針對水下采油樹系統(tǒng)事故頻發(fā)且相關(guān)數(shù)據(jù)不易獲得的問題,基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)將水下采油樹系統(tǒng)劃分為水上部分、水下部分和FPSO 3個模塊,考慮不同模塊間的相互依賴性關(guān)系,結(jié)合突發(fā)失效與正常的退化趨勢,建立了水下采油樹系統(tǒng)的剩余壽命預(yù)測模型,分析相應(yīng)的模塊可靠性,結(jié)合失效閾值對剩余壽命進行了預(yù)測。結(jié)果表明,水下采油樹系統(tǒng)的整體可靠性低于任一模塊的可靠性,其退化過程先快后慢,并大體呈指數(shù)分布;高強度的突發(fā)失效將使系統(tǒng)失效過程加速,進而減少設(shè)備的剩余壽命,考慮相互依賴性的設(shè)備剩余壽命明顯低于不考慮相互依賴性時的剩余壽命。 

【文章來源】：中國海上油氣. 2020,32(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

水下采油樹系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)的模塊劃分

基于圖1 的水下采油樹系統(tǒng),在Netica軟件中建立并運行相應(yīng)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò),如圖2所示。圖2是未擴展前的貝葉斯網(wǎng)絡(luò),通過時間擴展節(jié)點(t節(jié)點)完成動態(tài)擴展,能夠得到隨時間變化的可靠性。該貝葉斯網(wǎng)絡(luò)由節(jié)點和有向連接線組成:節(jié)點表示影響可靠性變化的參量,由節(jié)點名稱和節(jié)點概率分布表組成;節(jié)點名稱后的數(shù)字表示時間;有向連接線表示參量間由父節(jié)點指向子節(jié)點的作用關(guān)系,其中黑色箭頭表示在當前時間片內(nèi)的參量間關(guān)系,而紅色箭頭代表動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中兩相鄰時間片的參量作用關(guān)系。電控部分的可靠性退化過程服從指數(shù)分布;液控和機械部分的可靠性退化過程服從伽馬分布[10];而PCS、ESD和F&GS節(jié)點按其結(jié)構(gòu)原理可被劃分為電控部分,因此這3種節(jié)點的退化過程也服從指數(shù)分布。

根據(jù)圖2采油樹系統(tǒng)無相互依賴性的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型,得到無相互依賴性下水下采油樹系統(tǒng)各模塊的可靠性變化趨勢,如圖3所示。水下采油樹系統(tǒng)的水下部分由于面臨海水靜水壓力高、溫度低、采油樹壓力高、腐蝕嚴重等各種復(fù)雜的海洋環(huán)境,因此同一時刻內(nèi)相較于水上部分及FPSO,有著較低的可靠性,且其退化速率更快;水上部分和FPSO由于其功能、地理位置等的相似性,可靠性的整體變化趨勢是相似的;由于FPSO 在采油過程中與穿梭油輪對接時易出現(xiàn)碰撞等情況,且單點系泊FPSO易發(fā)生單點斷裂、倒塌和碰撞等事故,導(dǎo)致FPSO在同一年內(nèi)的可靠性總體低于水上部分;整體可靠性曲線低于任一模塊的可靠性,其退化過程先快后慢且呈指數(shù)分布,整體可靠性在第8～9 a降至0.1以下。組件的可靠性越低,完成對應(yīng)功能的能力就越小,造成系統(tǒng)失效的幾率就越高。水下采油樹系統(tǒng)剩余壽命預(yù)測的常用方法是設(shè)置失效閾值,并將其與相應(yīng)的可靠性退化曲線結(jié)合,剩余壽命值實際上是檢測時間和失效時間的間隔。結(jié)合實際情況及專家經(jīng)驗[14],當組件的可靠性下降至0.1～0.2時,組件已不能完成基本功能,因此將無相互依賴性水下采油樹系統(tǒng)的失效閾值設(shè)置為0.1,計算正常情況下(無相互依賴性)的水下采油樹系統(tǒng)剩余壽命,如圖4所示�？梢钥闯鲈跓o相互依賴性條件下,水下采油樹的水下部分剩余壽命為10.75 a,在擴展的有限時間片內(nèi),水上部分和FPSO的可靠性遠遠沒有降至失效閾值0.1,水上部分和FPSO的剩余壽命均超過12 a,水下采油樹系統(tǒng)的整體剩余壽命為8.2 a。在不考慮退化日常維修的情況下,水下采油樹系統(tǒng)組件的剩余壽命將集中在10～12 a,該預(yù)測結(jié)果與實際情況也較為符合。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]在役輸油管道剩余壽命的預(yù)測[J]. 吳忠.  江西化工. 2019(01)
[2]不同類型水下生產(chǎn)控制系統(tǒng)設(shè)備可靠性對比分析[J]. 陳景皓,劉奇,鄒林,曲世豪,萬波.  油氣田地面工程. 2019(01)
[3]水下生產(chǎn)系統(tǒng)管匯的故障樹分析[J]. 陳衛(wèi)東,張昌衛(wèi),琚選擇,張飛,石磊,李江龍.  哈爾濱工程大學學報. 2016(08)
[4]基于貝葉斯方法的石化設(shè)備失效數(shù)據(jù)推斷技術(shù)研究[J]. 汪航,王海清,劉芳.  安全與環(huán)境學報. 2014(06)
[5]故障相關(guān)的兩部件并聯(lián)系統(tǒng)可靠性建模及動態(tài)更換策略[J]. 高文科,張志勝,劉飏,陳霞.  計算機集成制造系統(tǒng). 2015(02)



本文編號：3331989