基于Petri网的水下生产系统流动保障可靠性研究

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1、中图分类号：N945.17单位代码：11414学号：2011314013题目基于Petri网的水下生产系统流动保障可靠性研究学科专业安全技术及工程研究方向海洋油气资源开发安全工程博士生陈金致指导教师段梦兰教授二○一七年五月ReliabilityStudyonSubseaProductionSystemConsideringFlowAssuranceBasedonPetriNetDissertationsubmittedtoChinaUniversityofPetroleum,BeijinginpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDo

2、ctorofEngineeringByChenJinzhi（SafetyTechnologyandEngineering）DissertationSupervisorProf.DuanMenglanMay,2017博士学位论文独创性声明郑重声明：本博士学位论文是作者个人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他个人和集体已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得中国石油大学或者其它单位的学位或证书所使用过的材料。对本研究做出贡献的个人和集体，均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者和导师完全意识到本声明产生的法律后果并承担相应责任。作者

3、签名：日期：导师签名：日期：博士学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解中国石油大学（北京）学位论文版权使用的有关规定，使用方式包括但不限于：学校有权保留并向有关部门和机构送交学位论文的复印件和电子版；允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。本学位论文作者如需公开出版学位论文的部分或全部内容，必须征得导师书面同意，且须以中国石油大学（北京）为第一署名单位。作者签名：日期：导师签名：日期：-I-摘要摘要水下生产系统是海洋油气开发重要的生产系统。随着海

4、洋油气资源开采迈向深海，油田运营商对水下生产系统的要求日益提高。流动保障与设备可靠性是水下生产过程中面临的两个重要问题，本文基于Petri网对二者集成研究，弥补了前人研究中考虑二者相关性不足，导致对可用性估计过于乐观。本研究以水下生产系统中常见的水合物堵塞风险为例，充分考察了流动保障与设备失效之间的相互作用，提出了更合理的可靠性评估方法。此外为进一步保障水下生产系统设备的可用性，研究了多种受限条件下的水下维修。基于以上描述，开展了以下研究：首先，为明确水下生产系统开发和运行中相关可靠性指标和要求，综合分析了基于时间的可用度和基于性能的生产可用度两种指标，提出了应用方面的建议。其次，为将流动保障

5、问题集成到设备失效的综合分析中，提出使用二阶高斯Kriging模型作为代理模型进行流动保障问题参数的传递。运用OLGA建立物理模型，得到相关的流动保障参数，然后对物理模型的输入变量和输出响应，采用拉丁超立方试验设计进行抽样计算，最后求解Kriging模型。以水下生产系统中常见的水合物堵塞问题为例，阐明了该方法，通过模型精度验证，得到满意结果。再次，为解决流动保障与失效问题的集成分析，提出利用解释混合随机Petri网建立系统可用性模型。对建模过程中的两个问题展开深入研究：一是针对Petri网在对水下生产系统这类大型复杂系统建网时出现的建模过于复杂问题，基于解释Petri网，提出了以RBD为导向的

6、模块化建模方法。然后为水下生产系统中的常见设备及相关设施创建了Petri网模块。将该方法应用到四口井的水下生产系统，表明所建模型清晰易读。二是在管道立管模块中将水合物堵塞问题与设备失效的时间耦合，通过计算系统可用度和生产可用度，研究了二者的相互作用。最后，作为以上基于Petri网的可用性模型的补充，以水下采油树为例研究了受多种限制因素下水下维修行为。针对各影响因素对维修的复杂作用，提出将各因素的可用性用简单二元模型综合表达水下维修的可行性，然后建立了一个解析的水下维修成本模型，从而定量分析天气不可用、设备失效率、备件、修井合同等对水下采油树的影响，对备件采购、修井船选择等提供了技术支持。关键词

7、：水下生产系统；生产保障；Kriging模型；解释混合随机Petri网；水下维修-III-ABSTRACTReliabilityStudyonSubseaProductionSystemConsideringFlowAssuranceBasedonPetriNetABSTRACTAsthekeyroleofsubseaproductionsystemtotheoffshoreoilandgasde