张力腿平台(TLP)近年来在深水油气田开发中得到广泛应用,顶张紧式立管(TTR)连接平台与水下井口是张力腿平台的关键部件之一。顶张紧式立管具有装备结构复杂、施工技术难度高、所处环境恶劣、失效后果严重等特点,其风险能否被有效控制,直接关系到海洋油气开采的成败。目前,我国尚无使用TLP的经验,对TTR安全的研究尚处于初级阶段。本文以中国海洋石油总公司综合科研项目“深水张力腿平台立管系统钻完井安全作业技术研究”为依托,结合TLP在我国南海的现场作业需求,在国内首次开展TLP顶张紧式系统风险评估与控制措施研究,主要研究内容和成果如下:本文针对南海海域发生频度较高的两种自然灾害,强台风和内波,将有限元分析技术和可靠性分析方法相结合,研究适用于TLP丛式立管系统结构风险评估和可靠性分析的方法。首先,通过调研相关资料和标准,确定TLP立管的生存限制准则和作业限制准则,采用ABAQUS建立串行立管系统有限元模型,进行TLP丛式立管在极端环境载荷和平台偏移等联合作用下的丛式立管结构风险评估,确定强台风和内波下影响立管安全的主要风险因素和立管系统的薄弱位置。其次,结合结构可靠性方法和极值理论,考虑影响TLP立管计算模型中材料性能的不确定性、几何参数的不确定性、设计参数的不确定性和外载荷模型的不确定性等,采用蒙特卡洛法、一次二阶矩法和结构响应面法,分别对强台风和内波下TLP丛式立管进行强度可靠性和干涉可靠性分析,旨在全面而系统的反映极端环境下TTR的安全状态。在深入调研TLP立管系统装备与作业工艺的基础上,对TTR立管系统关键装备开展潜在失效模式与后果分析(FMEA),探讨从故障模式、故障原因、故障后果到建议措施的分析层级,明确FMEA分析流程,结合专家意见,确定故障后果等级。对TLP立管作业工艺展开危险与可操作性分析(HAZOP),根据立管作业实际,确定HAZOP分析引导词、风险评判矩阵和分析流程,结合专家意见,确定风险等级。全面分析TLP立管在作业过程中的风险因素,在此基础上建立立管风险评估指标体系,运用模糊综合层次分析法对立管系统作业风险进行评估,基于安全屏障法,提出风险控制措施。