(中海石油(中國)有限公司 天津分公司， 天津300459)

0 引 言

海上平臺是海上石油勘探開發(fā)的關(guān)鍵基礎(chǔ)。在油氣田開發(fā)總體方案研究過程中比選方案眾多，不同方案平臺用鋼量關(guān)系到工程設(shè)施的總體投資，如何快速地預(yù)測各方案平臺用鋼量是項(xiàng)目前期研究的重要內(nèi)容。張紅等[1-2]通過單因素分析建立了甲板面積與用鋼量一元回歸模型、垂直載荷與下部結(jié)構(gòu)用鋼量回歸模型。朱江等[3]在分析甲板面積與垂直載荷影響因素的基礎(chǔ)上又增加了油品性質(zhì)和油區(qū)探明儲量對平臺用鋼量的影響，分別給出各影響因素下用鋼量的一元回歸模型。但實(shí)際情況是平臺用鋼量影響因素眾多，這些因素具有不同類別和層次，很難系統(tǒng)地聯(lián)系在一起。對用鋼量影響因素進(jìn)行強(qiáng)弱次序排列，篩選出主要影響因素，綜合考慮主要因素對用鋼量的影響，是提高用鋼量預(yù)測精度的有效途徑。

本文統(tǒng)計(jì)渤海海域已建平臺用鋼量，運(yùn)用灰色理論分析甲板面積、設(shè)備干重、油品性質(zhì)、高峰年產(chǎn)能、高峰年用電負(fù)荷，以及最大油、氣、水處理能力和井槽數(shù)與用鋼量的關(guān)聯(lián)程度，建立海上平臺多元線性回歸用鋼量預(yù)測方法，在油田總體開發(fā)研究過程中快速估算不同方案用鋼總量，篩選出較少用鋼量平臺方案，為海上油氣田比選最優(yōu)工程方案提供用鋼量估算依據(jù)。

1 海上平臺用鋼量組成

目前，渤海海域共有123座樁基式固定平臺，其中：井口平臺75座，平臺總用鋼量大多在4 000～6 000 t；中心平臺16座，用鋼量在10 000～15 000 t。海上平臺的用鋼量主要包括甲板組塊及附屬結(jié)構(gòu)、生活樓、導(dǎo)管架、鋼樁和隔水套管。甲板組塊是提供生產(chǎn)和生活設(shè)施的場所，根據(jù)功能不同，甲板組塊通常有4層甲板，即上層甲板、中層甲板、下層甲板和底層甲板，生產(chǎn)設(shè)施較少的井口平臺通常設(shè)置1～2層[4]。甲板組塊的附屬結(jié)構(gòu)包括平臺有關(guān)的生產(chǎn)、生活、信號通信等服務(wù)設(shè)施，例如火炬臂、棧橋、供通信用的微波塔等。生活樓頂層有直升機(jī)甲板，供直升飛機(jī)起降停泊，其重量包含在生活樓中。導(dǎo)管架由大直徑的鋼管焊接而成，腿柱可作為打樁時(shí)的導(dǎo)向管，分為三腿式、四腿式、六腿式和八腿式。鋼樁是固定導(dǎo)管架于海底的設(shè)施，其重量取決于樁的數(shù)量、上部組塊總重、海底土質(zhì)性狀、水深、環(huán)境條件等。隔水套管的數(shù)量取決于平臺設(shè)置的井槽數(shù)，從而影響平臺用鋼量。

2 海上平臺用鋼量影響因素

2.1 中心平臺用鋼量因素

海上中心平臺作為油氣水集輸、處理的平臺，其規(guī)模影響因素較多。因?yàn)橹行钠脚_的規(guī)?？煞从秤娩摿康淖兓赃x擇中心平臺甲板面積、設(shè)備干重、20 ℃原油密度、50 ℃混合油品黏度、高峰年產(chǎn)能、高峰年用電負(fù)荷以及最大油、氣、水處理能力作為影響用鋼量的因素[5]。運(yùn)用灰色理論方法對自變量與因變量進(jìn)行關(guān)聯(lián)程度分析，對因變量參考數(shù)列與影響因素的比較數(shù)列進(jìn)行量化極差處理，求解因變量影響因素之間的關(guān)聯(lián)程度，從而確定影響中心平臺用鋼量變化的主要因素。選取渤海海域已建的12個中心平臺用鋼量如表1所示，將各影響因素與用鋼量進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，得到中心平臺甲板面積等影響因素與用鋼量之間的關(guān)聯(lián)程度如表2所示。

表1 12座中心平臺規(guī)模影響因素與用鋼量

續(xù)表1 12座中心平臺規(guī)模影響因素與用鋼量

表2 各影響因素與中心平臺用鋼量的關(guān)聯(lián)度

2.2 井口平臺用鋼量

海上井口平臺通常作為原油的采出平臺，布置有采油樹，因此增加平臺井槽數(shù)作為影響用鋼量的因素。另一方面，由于井口平臺沒有油氣水處理設(shè)施，因此不考慮井口平臺用鋼量中最大油、氣、水處理能力，以及原油黏度和密度因素。

利用灰色理論可得到井口平臺用鋼量影響因素的強(qiáng)弱次序。如表3所示，選擇渤海已建12座井口平臺，將平臺甲板面積、設(shè)備干重、高峰年用電負(fù)荷、井槽數(shù)作為影響用鋼量因素，通過灰色關(guān)聯(lián)方法[6-8]確定海上井口平臺用鋼量的影響因素與用鋼量的關(guān)聯(lián)程度排序?yàn)椋涸O(shè)備干重>井槽數(shù)>高峰年用電負(fù)荷>甲板面積，如表4所示。

表3 12座井口平臺規(guī)模影響因素與用鋼量

表4 各影響因素與井口平臺用鋼量的關(guān)聯(lián)度

3 海上平臺用鋼量預(yù)測方法建立

3.1 中心平臺用鋼量預(yù)測方法

常規(guī)的中心平臺用鋼量預(yù)測采用單因素分析方法建立甲板面積與用鋼量一元線性回歸模型。根據(jù)表1統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，選取平臺甲板面積為自變量，中心平臺用鋼量為因變量，得到中心平臺用鋼量一元回歸預(yù)測方程，方程中的回歸系數(shù)敏感度觀察滿足顯著性檢驗(yàn)要求。

y11=2.91x-10 719.8

(1)

改進(jìn)后的中心平臺用鋼量預(yù)測方程利用海上中心平臺用鋼量影響因素與用鋼量灰色關(guān)聯(lián)分析的結(jié)果，選擇相關(guān)性較強(qiáng)的平臺設(shè)備干重和甲板面積作為自變量，根據(jù)渤海已建平臺用鋼量進(jìn)行多元線性回歸分析，通過多元線性回歸方法得到中心平臺用鋼量回歸系數(shù)敏感度觀察t[9]，如表5所示。

表5 中心平臺用鋼量多元線性回歸結(jié)果

對海上中心平臺多元線性回歸公式進(jìn)行整體顯著性檢驗(yàn)：設(shè)定顯著性水平α=0.05，當(dāng)自由度為9時(shí)，整體線性回歸F檢驗(yàn)的臨界值查表可得F0=4.256，顯著性的觀察值F=113.7，F(xiàn)≥F0，認(rèn)為線性回歸方程顯著。

對回歸方程中每項(xiàng)系數(shù)進(jìn)行t回歸顯著性檢驗(yàn)[10-11]：設(shè)定的顯著性水平α=0.05，當(dāng)自由度為9時(shí)，查t值分布表可得臨界值t0=2.262，對比表5中每個用鋼量自變量t值，都有觀測值t≥t0，因此可以得到海上平臺中心平臺用鋼量的回歸公式：

y12=3.5x1+1.57x2-8 224.4

(2)

相關(guān)系數(shù)R2=0.962。

3.2 井口平臺用鋼量預(yù)測方法

常規(guī)的井口平臺用鋼量預(yù)測采用單因素分析方法建立甲板面積與用鋼量一元線性回歸模型。根據(jù)表3統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，得到井口平臺用鋼量一元回歸預(yù)測方程為

y21=1.9x-1 419

(3)

改進(jìn)后的井口平臺用鋼量預(yù)測方程利用海上井口平臺用鋼量的影響因素與用鋼量灰色關(guān)聯(lián)分析的結(jié)果，選擇相關(guān)性較強(qiáng)的平臺高峰年用電負(fù)荷和井槽數(shù)作為自變量，通過多元線性回歸方法得到井口平臺用鋼量回歸系數(shù)與各系數(shù)敏感度觀察t，如表6所示。

表6 井口平臺用鋼量多元線性回歸結(jié)果

對海上井口平臺多元線性回歸公式進(jìn)行整體顯著性檢驗(yàn)：設(shè)定顯著性水平α=0.05，當(dāng)自由度為8時(shí)，F(xiàn)檢驗(yàn)的臨界值查表可得F0=4.066，整體線性回歸F檢驗(yàn)的臨界值查表可得F0=786.24，顯著性觀察值F=113.7，F(xiàn)≥F0，認(rèn)為線性回歸方程顯著。

對回歸方程中每項(xiàng)系數(shù)進(jìn)行t回歸顯著性檢驗(yàn)：設(shè)定的顯著性水平α=0.05，當(dāng)自由度為8時(shí)，查t值分布表可得臨界值t0=2.306，對比表6中每個用鋼量自變量t值，都有觀測值t≥t0，因此可以得到海上井口平臺用鋼量的回歸公式[12]：

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

(4)

相關(guān)系數(shù)R2=0.99。

3.3 常規(guī)和改進(jìn)后用鋼量預(yù)測方程結(jié)果比較

從表7和表8可以得到常規(guī)和改進(jìn)后平臺用鋼量預(yù)測結(jié)果，結(jié)果表明：改進(jìn)后的多元線性用鋼量回歸模型的預(yù)測值比常規(guī)一元回歸方程準(zhǔn)確，相對誤差較小，可控制在10%以內(nèi)，說明基于多元線性回歸分析的海上平臺用鋼量預(yù)測方程擬合度相對較高，可滿足油氣田開發(fā)總體方案研究過程中用鋼量預(yù)測精度的要求。

表7 常規(guī)和改進(jìn)后中心平臺用鋼量預(yù)測結(jié)果比較

表8 常規(guī)和改進(jìn)后井口平臺用鋼量預(yù)測結(jié)果比較

4 回歸效果驗(yàn)證

旅大某油田計(jì)劃新建1座中心平臺、2座井口平臺，采用設(shè)備干重、甲板面積、高峰年用電負(fù)荷、井槽數(shù)作為檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，將海上中心平臺和井口平臺的用鋼量線性回歸方程進(jìn)行檢驗(yàn)，該方法預(yù)測精度較高，可滿足前期方案用鋼量篩選要求，如表9所示。

表9 中心平臺和井口平臺用鋼量多元線性回歸檢驗(yàn)

5 結(jié) 論

(1) 相對于單因素分析平臺用鋼量，綜合考慮多種因素對海上平臺用鋼量的影響，采用灰色理論對影響因素進(jìn)行強(qiáng)弱排序，篩選出影響用鋼量的主要因素。

(2) 對海上平臺用鋼量不同影響因素進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和灰色關(guān)聯(lián)分析，結(jié)果表明：影響海上中心平臺用鋼量的主要因素是設(shè)備干重和甲板面積，影響海上井口平臺用鋼量的主要因素是高峰年用電負(fù)荷和井槽數(shù)。

(3) 利用多元線性回歸方法分別建立海上中心平臺和井口平臺用鋼量的預(yù)測關(guān)系式，預(yù)測精度達(dá)到90%，可滿足在油田前期研究過程中多種工程方案的用鋼量比選要求，合理控制平臺用鋼量。