基于模糊綜合評價(jià)的水下采油樹結(jié)構(gòu)可靠性分析

摘要：針對水下采油樹結(jié)構(gòu)可靠性分析，提出一種基于模糊綜合評價(jià)理論的水下采油樹結(jié)構(gòu)可靠性分析方法。首先，通過分析不同廠家水下采油樹構(gòu)型，確定水下采油樹的典型結(jié)構(gòu)構(gòu)型及組成，分析水下采油樹在運(yùn)行過程中所受的外載荷；其次，采用專家打分以及模糊綜合評價(jià)法求得故障樹底事件失效率，通過定量分析求解頂事件失效率、可靠度及可靠壽命曲線等可靠性指標(biāo)；最后，對故障樹進(jìn)行重要度分析及失效率變化對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可靠性的影響，結(jié)果表明：“樹本體內(nèi)磨損”的關(guān)鍵重要度最高，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可靠性的影響最大，是結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)予以關(guān)注。研究成果可為水下采油樹結(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)評估提供技術(shù)參考，對水下采油樹的設(shè)計(jì)制造提供一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：水下采油樹；結(jié)構(gòu)可靠性；故障樹；模糊綜合評價(jià)；左右模糊數(shù)排序法

中圖分類號：TE934 " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " " " "doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2024.03.001

Structural Reliability Analysis of Subsea X-tree Based on Fuzzy Comprehensive Evaluation

ZHANG Meng1，SHEN Liang1，JIA Peng2，WANG Xin2

（1. Tianjin Branch of CNOOC（China）Ltd.，Tianjin 300451，China；

2. School of Mechanical and Electrical Engineering，Harbin Engineering University，Harbin 150001，China）

Abstract： In order to analyze the reliability of subsea X-tree structure，a reliability analysis method based on fuzzy comprehensive evaluation theory is proposed in this paper. Firstly，by analyzing the configuration of the subsea X-tree from different manufacturers，the typical structural configuration and composition of subsea X-tree are determined，and the external load of subsea X-tree during operation is analyzed. Then，expert scoring and fuzzy comprehensive evaluation method are used to obtain the bottom event failure rate of the fault tree，and the top event failure rate，reliability and reliability life curve are solved by quantitative analysis. Finally，the importance analysis of the fault tree and the influence of failure rate change on the reliability of the system structure are carried out. The results show that the “internal wear of the tree” is the most important and has the greatest influence on the reliability of the system structure. It is the weak link in the structure and should be paid attention to. The research results can provide technical reference for the risk assessment of subsea X-Tree structure，and provide certain guidance for the design and manufacture of subsea X-Tree.

Key words： subsea X-tree；structural reliability analysis；fault tree；fuzzy comprehensive evaluation；left and right fuzzy number sequence method

由于陸上油氣資源的不斷枯竭，人們將目光轉(zhuǎn)向了海洋，海洋中存在著豐富的油氣資源。2020年我國水下油氣能源的油氣當(dāng)量已經(jīng)突破6.5×107 t，未來大力發(fā)展水下油氣開采工作，攻關(guān)海洋油氣開采難點(diǎn)技術(shù)將成為促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，保障我國能源安全的重要措施。目前，全球海洋油氣勘探的重點(diǎn)領(lǐng)域已經(jīng)由淺海向深海和超深海的方向轉(zhuǎn)變，全球超過50%的海洋油田發(fā)現(xiàn)于深水區(qū)域，待發(fā)現(xiàn)的油氣資源超過1.2×1011 t油當(dāng)量。隨著海洋油氣開發(fā)的逐漸深入，水下生產(chǎn)系統(tǒng)逐漸成為海洋油氣資源開發(fā)的主流模式。水下生產(chǎn)系統(tǒng)由海底井口、水下采油樹、水下管匯、管匯終端、水下管道、水下控制系統(tǒng)、立管、臍帶纜以及臍帶纜分配終端等核心設(shè)備組成，水下采油樹作為水下生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，為水下井口提供一個(gè)剛性壓力終端，起著調(diào)節(jié)生產(chǎn)的作用［1］。水下采油樹工作環(huán)境惡劣，受力情況復(fù)雜，一旦出現(xiàn)問題，其停機(jī)維修的花費(fèi)極其高昂，甚至?xí)斐捎蜌庑孤妒鹿剩瑖?yán)重污染生態(tài)環(huán)境。因此，在水下采油樹所面臨的各種各樣的風(fēng)險(xiǎn)中，安全性和可靠性問題是極為重要的［2］。目前，我國海洋石油裝備主要依靠進(jìn)口，對于水下采油樹的研究暫時(shí)處于起步階段，因此對水下采油樹的安全性和可靠性等相關(guān)方面進(jìn)行研究，對于突破國外技術(shù)封鎖有著重大意義。本文主要考慮環(huán)境載荷，意外墜物以及漁網(wǎng)拖掛等第三方載荷對水下采油樹結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性分析。

英國能源部（British Department of Energy）對起重機(jī)起吊發(fā)生的事故進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，通過整理數(shù)據(jù)，給出了對不同類物體進(jìn)行起吊時(shí)墜落的概率［3］；郭振邦等人［4］提出了針對不同工況下錨與錨鏈撞擊水下結(jié)構(gòu)的概率以及能量計(jì)算公式；曹永等人［5］基于DNV規(guī)范分析了漁網(wǎng)拖掛載荷下水下法蘭保護(hù)結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力值。以上是針對第三方載荷對水下結(jié)構(gòu)造成的影響研究。而對于水下采油樹的可靠性分析，林幸娟等人［6］引入灰色系統(tǒng)理論建立了灰色GM（1.1）模型，并進(jìn)行抗腐蝕可靠性設(shè)計(jì)。Stendebakken［7］和PG Wanvik［8］對水下采油樹進(jìn)行了FMECA分析和可靠性框圖分析，并求解了相關(guān)可靠性指標(biāo)。劉健等人［9］結(jié)合模糊理論提出了一種基于貝葉斯理論的可靠性評估方法，該方法提高了系統(tǒng)可靠性分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。由以上可知，目前針對水下采油樹可靠性的分析主要集中在單個(gè)部件的腐蝕、內(nèi)部模塊以及內(nèi)部閥門的可靠性分析方面，而忽略了第三方載荷對水下采油樹可靠性的影響。本文針對這一問題提出了基于模糊故障樹的風(fēng)險(xiǎn)評估方法，結(jié)合故障樹與模糊綜合評價(jià)法對水下采油樹的可靠度、可靠壽命以及底事件重要度進(jìn)行評估。

1 水下采油樹結(jié)構(gòu)及外載分析

在對水下采油樹進(jìn)行結(jié)構(gòu)可靠性分析之前，要對水下采油樹的典型結(jié)構(gòu)構(gòu)成及在海底長期工作中所受外載荷進(jìn)行分析。本節(jié)主要對不同廠家所生產(chǎn)水下采油樹結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)研分析，明確水下采油樹結(jié)構(gòu)的通用結(jié)構(gòu)組成以及所受荷載。

1.1 水下采油樹結(jié)構(gòu)分析

水下采油樹是一種由各種控制閥門、管線、采油樹樹本體、防護(hù)結(jié)構(gòu)、導(dǎo)向結(jié)構(gòu)、連接器等部件所構(gòu)成的采油系統(tǒng)，安裝在海底井口上。其主要功能是控制和管理采油、采氣、注氣和注水作業(yè)，也可用于進(jìn)行井下修井作業(yè)［10］。

不同廠商設(shè)計(jì)生產(chǎn)的水下采油樹往往多種不同構(gòu)型，為了得到水下采油樹的通用結(jié)構(gòu)構(gòu)型，建立適用于通用結(jié)構(gòu)的可靠性模型，需要分析不同廠家的水下采油樹通用結(jié)構(gòu)。目前，F(xiàn)MC Technologies、Cameron、Vetco Gray和Aker Solutions 四家公司基本控制了全球水下采油樹90%的市場［11］。圖1所示為各主要廠家水下采油樹的典型結(jié)構(gòu)。

通過對不同廠家的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)構(gòu)型進(jìn)行分析，可知現(xiàn)在不同廠家生產(chǎn)的采油樹的外形雖然各有特點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)卻都是為了實(shí)現(xiàn)相同的功能。因此，可將水下采油樹結(jié)構(gòu)分成如下五部分：

1） 導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。水下采油樹的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)通常設(shè)計(jì)在采油樹樹本體不同側(cè)面的交界處，通常設(shè)計(jì)為筒狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)為了方便采油樹與水下井口對接，在下端設(shè)計(jì)喇叭口結(jié)構(gòu)。在采油樹的安裝過程中，利用導(dǎo)向柱及導(dǎo)向繩通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)將采油樹準(zhǔn)確定位在固定于水下井口的導(dǎo)向基座上，使得水下采油樹與水下井口順利對接。

2） 樹本體。水下采油樹本體為整體加工的一段空心柱體，下端及頂部為螺紋狀結(jié)構(gòu)，頂部與采油樹帽連接，隔絕外部環(huán)境；底部通過水下井口連接器與水下井口相連。樹本體內(nèi)部對油管懸掛器進(jìn)行定位和固定，為生產(chǎn)主回路和環(huán)空回路提供開孔。

3） 防漁網(wǎng)結(jié)構(gòu)。防漁網(wǎng)結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)在水下采油樹主體結(jié)構(gòu)框架四周的附加框架。其結(jié)構(gòu)有一定的傾斜角度，在漁網(wǎng)經(jīng)過時(shí)，可以有效避免漁網(wǎng)大面積與采油樹結(jié)構(gòu)接觸所產(chǎn)生的巨大拖拽力，防漁網(wǎng)結(jié)構(gòu)確保漁網(wǎng)與防漁網(wǎng)結(jié)構(gòu)之間的接觸轉(zhuǎn)變?yōu)槟Σ梁屯侠送膺€可以降低漁網(wǎng)被采油樹突出結(jié)構(gòu)掛住的風(fēng)險(xiǎn)。水下采油樹在設(shè)計(jì)時(shí)是否布置防漁網(wǎng)結(jié)構(gòu)，主要參考規(guī)范ISO13628-15的要求，當(dāng)設(shè)計(jì)水深大于750 m且無特殊要求時(shí)可以不考慮漁網(wǎng)拖掛載荷［12］。本文所分析水下采油樹設(shè)計(jì)水深小于750 m，考慮有防漁網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

4） 吊耳結(jié)構(gòu)。吊耳結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)在水下采油樹頂部的圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其作用是在水下采油樹在下方安裝過程中為導(dǎo)向繩提供固定，保證采油樹安裝下放過程的順利進(jìn)行。在吊裝過程中，由于外載荷的作用，樹本體端部結(jié)構(gòu)容易發(fā)生變形，采油樹內(nèi)側(cè)鎖緊螺紋容易發(fā)生滑扣；吊耳可能發(fā)生斷裂或者在焊接處開焊。

5） 保護(hù)支撐結(jié)構(gòu)。保護(hù)支撐結(jié)構(gòu)通常用來承受豎向載荷，主要承受來自水下功能閥門、生產(chǎn)管線以及水下控制模塊的自重，以及環(huán)境荷載、墜物等第三方荷載。

1.2 水下采油樹外載荷分析

1） 環(huán)境載荷。

在長期運(yùn)行過程中，水下采油樹所受環(huán)境載荷主要包括海風(fēng)、波浪力、水下壓力、海水腐蝕等。水下采油樹內(nèi)部連接處容易受到較大的彎矩［13］，并導(dǎo)致采油樹的結(jié)構(gòu)失效。

2） 意外墜物。

水下采油樹工作過程中，由于漁業(yè)活動(dòng)、過往船舶、海洋開發(fā)等活動(dòng)的進(jìn)行，存在平臺或船舶拋錨失誤，安裝過程出現(xiàn)失誤，導(dǎo)致意外墜物碰撞水下采油樹的情況，這種載荷能量集中，破壞力強(qiáng)，對采油樹結(jié)構(gòu)的破壞程度較大。使得采油樹結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，嚴(yán)重影響和威脅水下采油樹的正常工作，甚至造成油氣泄漏，導(dǎo)致重大工程事故。

3） 漁網(wǎng)拖掛。

在漁業(yè)區(qū)內(nèi)，由于漁船的不規(guī)律活動(dòng)，會給水下采油樹帶來一定的安全隱患。漁網(wǎng)拖掛對于水下采油樹結(jié)構(gòu)的機(jī)械損傷主要體現(xiàn)在撞擊、拖扯和鉤掛三個(gè)方面。其中，撞擊由于發(fā)生時(shí)間短，產(chǎn)生的能量集中，對水下采油樹結(jié)構(gòu)的威脅最大。

2 水下采油樹結(jié)構(gòu)故障樹分析

故障樹模型（FTA）是一個(gè)自上向下的布爾邏輯工具，通常用于識別不希望發(fā)生事件的可能原因或原因組合。針對系統(tǒng)可靠性分析，故障樹模型的頂事件一般為系統(tǒng)故障。然后，以自上向下的方法對導(dǎo)致頂事件的常見事件進(jìn)行系統(tǒng)分類，直到確定最基本事件為止。邏輯符號如“或”和“與”門用于表示各種事件之間的關(guān)系。故障樹的分析通常包括以下四個(gè)步驟［14］：

1） 系統(tǒng)定義。

2） 故障樹模型的建立。

3） 定性評估。

4） 定量評估。

2.1 故障樹模型的建立

本文定義水下采油樹結(jié)構(gòu)由導(dǎo)向結(jié)構(gòu)、樹本體、防漁網(wǎng)結(jié)構(gòu)、吊耳結(jié)構(gòu)和保護(hù)支撐結(jié)構(gòu)組成。以“水下采油樹結(jié)構(gòu)失效”為頂事件，考慮環(huán)境載荷、意外墜物及漁網(wǎng)拖掛荷載的影響，建立水下采油樹結(jié)構(gòu)失效的故障樹模型如圖2所示，影響水下采油樹結(jié)構(gòu)失效的故障樹模型如圖3所示，水下采油樹結(jié)構(gòu)失效故障樹對應(yīng)的事件名稱如表1所示。

2.2 故障樹定性分析

水下采油樹結(jié)構(gòu)系統(tǒng)故障樹的邏輯門均為或門，其最小割集為每一個(gè)底事件，說明故障樹的每一個(gè)底事件一定程度上都會造成水下采油樹的結(jié)構(gòu)失效。因此在水下采油樹的設(shè)計(jì)、加工、裝配和生產(chǎn)期間都需要采取措施對這些底事件進(jìn)行防范。

3 模糊綜合評價(jià)法

要對“水下采油樹結(jié)構(gòu)失效”故障樹模型進(jìn)行定量分析，需要確定其底事件的失效率。然而，由于水下采油樹所處的海洋環(huán)境十分復(fù)雜，針對水下采油樹結(jié)構(gòu)失效缺少歷史數(shù)據(jù)，水下采油樹結(jié)構(gòu)的失效率很難從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中得到。因此，采用模糊綜合評價(jià)的方法，并基于Chen和Hwang提出的左右模糊排序法［15］， 通過邀請相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍Φ资录l(fā)生概率等級和影響嚴(yán)重度進(jìn)行打分評價(jià)，結(jié)合模糊數(shù)學(xué)來確定底事件失效率。

3.1 專家打分

首先將故障樹底事件設(shè)計(jì)成含義明確的水下采油樹失效模式（故障樹底事件）等級評價(jià)表，成立專家委員會，成員應(yīng)包括采油樹的制造、安裝、生產(chǎn)維護(hù)等各個(gè)階段的專家；由于專家們的職務(wù)、職稱、工齡和受教育的水平都不一樣，他們的評價(jià)結(jié)果的可信度也不應(yīng)相同，所以應(yīng)該確定每位專家評價(jià)權(quán)重，權(quán)重的評分標(biāo)準(zhǔn)為不同專家的職位、工齡、教育背景等，表2為專家不同指標(biāo)的分值，表3為所選取的10位專家權(quán)重值。

可以根據(jù)表2確定每位專家的權(quán)重，確定專家語言評分量表，用“非常低”、“低”、“比較低”、“中”、“比較高”、“高”、“非常高”7個(gè)不同程度的詞語表示底事件發(fā)生的可能性，并將語言表達(dá)轉(zhuǎn)化為模糊數(shù)，各模糊語言對應(yīng)的隸屬函數(shù)圖像如圖4所示，對應(yīng)的函數(shù)為：

3.2 底事件失效率計(jì)算

設(shè)專家模糊語言所代表的隸屬函數(shù)的λ截集［16］分別為：

式中：EXPi表示第i位專家對底事件X所打的分?jǐn)?shù)；Wi表示第i位專家所占的權(quán)重（0lt;Wilt;1）；fEXPi為第i個(gè)專家評分所對應(yīng)的隸屬函數(shù)， aEXPi、bEXPi為第i位專家評分所對應(yīng)的隸屬函數(shù)λ截集的上限所對應(yīng)的系數(shù)，為正實(shí)數(shù)；cEXPi、dEXPi為第i位專家評分所對應(yīng)的隸屬函數(shù)的λ截集的下限所對應(yīng)的系數(shù)，為正實(shí)數(shù)；進(jìn)而求得平均模糊數(shù)W的隸屬函數(shù)，其中a、b、c、d為正實(shí)數(shù)。

以X1“閥組頂板失效”為例通過模糊數(shù)學(xué)理論計(jì)算專家評分的平均模糊數(shù)。10位專家對此底事件的評價(jià)結(jié)果為：低，較低，低，較低，低，低，很低，較低，低，低。

式中：k為隸屬度值最大（等于1）時(shí)對應(yīng)的失效可能性；Erm為最可能失效率，是由頂事件統(tǒng)計(jì)數(shù)獲得的參考值，或由專家提供的經(jīng)驗(yàn)值，參考OREDA［19］相關(guān)統(tǒng)計(jì)，這里Erm取1.46×10-7。

將上步計(jì)算得到的FPS代入可得：

FFR≈2.464 8×10-10

這就是用模糊綜合評價(jià)法求得的“閥組頂板失效”的失效率。通過模糊綜合評價(jià)方法求得故障樹底事件失效率如表4所示。

4 水下采油樹結(jié)構(gòu)可靠性分析

4.1 水下采油樹結(jié)構(gòu)失效率計(jì)算

對所建立的故障樹進(jìn)行分析，計(jì)算中假定其中的全部底事件都是相互獨(dú)立的，由2.2節(jié)可知其最小割集為每一個(gè)底事件：

計(jì)算得頂事件的失效率為：P（T）=4.421 93×10-9。

4.2 水下采油樹可靠度計(jì)算

在求得故障樹頂事件失效率的基礎(chǔ)上可進(jìn)一步求得水下采油樹可靠度，由于本文所考慮外載包括環(huán)境荷載、意外墜網(wǎng)、漁網(wǎng)拖掛均為意外荷載，因此可假設(shè)：

1） 系統(tǒng)中各結(jié)構(gòu)都是不可修復(fù)的。

2） 各結(jié)構(gòu)失效率都是常數(shù)。

3） 故障樹各結(jié)構(gòu)都沒有設(shè)置備件，即沒有考慮重復(fù)事件。

4） 各底事件之間都是相互獨(dú)立的。

5） 其失效概率的分布可假設(shè)為指數(shù)分布。

求得水下采油樹的可靠度函數(shù)為：

R（t）=1-F（t）=1-（1-e-？姿t）=e-？姿t=e-0.00000000442193t（22）

基于可靠度函數(shù)，可得水下采油樹可靠度曲線如圖5所示。

由圖5可知，隨著水下采油樹服役時(shí)間的增加，水下采油樹結(jié)構(gòu)的可靠度不斷減小，并且在0～1.0×109 h時(shí)間內(nèi)其可靠度迅速下降，在1.0×109 h后，水下采油樹結(jié)構(gòu)的可靠度幾乎為零。在相同時(shí)間，樹本體結(jié)構(gòu)可靠度最低，最容易失效，然后是保護(hù)支撐結(jié)構(gòu)、吊耳結(jié)構(gòu)、導(dǎo)向結(jié)構(gòu)、防漁網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

4.3 水下采油樹可靠壽命計(jì)算

可靠壽命（可靠度壽命）就是指可靠度為定值R時(shí)的工作壽命，以t（R）表示，可靠壽命一般可表示為可靠度的反函數(shù)，求得水下采油樹的可靠壽命曲線如圖6所示。

t（R）=R-1（t）（23）

5 水下采油樹結(jié)構(gòu)失效模式影響分析

5.1 底事件重要度分析

故障樹模型中各個(gè)底事件都會導(dǎo)致水下采油樹結(jié)構(gòu)失效，水下采油樹結(jié)構(gòu)失效的概率由每個(gè)底事件發(fā)生的概率決定，由于各底事件對系統(tǒng)可靠性的影響程度不同，需要對水下采油樹結(jié)構(gòu)失效故障樹模型做重要度分析。

1） 概率重要度［20］。

概率重要度代表了底事件概率變化對于系統(tǒng)變化的影響大小，各個(gè)事件的概率重要度公式如下：

2） 關(guān)鍵重要度［21］。

關(guān)鍵重要度是指底事件失效概率變化率引起的頂事件失效概率變化率，也叫做臨界重要度，其表征了對應(yīng)底事件可靠性的改變對于系統(tǒng)可靠性改變的影響大小，其計(jì)算公式如下：

由于所建立水下采油樹結(jié)構(gòu)失效故障樹只有串聯(lián)和并聯(lián)的的結(jié)構(gòu)，所以上述兩個(gè)概念即概率重要度和關(guān)鍵重要度的變化趨勢是相同的，所以只需要根據(jù)公式得到關(guān)鍵重要度，通過圖線表示如圖7。

由圖7可知，事件X27“樹本體內(nèi)磨損”的關(guān)鍵重要度最大，對頂事件的影響最大，是結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。X27“樹本體內(nèi)磨損”與采油樹本體結(jié)構(gòu)有關(guān)，故在設(shè)計(jì)過程中要要特別留心，避免因其發(fā)生失效，而導(dǎo)致油氣泄漏，影響生產(chǎn)；其次是事件X11“頂蓋卡死無法打開”，水下采油樹頂蓋無法打開將導(dǎo)致修井等工作無法進(jìn)行，其結(jié)構(gòu)可靠性需特別關(guān)注；然后是事件X7“閥門操作孔變形”，閥門操作孔變形有可能導(dǎo)致ROV無法操作采油樹控制閥門，造成重大事故，因此也需要特別關(guān)注其結(jié)構(gòu)可靠性。

5.2 底事件失效率變化影響分析

不同結(jié)構(gòu)失效模式的失效率對于水下采油樹結(jié)構(gòu)失效影響程度不同，為了找到對水下采油樹結(jié)構(gòu)可靠度影響最大的失效模式，本節(jié)通過控制變量法分析不同結(jié)構(gòu)失效模式對水下采油樹結(jié)構(gòu)失效可靠度的影響［22-26］。

通過改變一個(gè)失效模式的失效率，固定其他失效模式的失效率不變，來研究失效率對水下采油樹的可靠性影響。假設(shè)每個(gè)失效模式的失效率不確定取值范圍為±50%，固定其他失效模式的失效率不變，可以計(jì)算得到水下采油樹結(jié)構(gòu)在時(shí)間1.0×108 h時(shí)的可靠度，進(jìn)而可以得出設(shè)備運(yùn)行1.0×108 h時(shí)每個(gè)失效模式的失效率對系統(tǒng)可靠性的影響。

通過計(jì)算，得到的失效率對水下采油樹可靠性的影響如圖8所示。其中雙點(diǎn)劃線表示失效率不確定量為標(biāo)準(zhǔn)失效率的50%，虛線表示失效率為標(biāo)準(zhǔn)歷史失效統(tǒng)計(jì)數(shù)，實(shí)線表示失效率不確定量為標(biāo)準(zhǔn)失效率的150%。其中事件X27失效率在50%及150%時(shí)水下采油樹結(jié)構(gòu)可靠度分別為0.712 8 和0.579 4，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可靠性影響最大，其次是事件X11、X7。可見，由底事件失效率變化分析得出的結(jié)果與底事件重要度分析得出的結(jié)果相同，由此可以驗(yàn)證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

綜上所述，針對目標(biāo)油田水下采油樹，樹本體結(jié)構(gòu)更為關(guān)鍵，其次是采油樹頂蓋以及控制閥門操作孔。在采油樹的加工制造中，優(yōu)先對這些結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，這樣就可以以較小成本大幅提高水下采油樹的可靠性。

6 結(jié)論

1） 分析了不同廠家水下采油樹，得到了水下采油樹典型結(jié)構(gòu)構(gòu)型，主要由導(dǎo)向結(jié)構(gòu)、樹本體、防漁網(wǎng)結(jié)構(gòu)、吊耳結(jié)構(gòu)、保護(hù)支撐結(jié)構(gòu)五部分組成。

2） 分析了水下采油樹在運(yùn)行過程中可能受到的外載荷類型，根據(jù)不同的外載荷建立了水下采油樹結(jié)構(gòu)失效的故障樹模型，邀請資深專家對底事件進(jìn)行評價(jià)，并結(jié)合模糊綜合評價(jià)理論確定了底事件的失效率，為故障樹的定量分析提供了依據(jù)。

3） 對所建立的水下采油樹故障樹模型進(jìn)行定量分析，求得保護(hù)支撐結(jié)構(gòu)失效率為1.593 3×10-9，導(dǎo)向結(jié)構(gòu)失效率為1.961 0×10-10，防漁網(wǎng)結(jié)構(gòu)失效率為1.567 6×10-10，樹本體結(jié)構(gòu)失效率為2.138 4×10-9，吊耳結(jié)構(gòu)失效率為3.986 7×10-10，水下采油樹結(jié)構(gòu)失效率為4.421 93×10-9，并進(jìn)而求得水下采油樹可靠度及壽命曲線。

4） 對水下采油樹結(jié)構(gòu)破壞的故障樹進(jìn)行了重要度分析，計(jì)算了底事件的概率重要度和關(guān)鍵重要度，并且進(jìn)行了失效率變化影響分析，分析結(jié)果顯示X27樹本體內(nèi)磨損關(guān)鍵重要度最大為0.468 69，其失效率變化對水下采油樹可靠度影響也是最大的，在失效率變化為50%和150%時(shí)，水下采油樹可靠度分別為0.712 8和0.579 4，其次是事件X11采油樹頂蓋、事件X7控制閥門操作孔，在設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)時(shí)要特別關(guān)注。

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