石油钻井行业清洁生产评价体系研究

刘丽娜，李梦隐

（1.新疆正天华能环境工程技术有限公司，新疆乌鲁木齐830011；2.浙江大学工程学系，浙江杭州310007）

石油钻井行业清洁生产评价体系研究

刘丽娜1，李梦隐2

（1.新疆正天华能环境工程技术有限公司，新疆乌鲁木齐830011；2.浙江大学工程学系，浙江杭州310007）

新疆地处干旱区，生态环境脆弱，就油田开发生产而言，会产生污水、废渣、落地油处理和原油回收等技术问题。钻井过程为整个石油开发过程中最重要、最复杂、施工作业时间较长、能耗最大的关键生产环节，使用的钻井液和产生的泥浆都会对环境产生污染。选取钻井作业进行分析，建立一套适合油田钻井行业特点，具有科学性、系统性、激励性、规范性，且符合当前环境管理水平的清洁生产评估指标体系，对于当前石油勘探开发行业推进实施清洁生产具有十分重要的意义。

清洁生产评价；石油钻井业；评价指标；层次分析

1 清洁生产评价指标建立依据和程序

现在已经建立清洁生产技术规范的行业，其指标均依据国家的法律法规而建立。总的来说，是从生产工艺、资源能源利用、污染物产生、废弃物回收利用、环境管理这五大指标在该行业中的污染物控制标准进行初步确定的。没有建立行业技术规范的则参考国家或行业标准、法律法规以及参考行业专家的意见来制定。

清洁生产评价指标建立依据一般包括：《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国清洁生产促进法》、《中华人民共和国水污染防治法》、《中华人民共和国大气污染防治法》、《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》等。

针对不同的行业，依据已有的国家标准、行业标准等，如果没有这些标准则采取咨询专家的方法来建立。不同行业有不同的污染物排放标准，而且选取的子指标也不同，一般可参考各行业环境影响评价中的依据。清洁生产定量评价程序见图1。分析、方案预评估、环境经济损益分析等。类比项目参考指标主要源于行业标准、行业先进水平或实测、考察等调研资料。

清洁生产评价指标的原始数据主要源于生产现状

考虑到石油天然气开采业的特点，指标体系设定的正确与否，关系到评价工作全过程的科学性和可操作性。借鉴石油天然气开采业标准及专家意见等，将石油天然气开采业清洁生产指标分为以下5个方面[1]：

——工艺与装备要求指标；

——资源能源利用指标；

——污染物产生指标；

——废物回收利用指标；

——环境管理指标。

2 修井作业生产流程产污过程分析

石油修井作业是石油工程的主要组成部分之一，石油修井作业是石油开采和生产过程中最主要的工程。其主要工程包括：试油、中途测试、工程测试、小修、射孔、大修、侧钻、封串、压裂、酸化、防砂、堵水、调剖、解堵等。

修井作业过程产生的废水、废气、废渣及噪声等可导致对生态环境、大气环境、水环境或土壤环境等的不良影响或危害。产生的污染物见表1。因此，要尽快对石油行业实施清洁生产审核，找出能耗高、污染大的环节，进行治理，从而减少对环境的污染和破坏。达到资源利用和环境保护的可持续发展。

表1 修井作业过程中可能产生的污染物

3 清洁生产综合评价

研究建立的石油钻井行业清洁生产评价指标体系主要包括3个层次：

——目标层；

——准则层；

——指标层。

其中指标层又根据各指标的性质，对指标进行分解，在指标层的基础上分解出指标分解层。该指标体系的目标层为钻井企业清洁生产水平。准则层共包括5个系统。指标层共包括19个指标。指标体系结构表见表2。

表2 石油修井行业清洁生产评价指标体系结构表

该指标体系的建立，可以对油田钻井行业进行清洁生产审核提供依据，是清洁生产审核预评估、评估的基础；是建立指标权重的基础，从而能够进行石油修井行业清洁生产综合评价。

用模糊数学方法进行清洁生产评价和分析，关键在于确定模糊关系矩阵中评价因素隶属度和评价因素权重系数。由于清洁生产系统结构有层次划分，需至少考虑进行二级评价。

——一级评价：进行子系统评价，将系统要素作为评价因素；

——二级评价：进行母系统评价，将子系统作为评价因素。

确定隶属度和权重一般采用专家咨询打分的方法。

（1）隶属度。

列出一张系统要素与评价水平等级对应关系咨询表，让参加咨询的每位专家进行唯一对应结果选择，然后按各个要素，统计每种等级选择结果的概率，以此作为该要素隶属度。经一级评价得出的子系统评价结果可作为二级评价中评价因素的隶属度。

（2）权重。

权重也叫功效系数。首先列出评价因素相对重要性判断矩阵表，由专家进行相对重要性标度，然后采用AHP方根法计算判断矩阵特征向量，经一致性检验，确认收敛后，以此作为评价因素的相对权重。

对企业进行清洁生产评价是衡量企业生产状态和水平，促进企业推行清洁生产的必要措施。在对清洁生产系统分析基础上，试用模糊数学综合评价方法进行企业清洁生产水平的宏观评价。

在日常生活中，无论是产品质量的评级，科技成果的鉴定，还是干部、学生的评优等，都属于评判的范畴。如果考虑的因素只有一个，评价就很简单，只要给对象一个评价分数，按分数的高低，就可将评判的对象排出优劣的次序。但是一个事物往往具有多种属性，评价事物必须同时考虑各种因素，这就是综合评价的问题。由于在许多问题上，对事物的评价常常带有模糊性，因此，应用模糊数学的方法进行综合评判将会取得更好的实际效果。

在此选用的数学模型为层次分析（AHP），即利用层次分析法确定指标权重。层次分析法为这类问题的决策和排序提供了一种新的、简洁而实用的建模方法。它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。

4 AHP模型基本步骤[2-4]

4.1 建立层次结构模型

在深入分析所面临的问题之后，将问题中所包含的因素划分为多个不同层次，并用框图形式说明层次的递阶结构与因素的从属关系，一般可将所要研究的问题划分为3个基本层次：

——最高层（目标层A）：表示解决问题的目的，即层次分析要达到的总目标。

——中间层（策略层、约束层、准则层B）：表示采取各种措施、政策、方案等来实现预定总目标所涉及的中间环节，中间层一般又可分为策略层、约束层、准则层等，视所要解决的问题而定。

——最低层（指标层C）：表示要选用的解决问题的各种措施、政策、方案等。

在层次模型中，用作用线标明上一层次因素同下一层次因素之间的联系。如果某个因素与下一层次所有因素均有联系，则称这个因素与下一层次存在着完全层次关系。如目标层A与准则层因素B的关系即属完全层次关系。而经常存在不完全层次关系，即某个因素仅与下一层次中的部分因素有联系，如准则层B1，B2，B3与指标层因素 C11，C12，C32关系即为不完全层次关系。层次之间可以建立子层次，子层次从属于主层次中某个因素，它的因素与下一层次的因素有联系，但不形成独立层次[5]。

4.2 构造判断矩阵

任何系统分析都以一定的信息为其础，层次分析的信息基础主要是人们对于每一层次中各因素相对重要性给出的判断，这些判断通过引入合适的标度数值表示出来，写成判断矩阵[6]。判断矩阵表示针对上一层次某因素，本层次与之有关因素之间相对重要性的比较。假定 A层因素与下一层次中 B1，B2…Bn有联系，所构造的判断矩阵一般取如下形式：

在层次分析中，为了使判断定量化，形成上述数值判断矩阵，通常采用表3中所表示的标度方法。

表3 判断矩阵标度及其含义

4.3 层次单排序及其一致性检验

判断矩阵 A的特征根问题 AW＝λmaxW的解W，经归一化后即为同一层次相应因素对于上一层次某因素相对重要性的排序权值，这一过程即较为层次单排序[7]。

单层次排序计算问题可归结为计算判断矩阵的最大特征根及其特征向量问题。

为此，需要进行判断矩阵的一致性检验。

一致性检验的步骤如下：

第一步，计算一致性指标C.I.（cinsistency index）

第二步，查表确定相应的平均随机一致性指标R.I.（random index），根据判断矩阵不同阶数查下表，得到平均随机一致性指标R.I.（见表4）。

表4 平均一致性指标

第三步，计算一致性比例C.R.(consistency ratio)并进行判断。

当C.R.＜0.1时，认为判断矩阵的一致性是可以接受的；

当C.R.＞0.1时，认为判断矩阵不符合一致性要求，需要对该矩阵进行重新修正。

4.4 层次总排序

计算同一层次所有因素对于最高层（总目标)相对重要性的排序权值，称为层次总排序。这一过程是最高层次到最低层次逐层进行的。

4.5 层次总排序的一致性检验

总排序是指每一个判断矩阵各因素针对目标层（最上层）的相对权重。这一权重的计算采用从上而下的方法，逐层合成。很明显，第二层的单排序结果就是总排序结果。

假定已经算出第k-1层m个元素相对于总目标的权重W(k-1)=（W1(k-1)，W2(k-1)，…，Wn(k-1)）T，第k层n个元素对于上一层（第k层）第j个元素的单排序权重是Pj(k)=（P1j(k)，P2j(k)，…，Pnj(k)）T，其中不受j支配的元素的权重为零。令P(k)=（P1(k)，P2(k)，…，Pn(k)），表示第k层元素对第k-1层个元素的排序，则第k层元素对于总目标的总排序为[8，9]：

同样，也需要对总排序结果进行一致性检验。假定已经算出针对第k-1层第j个元素为准则的C.I.j(k)、R.I.j(k)和 C.R.j(k)，j=1，2，…，m，则第 k 层的综合检验指标

当C.R.(k)＜0.1时，认为判断矩阵的整体一致性是可以接受的。

5 修井作业清洁生产评价指标体系的权重确定

5.1 专家判断权重确定（以1个为例）（表5～表8）

表 5 A-B1～5判断矩阵

λmax=5.0854，C.I.=0.0213，C.R.=0.0191＜0.10，通过一致性检验。

特征向量归一化后为［0.037 7，0.256 0，0.233 8，0.199 5，0.273 0］。

表 6 B1-C11～C15判断矩阵

λmax=5.073，C.I.=0.018，C.R.=0.016＜0.10，通过一致性检验。

特征向量归一化后为［0.263，0.475，0.055，0.090，0.110］。

表 7 B3-C31～C32判断矩阵

λmax=2.00，C.I.=0.00，C.R.=0.00＜0.10，通过一致性检验。

特征向量归一化后为［0.500，0.500］。

表 8 B5-C51～C54判断矩阵

λmax=4.06，C.I.=0.020 2，C.R.=0.022 5＜0.10，通过一致性检验。

特征向量归一化后为［0.246 3，0.203 6，0.203 6，0.346 5］。

通过以上步骤，可以计算出由一位专家分值确定的各个层次指标的分项权重。然而由于权重的确定涉及行为科学：不同人，由于所从事的专业、所处环境、所积累的经验各不相同，对相同事件会有不同观点，给出不同权重。如果仅采用个别人的观点，会存在较大的片面性，且缺乏说服力。因此将50名专家的打分结果进行统计，每一份进行层次单排序计算都得到相应的特征向量，将所有数据进行汇总得到对应于分项目标的权重值，然后再进行层次总排序，得到各项指标总排序权重，这是相对于整个评价体系的权重值（见表9）。

6 结论与展望

实施清洁生产是从根本上解决石油修井行业发展和环境保护问题的重要手段。井下作业主要生产特点是作业施工点多面广、污染源分散、污染物成分复杂且处理难度大。解决作业污染的根本途径是选择合理的油（气）田开发方案，并通过加强油（气）井维护等措施，尽可能延长作业免修周期。其次是提高作业质量，降低作业频次，减少各类作业污染物的排放。实现作业过程清洁生产[8]。

（1）在国内外清洁生产研究的基础上，以石油修井企业为对象，通过清洁生产全过程分析，选择合适的评价指标，以目标层、准则层（（5类）、指标层（19个））为结构，建立了较为完整的修井行业清洁生产评价指标体系。

（2）通过发放专家调查表和层次分析法确定各指标的权重，计算权向量并做一致性检验后，确定的权重值较为合理。

（3）对修井行业生产技术特征和环境管理分析方面采用模糊定量的方法，在实际应用过程中可能存在一定偏差，今后在评价内容和评价等级上需进一步细化、改进和完善，以期达到更好的效果。

表9 石油修井行业清洁生产评价指标权重值

总之，推行清洁生产可以节能、降耗、减污、增效，是实现经济效益、社会效益和环境效益相统一的生产模式。国内外污染防治经验证明，清洁生产是工业污染防治的最佳途径，是改变经济增长方式、实施可持续发展战略的重要措施，推行清洁生产是企业发展的必由之路，也是石油行业发展的必由之路。

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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）

刘丽娜（1982-），女，陕西人，硕士研究生，从事清洁生产审核、环境影响评价工作。