深水防喷器是海洋平台油气开采重要设备,是海洋平台与海底油气井之间关键安全屏障。深水防喷器系统部件多,控制系统复杂,失效致因分析难度较大,深水防喷器一旦失效往往意味着井底失控。井底压力和海洋环境的不确定性容易导致井喷现象,防喷器失效会使油气上移至海洋平台进而发生火灾爆炸事故,对人员和设备造成严重危害。本文结合国家重点研发计划“海洋(深水)油气开采重大安全事故联锁风险演化、灾变机理及应对机制”课题深水防喷器部分研究内容,开展深水防喷器失效机理分析及联锁后果研究。主要研究如下:1.深水防喷器风险辨识及概率计算以海洋油气开采平台深水防喷器系统为研究对象,以深水地平线号事故为事实依据,根据深水防喷器的结构组成以及失效机理,利用FTA和FMEA分析方法,识别深水防喷器设备单元和整体失效风险,并对失效概率进行计算。采用CME贝叶斯网络的方法,考虑设备之间相互影响和作用,构建深水防喷器系统失效网络模型,对深水防喷器整体失效风险进行计算,通过对后验概率分析辨识出导致系统失效的关键因素,对在不同设备单元失效条件下系统失效情况进行分析。2.深水防喷器失效演化及关键节点可靠性分析根据事故因果联锁理论,结合防喷器冗余控制系统及其他相关井控措施,对防喷器失效致因演化进行分析,确定导致防喷器失效事故关键节点和演化路径,构建演化模型。基于马尔科夫理论,对事故演化路径关键设备进行可靠性建模,通过计算出系统的稳态故障频率、平均可用时间等参数完成系统性能分析。3.基于弹塑性力学深水防喷器内钻杆屈曲分析通过深水地平线号典型案例分析发现深水防喷器内钻杆屈曲为关键事故致因之一,利用有限元数值模拟技术,采用ANSYS软件建立深水防喷器内钻杆屈曲有限元仿真模型,给出力学计算公式及屈曲判定条件,分析不同钻杆长度、壁厚、内外压差作用下钻杆屈曲现象,给出其他可能影响因素。4.深水防喷器失效联锁风险控制针对深水防喷器内钻杆屈曲现象,结合有限元仿真结果,通过对紧急情况下防喷器关断顺序、防喷器布置间距优化以及钻杆选取等分析,提出优化改进措施。提出不同水深防喷器配置情况,基于ETA模型,建立深水防喷器失效控制安全屏障理论,提出预防性安全屏障、减缓性安全屏障以及事故后果,直观描述事故发展全过程与相应控制措施,为深水防喷器失效事故后果控制提供指导作用。