海洋石油鉆井設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，得出可能導致高壓管線失效的主要原因，并提出了預防措施。

關鍵詞：海洋平臺 鉆井設備 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，鉆井設備在海洋石油中的使用越來越多，而高壓管線作為鉆井設備系統(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)，重則導致火災和爆炸事故，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備管線進行事故樹分析，制定預防措施，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系，最后得到形象、簡潔的表達其邏輯關系的邏輯樹圖形，稱作故障樹。故障樹圖是一種邏輯因果關系圖，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 鉆井設備高壓管線故障樹定性分析

故障樹定性分析的主要任務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)構函數(shù)式：

由事故樹結(jié)構函數(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個一階最小割集應該更加重視。

4 鉆井設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防措施。在高壓管線使用過程中，腐蝕及爆炸是導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。故在制定預防措施時，應著重加強定期檢驗及焊接質(zhì)量控制。

參考文獻

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

[2]陳利瓊.在役油氣長輸管線定量風險技術研究[D].成都：西南石油學院，2004.

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