动力定位系统具有不受水深限制、灵活、撤离方便等优点,在深水钻井平台和钻井船中得到广泛的应用,动力定位系统是由多个子系统及模块组成,在恶劣的作业环境下容易出现设施损坏,一旦动力定位系统发生失效,将会导致作业中断、钻井系统损坏甚至井喷等事故发生,那么如何保证动力定位系统在复杂恶劣的海洋环境下可靠运行,是一个值得研究的课题。本文结合国家重点基础研究发展计划(973)项目“海洋深水油气安全高效钻完井基础研究”课题三“深水海底井口-隔水管-平台动力学耦合机理与安全控制”,系统开展深水钻井平台动力定位系统可靠性及失效预警研究,主要从以下三个方面开展工作:(1)基于马尔科夫多组件系统可靠性分析理论,考虑系统组件的串并联、共因失效,建立系统状态转移马尔科夫模型;通过不同等级的动力定位系统马尔科夫模型,分析不同等级动力定位系统的可靠性和可用性随服役时间的变化规律,比较不同等级系统可靠性与可用性变化;研究组件失效率、平均维修时间对系统可靠性与可用性的影响,识别系统敏感组件。(2)由于马尔科夫模型对复杂冗余系统分析不够精确,采用动态贝叶斯理论,结合故障树分析法,建立动力定位系统动态贝叶斯网络分析模型;考虑组件冗余、共因失效以及不同维修工况,基于组件先验概率开展贝叶斯网络正向推理分析,计算不同等级系统可靠性与可用性;通过贝叶斯网络的逆向推理分析,进行系统敏感性分析,识别系统薄弱环节;通过改变多状态模型降级概率,研究降级概率对系统可靠性影响,验证了设备完整性对整体系统的影响。(3)基于动力定位系统失效风险控制策略,考虑安全屏障对系统风险控制的影响,建立动力定位系统失效的事件树模型;考虑失效风险发生的时间序列,根据平台水动力运动特性与隔水管系统结构特性,建立平台-隔水管耦合系统,分析隔水管系统紧急解脱预警界限,确定预警界限时间;研究系统恢复下的隔水管系统预警界限,分析恢复时间对后果事件发生概率的影响,得到最佳恢复时间。