海洋石油鉆井設(shè)備高壓管線的失效模式故障樹分析

摘 要：該文通過對海洋石油鉆井設(shè)備高壓管線進行故障樹分析，通過對故障樹的最小割集的求解，得出可能導(dǎo)致高壓管線失效的主要原因，并提出了預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：海洋平臺 鉆井設(shè)備 高壓管線 故障樹

中圖分類號：TE926文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）04（b）-0077-02

近年來，隨著科技和經(jīng)濟的快速發(fā)展，世界各國對石油、天然氣等能源的需求量與日俱增。但隨著陸地石油資源的不斷減少，海洋石油鉆井與采油作為我國重點開發(fā)項目。

我國是海洋大國，擁有18000多km的海岸線和6500m2以上的大小島嶼。在近300萬km2的海域內(nèi)，大陸架海區(qū)含油氣盆地面積近70萬km2，天然氣資源量為10.6萬億m3，各種形式的海洋能源總量超過4億萬[1]。

目前，我國已經(jīng)在渤海、南海及東海等海域發(fā)現(xiàn)了油田并建立了鉆井、采油平臺。隨著海洋石油產(chǎn)量要求的增加，鉆井設(shè)備在海洋石油中的使用越來越多，而高壓管線作為鉆井設(shè)備系統(tǒng)中的重要組成部分，在內(nèi)部流體和外部環(huán)境荷載的作用下，會使管線發(fā)生斷裂和腐蝕等情況，輕則停產(chǎn)，重則導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸事故，故其安全狀況直接影響海洋石油平臺的生產(chǎn)及人身、財產(chǎn)的安全。因此對海洋平臺鉆井設(shè)備管線進行事故樹分析，制定預(yù)防措施，保證管線的安全運行對我國海洋石油開發(fā)有著重要的意義。

1 管線故障樹分析法定義

故障樹分析（Fault tree analysis，縮寫FTA）又稱為事故樹分析，是一種演繹的系統(tǒng)安全分析方法。它是從要分析的特定故障開始，一層一層的尋找引起事故發(fā)生的直接和間接原因。一直分析到不能再分解為止；然后將這些分解的事故用邏輯門符號連接起來，來表示它們之間的邏輯關(guān)系，最后得到形象、簡潔的表達其邏輯關(guān)系的邏輯樹圖形，稱作故障樹。故障樹圖是一種邏輯因果關(guān)系圖，它根據(jù)元部件狀態(tài)（基本事件）來顯示系統(tǒng)的狀態(tài)（頂事件）[2]。通過對事故樹圖的簡化、計算達到分析、評價的目的。

本文所建立得故障樹分析圖還需要一些標準符號，[3]見表1。

2 海洋平臺鉆井設(shè)備高壓管線事故樹的建立

根據(jù)可能發(fā)生事件的危險程度，確定事故樹的頂事件為管線失效.在鉆機使用過程中，如果發(fā)生管線破裂或滲漏，則會直接造成管線失效.故管線破裂或失效為高壓管線失效的直接原因.接著本文繼續(xù)進行深入分析，直到找到代表各種故障樹的基本事件為止（如表1）。

針對海洋平臺鉆井設(shè)備高壓管線工作特點及基本事件，建立了高壓管線故障樹。

3 鉆井設(shè)備高壓管線故障樹定性分析

故障樹定性分析的主要任務(wù)就是求出故障樹的所有最小割集.所謂最小割集就是在事故樹中凡能導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的基本事件的集合.

根據(jù)上圖所得到的事故時，可得到事故樹結(jié)構(gòu)函數(shù)式：

由事故樹結(jié)構(gòu)函數(shù)式所得到的結(jié)果可知，該故障樹由5個一階最小割集、8個二階最小割集、4個三階最小割集組成，由于割集階數(shù)越小，其發(fā)生危險的可能性越大。因此5個一階最小割集應(yīng)該更加重視。

4 鉆井設(shè)備高壓管線故障樹定量分析

事故樹定量分析就是在求出各基本事件發(fā)生概率的情況下，計算頂上事件的發(fā)生概率，從而求出概率的重要度和臨界重要度。

其計算過程是采用自下而上的方式進行，首先收集樹中各基本事件的發(fā)生概率；然后由下面基本事件開始計算每一個邏輯門輸出事件的發(fā)生概率；最后將計算過的邏輯門輸出事件的概率，代入它上面的邏輯門，計算其輸出概率，依次類推，直達頂部事件，最終可以求出該事件發(fā)生的概率。

5 結(jié)語

故障樹分析法可通過對海洋平臺鉆井設(shè)備高壓管線使用的基本情況及現(xiàn)場情況進行分析，確定基本事件，然后建立故障樹，通過對故障樹的定性、定量分析，可以得出高壓管線可能發(fā)生的的事故的情況，針對基本事件可以制定有效的預(yù)防措施。在高壓管線使用過程中，腐蝕及爆炸是導(dǎo)致高壓管線失效的主要因素，在維修過程中，其焊接質(zhì)量為主要因素。故在制定預(yù)防措施時，應(yīng)著重加強定期檢驗及焊接質(zhì)量控制。

參考文獻

[1]金偉良.國家自然科學(xué)基金重大項目專題研究總結(jié)報告[R].杭州：浙江大學(xué)，2002.

[2]陳利瓊.在役油氣長輸管線定量風(fēng)險技術(shù)研究[D].成都：西南石油學(xué)院，2004.

[3]李建華.基于故障樹分析的長輸管道定量風(fēng)險評價方法研究[D].蘭州：蘭州理工大學(xué)，2008.