基于故障率分析的海上采油树可靠性评估

基于故障率分析的海上采油树可靠性评估

佘运玖

中石化江钻石油机械有限公司 湖北武汉 430223

摘要：采油树作为海洋油气开采的最后一道安全屏障，其服役状况直接影响到海洋石油平台安全生产。针对海上老旧采油树故障频发现象，采用故障率统计分析手段,结合事故树分析方法评估采油树可靠性，发现：采油树故障主要发生在平板阀上，主阀、清腊阀故障率略高于生产翼阀和套管翼阀；平板阀故障主要为阀门开关不灵活，节流阀故障主要为节流阀活动不畅，注水井均井故障数明显高于其余各井况。并总结了采油树可能产生的各类故障，结合油气泄漏途径，分析了采油树各部件故障导致油气泄漏的逻辑关系。该安全评估方法为采油树安全预警及报废评估提供一个新思路。

关键词：可靠性评估；海上采油树；故障率；事故树

引言

随着陆上油气资源日益枯竭以及国际能源形势的变化，许多国家开始将目光转向石油资源的重要领域—海洋。而水下生产系统作为海洋油气资源生产的主流模式之一，近年来国内外学者对其研究也越来越多。水下采油树作为水下生产系统的核心部分，其工作性能的好坏直接影响着整个生产系统的油气生产状况。由于采油树长期在海底工作，时常面临着恶劣环境的挑战，其结构不仅承受着内部油气冲蚀，而且还承受着外部高压、低温以及强腐蚀等复杂环境的影响，从而对水下采油树的结构安全性能提出更高的要求。因此，考虑这些因素的影响，开展水下采油树系统风险可靠性分析是十分必要的。

1海上采油树故障率统计

海上井口采油树主要由阀体、管汇及四通多个部件连接而成，按照结构形式，一般分为整体式和分体式。整体式是将主阀、安全阀、清蜡阀和翼阀等制成一个整体部件，阀与阀之间的距离较小，既省空间又耐高压，特别适用于海上平台的油气井。分体式采油树是由一些阀门等独立部件组装而成，在一些老旧平台较为常见。为全面分析采油树故障规律，对某作业公司各平台上报采油树故障进行统计。统计范围为1110余口井，共统计各类故障问题312个。

2检测现状分析

海洋井口采油树装置作为油气开采的主要承压设备之一，在返场拆检维修过程中，一般依据JB/T4730—2005(承压设备无损检测)和相关产品制造规范，仅对相关部位或零部件进行静态无损检测，并采用超声波测厚检测设备对井口采油树装置本体关键部位进行厚度检测。

由于海洋井口采油树属于高压、厚壁装置，装置本体或零部件的内部裂纹、应力集中危险区及腐蚀等缺陷在常规的无损检测手段(磁粉检测、渗透检测、超声检测)下不容易被发现，而且常规的检测手段也无法在装置承压状态下进行相关部位的检测或评价，因而无法检测出装置在线使用状态下存在的缺陷或缺陷隐患。因此，常规的无损检测方法在海洋井口采油树装置的评估中仅具有一定的辅助作用。

3风险评估方法研究

为了确保在役海洋井口采油树装置安全可靠，保障海洋油气开采的正常进行，计划从安全评价、风险分级及风险管控等方面进行海洋井口采油树装置的风险研究，并通过建立模拟分析、力学分析及软件数据处理等手段开展风险评估方法的研究。目前，国内外在海洋井口采油树装置的风险评估方面尚未有相关标准、规范，也未有相关风险评估经验可循。通过科学实践和合理移植，现已掌握了一些先进的检测技术，并经过多年海洋井口采油树装置的运维实践，为其风险评估方法的研究提供了技术积累。

3.1风险评估方法研究

为了研究、探索适用于海洋井口采油树装置安全风险识别标准模式、辨识方法、辨识要素等，对风险评估过程系统化、规范化、标准化问题进行探索，从海洋井口采油树装置运维资料收集、检测数据分析、安全风险识别、风险评价及风险分级管控等几方面建立其风险评估标准体系。

3.2风险评估流程设计

海洋井口采油树装置的风险评估主要是通过数据收集分析，依据建立的风险评估标准，通过风险评估软件，实现评估报告的智能输出。

3.3油气泄漏事故树建立

海上钻完井作业前要评估特殊的海况和工况导致安全屏障功能失效进而引发储层流体流向地表的风险。由于完井方式不同，油气泄漏存在不同泄漏途径，主要包括井口安全屏障系统泄漏和井下安全屏障系统泄漏，井下安全屏障系统泄漏又可分为管柱安全屏障系统泄漏、油管和套管之间的环空泄漏即井眼安全屏障系统泄漏，套管与套管之间的环空泄漏。文中选择油气泄漏事故为风险评估中的顶上事件。把安全屏障失效作为基本事件建立事故树。其中，“X11，X12，…，X28”分别代表油管悬挂器泄漏、采油树泄漏……套管水泥环泄漏。“+”代表逻辑或门，“·”代表逻辑与门。通过FTA定性定量分析计算各基本事件对系统可靠性的影响，找出系统薄弱环节。

3.4重要度与关键安全屏障分析

基本事件失效概率预估。要分析各个基本事件在结构上和概率上对顶事件的影响程度，首先要估算各基本事件的概率，即各个屏障的失效率。由于安全屏障所处环境复杂，人为因素、操作因素和工艺技术水平影响使得安全屏障本身具有许多不确定性，因此，需要通过安全系数补偿去估算。安全屏障的失效概率是基于海洋可靠性数据手册(OREDA，OffshoreReliabilityDataHandbook)，通过模型估算平均每年的失效概率，作为基本事件发生概率。

4提高采油树可靠性措施

目前采油树相关标准中缺少对采油树维保及评估的建议条款，在此结合了现场采油树调研资料，总结出提高海上采油树可靠性举措。

1）针对采油树简单的活动不畅、锈蚀等故障，采用及时拆解，清除杂物、注黄油与密封脂的维保策略。

2）当现场采油树出现严重故障（泄漏、阀门不能活动等），现场简单地维修不能解决问题时，需要直接更换并将故障部件返回陆地，维修合格后可返回平台继续使用，保证其服役时的可靠性。若维修后效果差，由陆地库房及厂家确定采油树是否应该报废。

3）对压裂作业后的采油树进行拆检，否则残留在采油树内部的砂粒可能会对后期采油树使用造成影响。

4）目前没有对采油树做检验检测相关工作的管理要求。现场生产中也未对在产采油树进行检验检测。采油树本体等部件壁厚较厚且各处厚度不均，检验难度较大。但为了保证采油树服役期间的可靠性，有必要对老旧采油树本体进行测厚及探伤等，判断其本体缺陷状态。

结语

文章分析了采油树易发生的故障，针对这些故障提出了解决方法，对于油田的安全生产提供了保障。

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