水下井口作为油气井和防喷器之间的桥梁,连接作业模式下承担防喷器组(Blowout preventers,BOPs)和套管的共同重量,为钻井作业的过程提供安全保障,在海洋油气开发中起着重要作用。水下井口使用年限一般不超过20年,在其寿命周期内需要进行钻井,完井,修井,打调整井和弃井等多次油井作业。在进行油气井钻井作业时,水下井口通过钻井隔水管与浮式平台相连,承受着海洋环境载荷导致的隔水管动态响应、平台运动和防喷器组晃动所产生的循环动载荷等。在循环载荷作用下,水下井口将发生不同程度的疲劳损伤。随着疲劳损伤的不断累积,水下井口将发生疲劳降级现象,可靠性在不断降低,疲劳失效的风险显著增加。因此在井口的设计阶段,必须考虑在其全寿命周期中能否承受这些载荷,若超过了载荷的许用应力,疲劳损伤将导致水下井口失效,最终造成断裂。目前,大多数水下井口接近或者已经超过它的设计寿命,但为了进一步提高采收率,超期服役的水下井口须进行疲劳状况和相应的风险评估以达到油井延寿的目的。本文结合中国海洋石油研究总院十三五国家科技重大专项子课题“深水隔水管-水下井口全寿命完整性技术及工程应用”,开展了水下井口方面的研究,主要有以下几个方面:(1)水下井口疲劳的不确定性分析和风险分析方法选择介绍了水下井口结构,针对水下井口作业环境和自身条件等特点,从载荷、作业参数和设备、抗疲劳能力和水下井口系统的临界疲劳位置四个方面入手,对水下井口疲劳损伤的不确定性问题进行了分析。介绍了常用的几种风险分析方法,如:事故树(FT)、事件树(ET)、事件序列图(ESD)、蝴蝶结模型(Bow-tie)、贝叶斯网络和动态贝叶斯网络,并将它们的优势和不足进行了对比。针对水下井口疲劳失效风险分析三大难点,寻找方法和对象的契合点,最终选择动态贝叶斯网络法。(2)水下井口疲劳失效风险因素辨识和耦合分析研究通过水下井口疲劳失效事故阐述和相关文献的调研,针对水下井口失效模式,从环境因素、人为管理因素、装备因素、设计因素和操作因素五个方面对其进行全面的风险因素辨识。基于辨识出的风险因素,建立水下井口综合风险评价指标体系,考虑到主观能动性和客观机械性,使用层次分析法-熵权法权重分析方法,计算得到风险因素的权重值,并进行一个简单的重要度排序。在传统的四因素风险耦合基础上,考虑水下井口五大风险因素,建立水下井口风险因素耦合拓扑结构,并进行风险因素耦合分析。(3)水下井口全寿命周期风险分析首先介绍了水下井口全寿命周期的概念。目前大多数水下井口接近或者已经超过它的设计寿命,因此为了保证水下井口操作的安全进行,必须进行相应的风险分析。针对水下井口作业的六个阶段,构建水下井口疲劳失效预测静态贝叶斯模型,并考虑随着时间的变化,疲劳积累自身动态发展情况,将静态贝叶斯网络转换成动态贝叶斯网络。通过参数学习,得到基本事件的先验概率、中间节点的条件概率和动态节点的变迁概率。将数据导入模型,进行水下井口寿命周期疲劳失效概率的计算和基本事件后验概率的推理,进行敏感性分析,验证模型的准确性性,并提出针对性的风险管控措施。