Системный анализ надежности нефтепромысловых трубопроводов Западной Сибири методами физики отказов и теории катастроф Силин, Яков Владимирович

Введение к работе

Актуальность темы. Общая протяженность внутрипромысловых нефтепроводов и газопроводов, поднадзорных Ростехнадзору, включает 340 тысяч км трубопроводов нефтегазодобычи и около 8,2 тысяч км водоводов низкого и высокого давления.

Анализ возрастного состава нефтепромысловых трубопроводов (НПТ) показывает, что доля протяженности трубопроводов со сроками службы свыше 15 лет составляет около 40%.

В 1999 году на внутрипромысловых нефтепроводах произошло 19 227 разрывов (19331 – в 1998 году), из них по причине коррозии 18 524 (96,4 процента). Большое экологическое воздействие на природу оказывает разлившаяся нефть при авариях на промысловых и магистральных нефтепроводах, ежегодные потери которой составляют более 3 млн. т.

Трубопроводы Западной Сибири эксплуатируются в довольно тяжелых условиях. С одной стороны, по ним транспортируются агрессивные жидкости, сложные по химическому составу (нефть, вода, газ, различные химические элементы), содержащие механические примеси. С другой стороны, трубопроводы проложены в неблагоприятных с точки зрения развития коррозии грунтах (зачастую болото) и подвергаются, помимо прочего, резким температурным перепадам и другим внешним воздействиям.

В существующей проектной, конструкторской и эксплуатационно-технологической документации отсутствуют требования к надежности проектируемых, сооружаемых и эксплуатируемых НПТ. Несмотря на большое количество отказов, в настоящее время не разработана методика оценки показателей надежности НПТ по статистическим данным длительной эксплуатации. Имеющиеся в настоящее время методики оценки надежности применимы в основном к сосредоточенным объектам, таким как задвижки, заслонки, датчики и др. Линейная часть трубопровода является объектом с распределенными параметрами и, следовательно, для анализа ее надежности требуются специальные методики, учитывающие протяженность объекта, его местоположение в пространстве.

Разработка новых методов оценки характеристик надежности НПТ позволит принимать обоснованные решения по срокам эксплуатации, периодичности ремонтов, составу и местоположению запасных частей. Это позволит не только существенно уменьшить вероятность нанесения вреда природе, но и максимально снизить затраты на эксплуатацию трубопроводов.

Таким образом, актуальность диссертации определяется необходимостью уменьшения числа аварий и потерь нефти на трубопроводах, а также снижения затрат на их прокладку и облуживание.

Целью работы является анализ характеристик надежности НПТ с применением методов физики отказов и математической теории катастроф для принятия решений, направленных на повышение экономической эффективности и экологической безопасности эксплуатации трубопроводов.

В основу исследования положены методы теории надежности, теории случайных процессов, математической статистики, прикладного системного анализа, теории катастроф.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. 1. 1. обработаны новые статистические данные об эксплуатации и отказах НПТ на месторождении в Западной Сибири;

      2. разработан метод статистической оценки характеристик надежности НПТ в зависимости от длины участка НПТ;

      3. впервые разработана методика оценки характеристик надежности НПТ с использованием моделей физики отказов и теории катастроф;

      4. впервые выполнен системный качественный и количественный анализ надежности НПТ методами физики отказов и теории катастроф на основе новых эксплуатационных данных одного из месторождений Западной Сибири;

      5. создана база данных и программное обеспечение для сбора статистических данных и расчета характеристик надежности НПТ с использованием разработанных моделей.

      Практическая значимость работы заключается в том, что:

      1. 1. 5. 1. разработанные методики определения показателей надежности НПТ позволят принимать обоснованные решения на этапах проектирования, сооружения и эксплуатации НПТ;

               2. разработанное программное обеспечение облегчит труд при сборе исходных данных и расчете характеристик надежности трубопровода;

               3. результаты работы внедрены и используются в Сургутском институте нефти и газа (филиал) Тюменского государственного нефтегазового университета, а также могут быть применены на нефтегазодобывающих предприятиях, проектирующих и эксплуатирующих НПТ.

               Основные положения, выдвигаемые автором на защиту:

               1. методика статистической оценки характеристик надежности НПТ в зависимости от длины участка НПТ;

               2. методика определения характеристик надежности НПТ с использованием моделей физики отказов и теории катастроф;

               3. характеристики надежности НПТ, эксплуатируемых на месторождениях Западной Сибири с 1986 по 2007 годы, полученные с применением разработанных новых методик.

               Личный вклад автора в работу. Автор непосредственно участвовал в качестве исполнителя на всех этапах проведенных исследований, включая постановку задачи, анализ литературы, сбор исходных данных, обработку статистических материалов, разработку математических моделей и расчет их параметров, написание программного обеспечения, обобщение и интерпретацию результатов.

               Апробация работы. Основные результаты работы опубликованы в статьях [1–8], три из которых [1–3] опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК. Материалы диссертации докладывались на ежегодных научно-технических семинарах кафедры ИВТ и заседаниях совета Факультета информационных технологий Сургутского государственного университета в 2005–2011 гг., на VII и VIII окружной конференции молодых ученых «Наука и инновации XXI века» (г. Сургут, 23–24 ноября 2006 г., 22–23 ноября 2007 г.), научной сессии НИЯУ МИФИ (г. Москва, 25–31 января 2010 г.).

               Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы 168 страниц, включая 60 рисунков, 29 таблиц и список использованной литературы из 95 наименований.

               Похожие диссертации на Системный анализ надежности нефтепромысловых трубопроводов Западной Сибири методами физики отказов и теории катастроф

               

               Системный анализ надежности нефтяных промысловых трубопроводов в зонах влияния подвижных тектонических структур месторождений Западной СибириГенюш Антон Олегович

               

               Системный физико-статистический анализ надежности нефтепромысловых трубопроводов (На примере трубопроводов нефтегазодобывающего управления "Фёдоровскнефть") Сметанин Александр Викторович

               

               Системный анализ надежности нефтяных промысловых трубопроводов по малым выборкам (По данным эксплуатации нефтегазовых месторождений Среднего Приобья) Колесник Вячеслав Николаевич

               

               Агрегирование моделей анализа надежности и безопасности технических систем сложной структурыВикторова Валентина Сергеевна

               Логико-вероятностный анализ надежности бортовой информационной телеметрической системы космического аппаратаМушовец, Константин Владимирович

               

               Методы и модели анализа надежности сложных технических систем с переменной структурой и произвольными законами распределения случайных параметров, отказов и восстановлений Гуров Сергей Владимирович

               

               Математические методы анализа надежности сложных информационно-управляющих системНетес Виктор Александрович

               Разработка и исследование неасимптотических методов анализа надежности элементов и подсистем ЯЭУ с учетом контроля и профилактикиДагаев Александр Владимирович

               

               Система модельно-алгоритмической поддержки многоэтапного анализа надежности программных средств Юнусов Ренат Викторович

               Методы анализа надежности сложных технических систем с временной избыточностью инфраструктуры железнодорожного транспортаНовиков, Евгений Владимирович