随着海上油气勘探开发正逐步向适用于深水或超深水方向发展,水下采油树保有量迅速增加,已成为油气开发的主流模式之一。水下采油树长期处于海洋环境中,承受复杂的环境载荷及工作载荷,导致其具有较高的失效可能性。而且水下采油树零部件结构维修、更换难度大,结构失效后不仅影响油气正常输送,严重甚至会造成海洋环境污染,引发生态灾难。因此,对水下采油树系统的可靠性研究成为保证整个油气开采安全运行的重要内容。本文结合具体的工程实践,对水下采油树系统进行可靠性分析研究。首先,对水下采油树系统结构单元和结构特点进行了详述,并对采油树系统的故障机理进行调研分析,明确采油树系统可靠性影响因素;然后对水下采油树系统在役过程中各部件失效数据进行统计,根据统计结果及相关可靠性理论知识明确水下采油树系统可靠性影响因素。其次,考虑到系统故障统计数据不足的情况下,采用模糊故障树分析法对水下采油树系统进行可靠性分析,并对采油树系统进行模糊概率重要度分析。计算结果可知,泄漏、腐蚀、堵塞、密封失效以及不能正常工作(如无法正常打开/关闭以及无法锁紧/解锁)等故障是水下采油树系统的薄弱环节;研究水下采油树系统故障机制,建立水下采油树系统的马尔科夫模型,对水下采油树系统可靠性进行了定量分析。计算结果可知,水下采油树系统的稳态可用度为0.999671,并研究模型中各状态转移概率对系统稳态可用度的影响。再者,以贝叶斯网络建模方法为基础,充分考虑系统与部件间故障的多态性、模糊性以及动态性,进而对水下采油树系统可靠性进行建模及分析。选取采油树其一子系统故障为实例进行计算,并与故障树分析方法进行对比,充分证明了该方法的准确性。最后,利用ANSYS/APDL语言建立油管挂参数化模型,将油管挂的相关设计参数等假设为服从正态分布的随机变量,并运用Monte-Carlo抽样法对油管挂进行随机有限元分析,得到置信度为95%时油管悬挂器可靠度为96.23%。通过参数灵敏度分析得到影响油管悬挂器可靠性最关键因素是总长度及内压。基于上述分析结果,验证了该方法的可行性,也为采油树系统中油管挂等关键零件的结构设计提供理论指导。