石油天然气能源是重要的战略资源,关系着国民经济与国家安全。随着我国经济的持续高速发展,对石油天然气资源的需求也逐年提高,海洋油气资源的开发利用也呈逐年上升的趋向。随着海上油气田开发的继续,以及地质勘探初期不确定性因素的存在,作为海上石油重要运输方式的海底管道在达到设计寿命之后,由于边际油田的发现,往往需要延长其使用寿命,管线不可避免的进入老龄化阶段。因此,对延寿期老龄海底管道进行安全分析,既可保障国内老龄海底管道安全运行,又可避免因管道失效造成的经济损失和环境污染。本文结合海底管道老龄化的实际状况,以海洋工程、可靠性工程、贝叶斯理论、完整性管理理论和有限元模拟软件等为支撑,研究老龄海底管道复杂条件下管道延寿运行的时变风险、管道腐蚀剩余寿命和完整性管理模型。为老龄海底管道的安全运行与再延寿评估决策提供技术支撑。本文主要研究成果如下:1老龄海底管道失效风险辨识与泄漏动态风险评估基于鱼刺图与层次分析相结合的方法,对老龄海底管道失效风险进行分析,并计算风险因素对层次总目标管道失效的权重值,建立老龄海底管道失效风险辨识模型。利用贝叶斯网络的前行预测推理计算老龄海底管道安全屏障失效的发生概率,利用其后向诊断推理能力计算各屏障因素的后验概率,并可以得出导致老龄海底管道腐蚀泄漏事故的基本事件的最可能组合模式,从而能够对造成老龄海底管道泄漏的关键失效屏障采取相应的预防措施构建老龄海底管道泄漏动态风险分析模型,对海底管道动态风险管理提供理论支撑。2老龄海底管道系统腐蚀剩余寿命评估建立腐蚀管道有限元模型,针对腐蚀区域的尺寸参数长、宽、高进行有限元特征参数分析,提出腐蚀深度特征参数对管道腐蚀区域的平均应力影响显著,随着腐蚀深度的增加,腐蚀区域的应力增幅较大。基于灰色理论,提出腐蚀深度灰色预测模型,根据管道历史检测数据,预测管道腐蚀深度变化趋势,结合有限元分析软件ANSYS,建立含腐蚀缺陷管道模型,研究有限元模型及灰色预测理论在老龄海底管道腐蚀剩余寿命预测方面的应用,提出腐蚀剩余寿命评估模型。3老龄海底管道延寿期完整性管理模型从老龄海底管道延寿期间完整性管理实施需求出发,明确老龄海底管道延寿期间完整性管理的内涵和外延,基于老龄海底管道完整性管理的技术标准体系、文件体系、完整性评价技术、变更管理模式,结合老龄海底管道延寿期间的特殊要求等,从数据收集与整理、高后果区识别、风险评估、完整性评定、维修与维护、效能评价五个方面提出延寿期间老龄海底管道的完整性管理模型。4老龄海底管道数字化分析与管理软件采用Visual Basic 6.0语言开发老龄海底管道数字化分析与管理系统。该软件采用参数化、模块化和信息化技术实现老龄海底管道延寿期的风险评估和完整性管理研究,结合科学计算软件MATLAB和有限元模拟软件ANSYS进行数据计算和后处理分析,为延寿服役期内老龄海底管道安全管理提供应用系统平台。软件大体由如下几个模块组成:属性参数设置模块、用户管理模块、风险辨识模块、时变风险评估模块、腐蚀剩余寿命评估模块、完整性管理模块和数据输出模块。