海洋石油钻井设备高压管线的失效模式故障树分析

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摘 要：该文通过对海洋石油钻井设备高压管线进行故障树分析，通过对故障树的最小割集的求解，得出可能导致高压管线失效的主要原因，并提出了预防措施。

关键词：海洋平台 钻井设备 高压管线 故障树

中图分类号：TE926 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）04（b）-0077-02

近年来，随着科技和经济的快速发展，世界各国对石油、天然气等能源的需求量与日俱增。但随着陆地石油资源的不断减少，海洋石油钻井与采油作为我国重点开发项目。

我国是海洋大国，拥有18000多km的海岸线和6500m2以上的大小岛屿。在近300万km2的海域内，大陆架海区含油气盆地面积近70万km2，天然气资源量为10.6万亿m3，各种形式的海洋能源总量超过4亿万[1]。

目前，我国已经在渤海、南海及东海等海域发现了油田并建立了钻井、采油平台。随着海洋石油产量要求的增加，钻井设备在海洋石油中的使用越来越多，而高压管线作为钻井设备系统中的重要组成部分，在内部流体和外部环境荷载的作用下，会使管线发生断裂和腐蚀等情况，轻则停产，重则导致火灾和爆炸事故，故其安全状况直接影响海洋石油平台的生产及人身、财产的安全。因此对海洋平台钻井设备管线进行事故树分析，制定预防措施，保证管线的安全运行对我国海洋石油开发有着重要的意义。

1 管线故障树分析法定义

故障树分析（Fault tree analysis，缩写FTA）又称为事故树分析，是一种演绎的系统安全分析方法。它是从要分析的特定故障开始，一层一层的寻找引起事故发生的直接和间接原因。一直分析到不能再分解为止；然后将这些分解的事故用逻辑门符号连接起来，来表示它们之间的逻辑关系，最后得到形象、简洁的表达其逻辑关系的逻辑树图形，称作故障树。故障树图是一种逻辑因果关系图，它根据元部件状态（基本事件）来显示系统的状态（顶事件）[2]。通过对事故树图的简化、计算达到分析、评价的目的。

本文所建立得故障树分析图还需要一些标准符号，[3]见表1。

2 海洋平台钻井设备高压管线事故树的建立

根据可能发生事件的危险程度，确定事故树的顶事件为管线失效.在钻机使用过程中，如果发生管线破裂或渗漏，则会直接造成管线失效.故管线破裂或失效为高压管线失效的直接原因.接着本文继续进行深入分析，直到找到代表各种故障树的基本事件为止（如表1）。

针对海洋平台钻井设备高压管线工作特点及基本事件，建立了高压管线故障树。

3 钻井设备高压管线故障树定性分析

故障树定性分析的主要任务就是求出故障树的所有最小割集.所谓最小割集就是在事故树中凡能导致顶上事件发生的基本事件的集合.

根据上图所得到的事故时，可得到事故树结构函数式：

由事故树结构函数式所得到的结果可知，该故障树由5个一阶最小割集、8个二阶最小割集、4个三阶最小割集组成，由于割集阶数越小，其发生危险的可能性越大。因此5个一阶最小割集应该更加重视。

4 钻井设备高压管线故障树定量分析

事故树定量分析就是在求出各基本事件发生概率的情况下，计算顶上事件的发生概率，从而求出概率的重要度和临界重要度。

其计算过程是采用自下而上的方式进行，首先收集树中各基本事件的发生概率；然后由下面基本事件开始计算每一个逻辑门输出事件的发生概率；最后将计算过的逻辑门输出事件的概率，代入它上面的逻辑门，计算其输出概率，依次类推，直达顶部事件，最终可以求出该事件发生的概率。

5 结语

故障树分析法可通过对海洋平台钻井设备高压管线使用的基本情况及现场情况进行分析，确定基本事件，然后建立故障树，通过对故障树的定性、定量分析，可以得出高压管线可能发生的的事故的情况，针对基本事件可以制定有效的预防措施。在高压管线使用过程中，腐蚀及爆炸是导致高压管线失效的主要因素，在维修过程中，其焊接质量为主要因素。故在制定预防措施时，应着重加强定期检验及焊接质量控制。

参考文献

[1] 金伟良.国家自然科学基金重大项目专题研究总结报告[R].杭州：浙江大学，2002.

[2] 陈利琼.在役油气长输管线定量风险技术研究[D].成都：西南石油学院，2004.

[3] 李建华.基于故障树分析的长输管道定量风险评价方法研究[D].兰州：兰州理工大学，2008.