基于多元线性回归方法的海上平台用钢量分析

(中海石油(中国)有限公司 天津分公司， 天津300459)

0 引 言

海上平台是海上石油勘探开发的关键基础。在油气田开发总体方案研究过程中比选方案众多，不同方案平台用钢量关系到工程设施的总体投资，如何快速地预测各方案平台用钢量是项目前期研究的重要内容。张红等[1-2]通过单因素分析建立了甲板面积与用钢量一元回归模型、垂直载荷与下部结构用钢量回归模型。朱江等[3]在分析甲板面积与垂直载荷影响因素的基础上又增加了油品性质和油区探明储量对平台用钢量的影响，分别给出各影响因素下用钢量的一元回归模型。但实际情况是平台用钢量影响因素众多，这些因素具有不同类别和层次，很难系统地联系在一起。对用钢量影响因素进行强弱次序排列，筛选出主要影响因素，综合考虑主要因素对用钢量的影响，是提高用钢量预测精度的有效途径。

本文统计渤海海域已建平台用钢量，运用灰色理论分析甲板面积、设备干重、油品性质、高峰年产能、高峰年用电负荷，以及最大油、气、水处理能力和井槽数与用钢量的关联程度，建立海上平台多元线性回归用钢量预测方法，在油田总体开发研究过程中快速估算不同方案用钢总量，筛选出较少用钢量平台方案，为海上油气田比选最优工程方案提供用钢量估算依据。

1 海上平台用钢量组成

目前，渤海海域共有123座桩基式固定平台，其中：井口平台75座，平台总用钢量大多在4 000～6 000 t；中心平台16座，用钢量在10 000～15 000 t。海上平台的用钢量主要包括甲板组块及附属结构、生活楼、导管架、钢桩和隔水套管。甲板组块是提供生产和生活设施的场所，根据功能不同，甲板组块通常有4层甲板，即上层甲板、中层甲板、下层甲板和底层甲板，生产设施较少的井口平台通常设置1～2层[4]。甲板组块的附属结构包括平台有关的生产、生活、信号通信等服务设施，例如火炬臂、栈桥、供通信用的微波塔等。生活楼顶层有直升机甲板，供直升飞机起降停泊，其重量包含在生活楼中。导管架由大直径的钢管焊接而成，腿柱可作为打桩时的导向管，分为三腿式、四腿式、六腿式和八腿式。钢桩是固定导管架于海底的设施，其重量取决于桩的数量、上部组块总重、海底土质性状、水深、环境条件等。隔水套管的数量取决于平台设置的井槽数，从而影响平台用钢量。

2 海上平台用钢量影响因素

2.1 中心平台用钢量因素

海上中心平台作为油气水集输、处理的平台，其规模影响因素较多。因为中心平台的规模可反映用钢量的变化，所以选择中心平台甲板面积、设备干重、20 ℃原油密度、50 ℃混合油品黏度、高峰年产能、高峰年用电负荷以及最大油、气、水处理能力作为影响用钢量的因素[5]。运用灰色理论方法对自变量与因变量进行关联程度分析，对因变量参考数列与影响因素的比较数列进行量化极差处理，求解因变量影响因素之间的关联程度，从而确定影响中心平台用钢量变化的主要因素。选取渤海海域已建的12个中心平台用钢量如表1所示，将各影响因素与用钢量进行灰色关联分析，得到中心平台甲板面积等影响因素与用钢量之间的关联程度如表2所示。

表1 12座中心平台规模影响因素与用钢量

续表1 12座中心平台规模影响因素与用钢量

表2 各影响因素与中心平台用钢量的关联度

2.2 井口平台用钢量

海上井口平台通常作为原油的采出平台，布置有采油树，因此增加平台井槽数作为影响用钢量的因素。另一方面，由于井口平台没有油气水处理设施，因此不考虑井口平台用钢量中最大油、气、水处理能力，以及原油黏度和密度因素。

利用灰色理论可得到井口平台用钢量影响因素的强弱次序。如表3所示，选择渤海已建12座井口平台，将平台甲板面积、设备干重、高峰年用电负荷、井槽数作为影响用钢量因素，通过灰色关联方法[6-8]确定海上井口平台用钢量的影响因素与用钢量的关联程度排序为：设备干重>井槽数>高峰年用电负荷>甲板面积，如表4所示。

表3 12座井口平台规模影响因素与用钢量

表4 各影响因素与井口平台用钢量的关联度

3 海上平台用钢量预测方法建立

3.1 中心平台用钢量预测方法

常规的中心平台用钢量预测采用单因素分析方法建立甲板面积与用钢量一元线性回归模型。根据表1统计数据，选取平台甲板面积为自变量，中心平台用钢量为因变量，得到中心平台用钢量一元回归预测方程，方程中的回归系数敏感度观察满足显著性检验要求。

y11=2.91x-10 719.8

(1)

改进后的中心平台用钢量预测方程利用海上中心平台用钢量影响因素与用钢量灰色关联分析的结果，选择相关性较强的平台设备干重和甲板面积作为自变量，根据渤海已建平台用钢量进行多元线性回归分析，通过多元线性回归方法得到中心平台用钢量回归系数敏感度观察t[9]，如表5所示。

表5 中心平台用钢量多元线性回归结果

对海上中心平台多元线性回归公式进行整体显著性检验：设定显著性水平α=0.05，当自由度为9时，整体线性回归F检验的临界值查表可得F0=4.256，显著性的观察值F=113.7，F≥F0，认为线性回归方程显著。

对回归方程中每项系数进行t回归显著性检验[10-11]：设定的显著性水平α=0.05，当自由度为9时，查t值分布表可得临界值t0=2.262，对比表5中每个用钢量自变量t值，都有观测值t≥t0，因此可以得到海上平台中心平台用钢量的回归公式：

y12=3.5x1+1.57x2-8 224.4

(2)

相关系数R2=0.962。

3.2 井口平台用钢量预测方法

常规的井口平台用钢量预测采用单因素分析方法建立甲板面积与用钢量一元线性回归模型。根据表3统计数据，得到井口平台用钢量一元回归预测方程为

y21=1.9x-1 419

(3)

改进后的井口平台用钢量预测方程利用海上井口平台用钢量的影响因素与用钢量灰色关联分析的结果，选择相关性较强的平台高峰年用电负荷和井槽数作为自变量，通过多元线性回归方法得到井口平台用钢量回归系数与各系数敏感度观察t，如表6所示。

表6 井口平台用钢量多元线性回归结果

对海上井口平台多元线性回归公式进行整体显著性检验：设定显著性水平α=0.05，当自由度为8时，F检验的临界值查表可得F0=4.066，整体线性回归F检验的临界值查表可得F0=786.24，显著性观察值F=113.7，F≥F0，认为线性回归方程显著。

对回归方程中每项系数进行t回归显著性检验：设定的显著性水平α=0.05，当自由度为8时，查t值分布表可得临界值t0=2.306，对比表6中每个用钢量自变量t值，都有观测值t≥t0，因此可以得到海上井口平台用钢量的回归公式[12]：

y22=1.43x1+63.36x2+0.45x3+18.56

(4)

相关系数R2=0.99。

3.3 常规和改进后用钢量预测方程结果比较

从表7和表8可以得到常规和改进后平台用钢量预测结果，结果表明：改进后的多元线性用钢量回归模型的预测值比常规一元回归方程准确，相对误差较小，可控制在10%以内，说明基于多元线性回归分析的海上平台用钢量预测方程拟合度相对较高，可满足油气田开发总体方案研究过程中用钢量预测精度的要求。

表7 常规和改进后中心平台用钢量预测结果比较

表8 常规和改进后井口平台用钢量预测结果比较

4 回归效果验证

旅大某油田计划新建1座中心平台、2座井口平台，采用设备干重、甲板面积、高峰年用电负荷、井槽数作为检验数据，将海上中心平台和井口平台的用钢量线性回归方程进行检验，该方法预测精度较高，可满足前期方案用钢量筛选要求，如表9所示。

表9 中心平台和井口平台用钢量多元线性回归检验

5 结 论

(1) 相对于单因素分析平台用钢量，综合考虑多种因素对海上平台用钢量的影响，采用灰色理论对影响因素进行强弱排序，筛选出影响用钢量的主要因素。

(2) 对海上平台用钢量不同影响因素进行数据统计和灰色关联分析，结果表明：影响海上中心平台用钢量的主要因素是设备干重和甲板面积，影响海上井口平台用钢量的主要因素是高峰年用电负荷和井槽数。

(3) 利用多元线性回归方法分别建立海上中心平台和井口平台用钢量的预测关系式，预测精度达到90%，可满足在油田前期研究过程中多种工程方案的用钢量比选要求，合理控制平台用钢量。