基于檢測數據的油氣集輸管道失效故障樹建立

王觀軍 陳麗娜 陳健飛 王安泉 韓慶

1勝利油田技術檢測中心

2勝利油田檢測評價研究有限公司

勝利油田現有油氣集輸管道17 256 km，技術檢測中心自2008年起先后對6 821 km 集輸管道進行了定期檢驗。通過檢驗發現，在用集輸管道存在諸多缺陷和安全隱患，管理中突出的問題主要有以下兩點：①管道種類多，運行年限長，埋地環境復雜，風險不明；②管道風險辨識缺少科學合理的方法，難以指導管理部門合理安排檢驗維修計劃。

管道完整性管理經國內外多年的研究與實踐，已成為當前國際上最為認可的管道管理模式[1]，采用管道完整性管理可以預測并預防事故的發生，減少或避免事故帶來的經濟損失，同時可以優化各項維護支出，避免維修維護資金和資源的浪費[2-3]。

自2015年GB 32167在我國全面推行以來[4]，通過不斷消化吸收國外的先進經驗、引進先進技術，管道完整性管理已在油氣長輸管道全面推行。但由于集輸管道在法規要求、敷設環境、失效后果、檢測技術、維護技術等方面與長輸管道存在較大差異[5-6]，長輸管道的完整性管理技術無法直接適用于集輸管道。因此，應立足勝利油田實際，針對油田集輸管網的失效模式，建立適用于油氣集輸管網的風險評價方法，檢測評價準則，決策優化方案，優化檢維修技術，以形成油氣集輸管網完整性管理體系。

1 檢測、失效數據整合分析

整合分析了自2008年以來的歷史檢測、失效數據，構建集輸管道SQL數據管理平臺，共包含基于2 136條油氣管道的53 725個數據，實現了管道基本信息、運行參數、檢測數據、失效數據等信息的查詢分析及數據的更新維護，數據類型如表1所示。為了提高數據的可用性，利于后期數據的整合分析，采用K-means 聚類算法進行C 語言編程，篩選離群數據，最終留取了1 987條油氣集輸管道，包含49 078個檢測數據。

表1 歷年檢測、失效數據類型Tab.1 Types of detection data and invalid data over the years

2 理論故障樹的建立

通過對與集輸管道相關的設計、施工、運行、檢測、維修等26項標準進行研究，利用頭腦風暴法，選擇“集輸管道失效”作為頂事件，從上而下分析導致頂事件發生的所有可能因素，建立集輸管道失效理論故障樹[7-8]，從故障樹中共得到末端失效因子（基本事件）169個，具體如表2所示。

3 簡化故障樹

灰色關聯分析法是根據因素之間發展趨勢的相似或相異程度，作為衡量因素間關聯程度的一種方法。因此，本文運用灰色關聯法分析已有檢測數據，求解關聯度值來簡化理論故障樹?，F以第三方破壞下層的盜油氣為例：選取盜油氣為主序列，運用灰色關聯法分別對埋深不足、巡線頻率、防腐層破損、油品性質、使用單位、運行年限、管徑、油價進行關聯度求解，得出關聯度值，如表3所示。

圖1 盜油氣部分故障樹簡化過程示意圖Fig.2 Simplification process diagram of the fault-tree for oil and gas theft

表2 理論故障樹基本事件Tab.2 Basic events of theoretical fault tree

表3 各檢測參數與盜油氣的關聯度Tab.3 Correlation of each test parameter to oil and gas theft

表4 簡化后的失效故障樹基本事件Tab.4 Simplified basic events of failure fault tree

圖2 基于檢測數據的集輸管道簡化失效故障樹Fig.2 Simplified failure fault tree for gathering and transportation pipeline based on detection data

由表3可以看出，埋深不足、防腐層破損、輸送介質和油品價格對盜油氣的關聯度較高，而由于發生盜油氣現象，防腐層必然破損，不能作為底層事件，該部分故障樹的簡化過程如圖1所示，同理得到簡化后的油氣集輸管道失效故障樹，如圖2所示。簡化后的末端因子（基本事件）共計56個，如表4所示，均可通過檢測數據或其他方式獲取，利用Freefta軟件可求解失效故障樹的最小割集和末端因子重要度，最小割集共計220個。

4 結束語

建立的基于檢測數據的集輸管道簡化失效故障樹，充分利用檢測數據，并全面考慮了集輸管網的特點，增強了評價的客觀性，且失效因子全面，為構建適用于勝利油田的油氣集輸管網定量風險評價體系，乃至開發一套符合勝利油田集輸管網運行環境的完整性管理評價體系奠定了基礎，從而能夠全方位、多層次地對管道進行連續、系統的評價，并給出維護、整改意見，最終可實現評價、防護、管理、預測為一體的全生命周期的完整性管理模式。