基于故障率分析的海上采油樹可靠性評估

陳欽偉，張士超，賀智杰，杜世超，吳靜錚

1.中海石油（中國）有限公司 天津分公司 （天津 300459）

2.中海油安全技術服務有限公司 （天津 300457）

3.中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術分公司 （天津 300452）

4.中海油服油田生產(chǎn)事業(yè)部 （天津300452）

隨著海上井口采油樹使用年限的增長，加之其長期處于惡劣的海洋環(huán)境和復雜的工況條件下，井口采油樹不可避免會出現(xiàn)本體的銹蝕、腐蝕、沖蝕等缺陷[1-2]。目前現(xiàn)場做法均是在發(fā)現(xiàn)采油樹出現(xiàn)故障時再進行維修處理，這樣不但會造成關井停產(chǎn)影響生產(chǎn)作業(yè)，甚至可能會引發(fā)其他重大事故。因此有必要對在役采油樹進行預防性的可靠性評估，在預判出采油樹出現(xiàn)缺陷或故障時間節(jié)點后，待修井作業(yè)拆裝采油樹時直接進行采油樹維保，提高作業(yè)時效。本文以渤海某油田為例，在進行采油樹故障統(tǒng)計分析的基礎上，結合事故樹分析方法對采油樹進行了可靠性評估，為采油樹的預防性維保提供參考。

1 海上采油樹故障率統(tǒng)計

海上井口采油樹主要由閥體、管匯及四通多個部件連接而成，按照結構形式，一般分為整體式和分體式。整體式是將主閥、安全閥、清蠟閥和翼閥等制成一個整體部件，閥與閥之間的距離較小，既省空間又耐高壓，特別適用于海上平臺的油氣井。分體式采油樹是由一些閥門等獨立部件組裝而成，在一些老舊平臺較為常見。

為全面分析采油樹故障規(guī)律[3]，對某作業(yè)公司各平臺上報采油樹故障進行統(tǒng)計。統(tǒng)計范圍為111 0余口井，共統(tǒng)計各類故障問題312個。

1.1 采油樹故障分類統(tǒng)計

將采油樹按照不同部件分別進行故障統(tǒng)計，統(tǒng)計結果見表1。

從表1明顯看出，海洋平臺采油樹故障主要發(fā)生在平板閥上，且比例高達48.72%，較其他部位發(fā)生次數(shù)明顯更多。

表1 采油樹故障分類統(tǒng)計

1.2 各平板閥故障統(tǒng)計

采油樹平板閘閥主要包括主閥、清臘閥、生產(chǎn)翼閥、套管翼閥，對四類閥件發(fā)生的故障次數(shù)進行了統(tǒng)計見圖1。

由圖1可見：主閥、清臘閥故障率略高于生產(chǎn)翼閥和套管翼閥。

圖1 采油樹各平板閥故障部件統(tǒng)計

1.3 采油樹故障分井別統(tǒng)計

為分析不同井別對采油樹故障的影響，分別對油井、氣井、注水井和水源井采油樹故障進行統(tǒng)計見表2。

表2 采油樹故障分井別統(tǒng)計

為合理對比井別對采油樹故障的影響，定義各類井別采油樹故障數(shù)除以各類井別的井數(shù)為均井故障數(shù)，即平均每口井發(fā)生采油樹故障數(shù)。通過統(tǒng)計計算對比可知，注水井采油樹出現(xiàn)故障率高，一是注水井工作壓力較高，二是垢下腐蝕作用使得注水井腐蝕現(xiàn)象更加明顯。

2 采油樹故障原因分析

2.1 平板閘閥故障

平板閥的故障形式分為三類：閥門開關不靈活、閥桿處滲漏、閥門內(nèi)漏，平板閥故障原因見表3。

表3 平板閥故障原因分析

2.2 節(jié)流閥故障

節(jié)流閥的故障形式分為兩大類：閥門開關不靈活、閥桿處滲漏，節(jié)流閥故障原因見表4。

表4 節(jié)流閥故障原因

2.3 地面安全閥故障

地面安全閥的故障形式分為兩大類：即開關故障、泄漏，地面安全閥故障原因見表5。

3 采油樹事故樹分析

事故樹分析是一種常見的安全分析手段[4-5]，其方法是從要分析的特定事故或故障開始，層層分析其發(fā)生原因，一直分析到不能再分解為止，通過對事故樹簡化、計算達到分析、評估的目的。

表5 地面安全閥故障原因分析

3.1 采油樹故障事故樹分析

為詳細分析采油樹各結構部件故障形式，結合現(xiàn)場采油樹故障率統(tǒng)計分析，通過事故樹方式對采油樹故障進行細化分析如圖2所示。

結合事故樹分析，對各類基本事件進行大數(shù)據(jù)統(tǒng)計，獲取采油樹各類故障發(fā)生概率及平均初次失效時間等重要信息，為采油樹安全預判提供參考依據(jù)。

圖2 采油樹故障事故樹

3.2 采油樹油氣泄漏失控事故樹分析

綜合采油樹各部件故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)和故障原因可以發(fā)現(xiàn)，海洋平臺采油樹發(fā)生故障最多的部件為平板閥，較其他部件發(fā)生故障次數(shù)明顯更多。平板閥最易發(fā)生的故障類型為開關故障，通常表現(xiàn)為開關不靈活，危害不大；其次為泄漏，泄漏分為外漏和內(nèi)漏。雖然內(nèi)漏也會造成一定危害，但較之外漏，其危害較輕。外漏不僅會造成能源的浪費，而且會直接污染環(huán)境，甚至引起中毒、爆炸、火災等危害嚴重的事故，造成巨大損失。一旦采油樹發(fā)生故障，可能導致油氣泄漏失控風險。通過事故樹分析方法，結合油氣泄漏途徑，分析采油樹各部件故障導致油氣泄漏的邏輯關系見圖3。

針對圖3中采油樹油氣泄漏失控的事故樹分析，根據(jù)調(diào)查的情況和資料，確定所有原因事件的發(fā)生概率。通過事故樹邏輯計算，分析采油樹油氣泄漏失控事件發(fā)生的概率。在針對具體采油樹進行安全評估的過程中，通過相應的檢查、試驗及技術檢測手段，分析各類基本事件狀態(tài)，從而對該采油樹安全現(xiàn)狀進行評估。

4 提高采油樹可靠性措施

目前采油樹相關標準中缺少對采油樹維保及評估的建議條款[6-7]，在此結合了現(xiàn)場采油樹調(diào)研資料，總結出提高海上采油樹可靠性舉措。

1）針對采油樹簡單的活動不暢、銹蝕等故障，采用及時拆解，清除雜物、注黃油與密封脂的維保策略。

2）當現(xiàn)場采油樹出現(xiàn)嚴重故障（泄漏、閥門不能活動等），現(xiàn)場簡單地維修不能解決問題時，需要直接更換并將故障部件返回陸地，維修合格后可返回平臺繼續(xù)使用，保證其服役時的可靠性。若維修后效果差，由陸地庫房及廠家確定采油樹是否應該報廢。

3）對壓裂作業(yè)后的采油樹進行拆檢，否則殘留在采油樹內(nèi)部的砂粒可能會對后期采油樹使用造成影響。

圖3 采油樹油氣泄漏失控事故樹

4）目前沒有對采油樹做檢驗檢測相關工作的管理要求[8]。現(xiàn)場生產(chǎn)中也未對在產(chǎn)采油樹進行檢驗檢測。采油樹本體等部件壁厚較厚且各處厚度不均，檢驗難度較大。但為了保證采油樹服役期間的可靠性，有必要對老舊采油樹本體進行測厚及探傷等，判斷其本體缺陷狀態(tài)。

5 結論

1）通過對服役采油樹調(diào)查研究，得出了采油樹常見故障類型及特征。結合故障率統(tǒng)計可知：采油樹故障主要發(fā)生在平板閥上，較其他部位發(fā)生次數(shù)明顯更多；主閥、清臘閥故障率略高于生產(chǎn)翼閥和套管翼閥；平板閥故障主要為閥門開關不靈活，節(jié)流閥故障主要為節(jié)流閥活動不暢；注水井均井故障數(shù)明細高于其余各井況。

2）通過事故樹分析的方式，分析了采油樹可能產(chǎn)生的各類故障；結合油氣泄漏途徑，梳理了采油樹各部件故障導致油氣泄漏的邏輯關系。后續(xù)可結合大數(shù)據(jù)統(tǒng)計及相關技術檢測手段，對采油樹進行安全評估及故障預警。

3）目前海上沒有對采油樹需要做檢驗檢測相關工作的管理要求，現(xiàn)場管理工作中也未對在產(chǎn)采油樹進行檢驗檢測。為了得知采油樹的可靠性，有必要建立定期監(jiān)測評估制度，實時掌握采油樹狀態(tài)，為采油樹安全預判及報廢提供評估準確的數(shù)據(jù)支撐。