(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210782378.6 (22)申请日 2022.07.05 (71)申请人 中国石油大 学 （华东） 地址 266580 山东省青岛市黄岛区长江西 路66号 (72)发明人 刘增凯　史学伟　陈琦　韩忠昊　 马强　蔡宝平　张彦振　纪仁杰　 刘永红　 (51)Int.Cl. G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/02(2012.01) G06K 9/62(2022.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种水下采油树相依竞争失效实时可靠性 评估方法及系统 (57)摘要 本发明属于海洋石油工程领域， 具体地， 涉 及一种水下采油树相依竞争失效实时可靠性评 估方法及系统。 水下采油树相依竞争失 效实时可 靠性评估方法， 包含五个主要步骤： 确定失效模 式、 竞争失效建模、 基于竞争失效的贝 叶斯网络 建模、 实时可靠性计算、 动态可靠性计算。 水下采 油树相依竞争失效实时可靠性评估系统， 包含六 个部分： 水下采油树机械模块状态监测子系统、 水下分配单元状态监测子系统、 水下控制单元状 态监测子系统、 水下阀组状态监测子系统、 水下 采油树井口机械模块状态监测子系统、 数据收集 与分析子系统。 权利要求书6页 说明书9页 附图4页 CN 115187041 A 2022.10.14 CN 115187041 A 1.一种水下采油树相依竞争失效实时可靠性评估方法， 其特征在于包含五个主要步 骤： S1： 确定失效模式。 从已经建立的水下采油树数据库中收集失效数据， 将水下采油树系 统的失效划分为内部退化引起的退化 失效和外部冲击引起的突发失效， 选择合适的退化和 冲击模型。 S101： 确定退化失效模型。 使用wiener过程描述水 下采油树内部退化过程， 内部退化 量可表示 为： X(t)＝ μt+σbB(t) 式中， X(t)表示退化量的初始值， μ和σ 分别表示漂移系数和扩散系数， B(t)为标准布朗 运动。 漂移参数 μ服从正态分布， 即 扩散系数σb为固定参数。 由wien er过程的 性质可知， X(t)服从正态分布： S102： 确定突发 失效模型。 在外部冲击的作用下， 水下采油树系统受到的冲击次数具有较大的不确定性。 假设N (t)表示到水下采油树系统到时刻t为止冲击发生的次数， N(t)服从强度为λ的Poisson过 程。 则到水 下采油树系统到时刻t时恰好发生 n次冲击的概 率密度函数 可表达为： 令Sd(i)为水下采油树系统第i次冲击所造 成的损伤， 冲击损伤Sd(i),i＝1,2,3, …是一 列具有相互独立同分布的随机变量， 且服从正态分布 令Di表示水下采油树系统前i次冲击 造成的损伤之和， 则Di的表达式为: 则前i次冲击 造成的损伤之和Di的分布可以表示 为： S2： 建立竞争失效模型。 研究竞争失效机制， 考虑突发失效对退化失效退化增量、 退化 率的影响， 利用水 下采油树失效数据库进行参数估计并建立 竞争失效模型。 S201： 外部冲击引起的退化增量变化。 在外部冲击的影响下， 水下采油树系统内部会产生额外的退化量， 本专利采用累积冲 击模型来描述冲击对内部退化的影响。 假设t1,t2,t3…时刻冲击造成的额外退化量分别为 Y1,Y2,Y3…， 则t时刻对水 下采油树系统造成的累积额外退化 量可表示 为:权　利　要　求　书 1/6 页 2 CN 115187041 A 2每一次冲击对水下采油树的影响所造成的额外退化Yn是一系列独立的、 同分布的随机 变量。 Yn服从正态分布， 则累积额外退化 量S(t)的分布如下: S202： 外部冲击引起退化 率变化。 当累积冲击损伤大于设定的初始突发失效阈值W0时， 初始退化率会发生改变。 如果第j 次冲击首先引起退化率的变化， 则将这次冲击定义为触发冲击。 触发冲击出现时的时间称 为过渡时间， 用Tj表示。 当水下采油树系统工作时未发生触发冲 击， 即j≥N(t)时， 退化率为 μ1； 当水下采油树系统工作过程中发生了触发冲击， 即j<N(t)时， 退化率从μ1， 增加到 μ2； 假 设水下采油树系统在工作中退化率只发生一次变化， 则外部冲击导致水下采油树系统退化 率变化时， 退化失效退化 量可以表示 为： 其中， Tj为退化速率变化的时间(即第j次冲击到达的时间)称为过渡 时间， 退化率的过 渡时间Tj遵循伽马分布， 比例参数为j， 形状参数为λ。 μ1为初始退化率， μ2为改变后系统的退 化率； μ1和μ2均服从正态分布， 即 假设μa2＝μa1+μη， 为了使 μ2> μ1， 需要保证 μη＞＞3ση。 水下采油树系统总退化量 为内部因素引起的退化量X(t)与冲击引起的额外退 化量S(t)之和， 可以表示 为: 当水下采油树系统内部总退化量超过退化失效阈值H时， 系统失效。 在时刻t， 水下采油 树系统不发生退化失效的概 率可以表示 为: 当触发冲击j<i时， 水 下采油树总退化 量XS1(t)可以表示 为:权　利　要　求　书 2/6 页 3 CN 115187041 A 3