)概率，新的先驗(yàn)概率可再變?yōu)樾碌暮篁?yàn)概率，概率值會(huì)重復(fù)更新。

2.1.4 全概率公式

(2)

式中：i——1，2，……，n。

式(2)中P(B)不易直接獲得，而P(Ai)和P(B|Ai)相對容易求取，因此P(B)一般由全概率公式計(jì)算得到。

2.1.5 貝葉斯公式

(3)

式中：j——1，2，……，n。

式(3)為貝葉斯公式，由此可得到事件B條件下事件Ai發(fā)生的概率P(Ai|B)。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖4，子節(jié)點(diǎn)為事件B，父節(jié)點(diǎn)為事件Ai。

圖4 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意

2.2 危害因素貝葉斯網(wǎng)絡(luò)建模過程

鉆井作業(yè)危害因素貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的建模過程為：①貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型變量定義。定義鉆井作業(yè)危害因素貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)變量，即危害因素指標(biāo)體系確定的 15 個(gè)指標(biāo)作為研究鉆井作業(yè)危害交叉的變量。②貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)。通過考慮鉆井作業(yè)15個(gè)危害因素間的交叉影響，學(xué)習(xí)構(gòu)建符合鉆井作業(yè)研究需要的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。③貝葉斯網(wǎng)絡(luò)參數(shù)學(xué)習(xí)?；阢@井作業(yè)危害因素?cái)?shù)據(jù)的收集統(tǒng)計(jì)，得到貝葉斯網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)條件概率的分布情況。

3 鉆井作業(yè)危害因素交叉影響評價(jià)

3.1 危害因素交叉影響層次模型

通過建立的鉆井作業(yè)危害因素貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型分析危害因素間可能的交叉影響，得到危害因素交叉影響層次模型(圖5)。利用交叉影響層次模型，可從不同層次研究鉆井作業(yè)過程危害因素的影響程度。

圖5 危害因素交叉影響層次模型

3.1.1 里層影響層的危害因素

里層影響層的危害因素沒有直接導(dǎo)致鉆井事故事件發(fā)生，但會(huì)持續(xù)影響鉆井全過程的安全狀態(tài)。

“鉆井人員綜合素質(zhì)”不足將減弱鉆井安全知識的培訓(xùn)效果和影響人員崗位知識技能的儲備，也會(huì)增加違章情況發(fā)生的概率。

“鉆井方案”存在安全措施不全面、鉆進(jìn)流程不正確、崗位分工不合理等問題時(shí)，將導(dǎo)致崗位安全職責(zé)不明確，人員無法履職盡責(zé)，鉆井現(xiàn)場的監(jiān)護(hù)巡查、作業(yè)環(huán)境和鉆井的安全設(shè)備設(shè)施也無法得到有效的保障。

3.1.2 間接作用層的危害因素

間接作用層的危害因素對直接致因?qū)雍妥鳂I(yè)防護(hù)層的危害因素產(chǎn)生重要作用，交叉影響的關(guān)系也比較復(fù)雜。

“鉆井地區(qū)氣候條件”主要作用鉆井作業(yè)環(huán)境而影響鉆井安全，因?yàn)殂@井在野外作業(yè)，高溫、嚴(yán)寒、大風(fēng)、雨雪等惡劣天氣將極大地影響野外作業(yè)人員的人身安全和健康狀況。

“鉆井安全職責(zé)”既很大程度地作用同層的鉆井作業(yè)交底，也作用到鉆井崗位知識技能，是鉆井責(zé)任制度完善與否的體現(xiàn)，而鉆井相關(guān)人員的盡職盡責(zé)是安全作業(yè)的基本保證。

“鉆井作業(yè)交底”作用于鉆井崗位知識技能、人員違章和鉆井安全知識等人的危害因素類型，是增強(qiáng)崗位知識技能和作業(yè)安全知識的重要途徑，有效的作業(yè)交底也能預(yù)防違章現(xiàn)象的發(fā)生。

“鉆井現(xiàn)場監(jiān)護(hù)巡查”作用的危害因素多達(dá)7個(gè)，幾乎覆蓋直接致因?qū)雍妥鳂I(yè)防護(hù)層的危害因素，說明鉆井作業(yè)過程的監(jiān)護(hù)巡查對保障鉆井安全極其重要。

3.1.3 直接致因?qū)拥奈：σ蛩?/p>

直接致因?qū)拥奈：σ蛩卮嬖趩栴}將直接導(dǎo)致事故事件的發(fā)生。

該層危害因素包含了人員、油氣介質(zhì)、設(shè)備和環(huán)境等方面，說明鉆井作業(yè)安全工作是一項(xiàng)全方位的工作，為避免產(chǎn)生嚴(yán)重后果，不能輕視鉆井任何一個(gè)流程的安全管理。

3.1.4 作業(yè)防護(hù)層的危害因素

作業(yè)防護(hù)層的危害因素可以預(yù)防事故事件的發(fā)生，也可在事故事件發(fā)生時(shí)保護(hù)人員安全。

該層危害因素存在問題將導(dǎo)致危害的發(fā)生，并增強(qiáng)危害的結(jié)果，甚至使危害達(dá)到不可控的程度，其中“鉆井安全知識”也是影響人員違章發(fā)生的因素之一。只有落實(shí)多種作業(yè)防護(hù)措施，才能保證作業(yè)防護(hù)到位。

3.2 危害因素交叉影響評價(jià)結(jié)果

通過危害因素貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型評價(jià)某鉆井作業(yè)過程，得到危害因素的影響結(jié)果數(shù)據(jù)見表3，危害因素的綜合影響結(jié)果為25%。

表3 某鉆井作業(yè)危害因素影響結(jié)果 %

按照最低合理可行(ALARP)原則判定危害的可接受性，針對危害因素的影響結(jié)果采取3種級別的應(yīng)對方式，見表4。

危害因素的綜合影響結(jié)果為25%，表明作業(yè)整體處于可接受狀態(tài)。但“鉆井作業(yè)現(xiàn)場監(jiān)護(hù)巡查”和“人員違章”影響結(jié)果為30%以上的不可接受狀態(tài)，這兩個(gè)危害因素極有可能將是造成作業(yè)事故發(fā)生的原因，需要采取主要的應(yīng)對措施。另外有7個(gè)危害因素影響結(jié)果較高，處于基本安全狀態(tài)，特別是“鉆井安全職責(zé)”和“鉆井安全知識”的影響結(jié)果在20%以上，這些危害因素也應(yīng)采取一定的安全控制措施。

分析危害因素的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)結(jié)果可知，鉆井作業(yè)處于危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)，最嚴(yán)重的交叉影響關(guān)系是“鉆井方案”-“鉆井現(xiàn)場監(jiān)護(hù)巡查”-“人員違章”這一鏈條，因此應(yīng)在鉆井方案中明確鉆井各環(huán)節(jié)的安全措施和職責(zé)分工，保證現(xiàn)場監(jiān)護(hù)巡查的人員、技術(shù)和裝備等資源支持，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正作業(yè)人員的違章行為，增強(qiáng)鉆井作業(yè)的安全管控?！般@井現(xiàn)場監(jiān)護(hù)巡查”也是鉆井作業(yè)影響最廣、最強(qiáng)烈的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其不僅影響直接致因?qū)?，還對“個(gè)體防護(hù)用品配備”等作業(yè)防護(hù)層產(chǎn)生比較大的影響。

4 結(jié)論

a) 通過分析鉆井作業(yè)的主要風(fēng)險(xiǎn)，確定了風(fēng)險(xiǎn)的基本特征和易受傷害的人員?；陲L(fēng)險(xiǎn)分析梳理了鉆井作業(yè)的危害因素，建立了危害因素指標(biāo)體系，包含人、物、環(huán)境和管理等4大類共15項(xiàng)指標(biāo)，并得到了同類、兩類、多類危害因素間的交叉影響形式。

b) 基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型的基本理論和建模步驟建立了鉆井作業(yè)危害因素交叉影響的評價(jià)模型。

c) 通過模型分析了鉆井作業(yè)危害因素的影響層次和關(guān)系，得到了危害因素的影響結(jié)果，利用數(shù)據(jù)分析了因素間交叉影響的程度。建立的模型也為鉆井現(xiàn)場交叉作業(yè)場景下危害因素間的影響研究提供基礎(chǔ)，可進(jìn)一步研究交叉作業(yè)時(shí)危害因素的影響關(guān)系。