(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 202211125271.0 (22)申请日 2022.09.16 (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　 (74)专利代理 机构 青岛智地领创专利代理有限 公司 37252 专利代理师 王鸣鹤 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06Q 10/06(2012.01) G06F 17/18(2006.01)G06F 113/14(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 海底管道相依竞争失效实时可靠性评估系 统及评估方法 (57)摘要 本发明公开一种海底管道相依竞争失效实 时可靠性评估系统及评估 方法， 属于海洋石油工 程技术领域。 所述评估系统包含三个部分： 海底 管道退化监测子系统、 海底管道振动监测子系 统、 数据收集与分析子系统； 根据评估系统获取 的数据进行评估运算， 所述评估 方法包括建立海 底管道失效模式、 研究竞争失效机制、 建立相依 竞争失效动态贝叶斯网络、 可靠性计算。 海底管 道相依竞争失效实时可靠性评估系统， 采用本发 明的系统和方法考虑不同失效因素间相互作用 关系对海底管道的影响， 分析在相依竞争失效模 式下海底管道的可靠性， 进一步完善了竞争失效 机制， 考虑了模型存在的参数不确定性问题， 实 现了对海底管道可靠性的有效实时评估与预测。 权利要求书6页 说明书14页 附图4页 CN 115203987 A 2022.10.18 CN 115203987 A 1.一种海底管道相依竞争失效实时可靠性评估系统， 其特征在于， 所述评估系统包括： 海底管道退化监测子系统、 海底管道振动监测子系统和数据收集与分析子系统， 所述海底 管道退化监测子系统包括中心控制单元、 超声发射单元、 超声接收单元和信号处理单元， 超 声发射单元发射的超声波被超声接收单元接收并将信号传输至信号处理单元， 信号处理单 元将接收的退化数据上传至中心控制单元； 中心控制单元接收信号处理单元的退化数据并 进行在线退化数据监控， 并将在线监测数据传输至数据收集与分析子系统中的通讯模块， 获取海底管道退化信息， 所述数据收集与分析子系统包括通讯模块、 信号转换模块、 概率信 息生成与更新模块、 相依竞争失效概率算法模块和可靠性实时评估模块， 通讯模块用于接 收海底管道退化监测子系统和海底管道振动监测子系统发送的数据信息， 信号转换模块用 于将通讯模块接收到的信号转换为电信号； 概率信息生成与更新模块用于读取所述电信 号， 并将读取到的电信号用于概率信息生成、 跟踪和贝叶斯更新； 竞争失效概率算法模块用 于将海底管道各退化模式的概率信息汇总， 生成海底管道失效的概率； 可靠性评估模块读 取海底管道竞争失效概率算法模块生成的概率信息， 进行海底管道实时可靠性评估； 所述 海底管道振动监测子系统包括分布式光纤传感器、 光源光电检测系统和计算机信号处理系 统， 用于监测海底管道由于 外部冲击导 致的振动。 2.采用权利要求1所述的一种海底管道相依竞争失效实时可靠性评估系统的评估方 法， 其特征在于， 所述评估方法包括以下步骤： 步骤1、 建立海底管道失效模型， 结合海底管道历史失效数据， 将海底管道 的失效模式 分为内部因素引起的退化 失效和外部冲击引起的突发失效两种， 建立海底管道退化 失效模 型和突发 失效模型； 步骤2、 研究竞争失效机制， 研究退化失效和突发失效的相互作用关系， 将 随机冲击过 程建为易化模型， 获取海底管道内部总退化量对突发失效的影响、 外部冲击引起内部退化 增量变化以及外部冲击引起退化率变化， 利用强度函数， 建立海底管道竞争失效可靠性模 型并对海底管道数据库中的历史失效数据进行参数估计； 步骤3、 结合海底管道竞争失效机制， 分别建立突发失效模型的静态贝叶斯网络、 退化 失效模型的静态贝叶斯网络、 易化模型的静态贝叶斯网络， 根据步骤2得到的海底管道竞争 失效可靠度模型， 结合突发失效模型 的静态贝叶斯网络、 退化失效模型 的静态贝叶斯网络 和易化模型的静态贝叶斯网络 建立海底管道相依 竞争失效静态贝叶斯网络， 根据转化动态 贝叶斯网络时间片与时间片间的条件概率表， 海底管道相依 竞争失效静态贝叶斯网络拓展 为动态贝叶斯网络； 步骤4、 根据权利要求1所述实时可靠性评估系统中获取的实时失效数据， 对实时失效 数据进行贝叶斯更新 获得新的参数， 将新参数带入海底管道相依竞争失效静态贝叶斯网络 中进行计算， 得到海底管道实时可靠度， 将此刻海底管道相依竞争失效静态贝叶斯网络以 年为单位进行拓展成动态贝叶斯网络对下一年内的可靠度进 行获取， 海底管道相依 竞争失 效动态贝叶斯网络里 的全部节点与海底管道相依竞争失效静态贝叶斯网络一致，  体现出 海底管道从一个时刻到下一个时刻可靠度变化。 3.根据权利要求2所述的一种海底管道相依竞争失效实时可靠性评估系统的评估方 法， 其特征在于， 所述海底管道退化失效模型为：权　利　要　求　书 1/6 页 2 CN 115203987 A 2采用 过程描述海底管道退化过程， 对任意的 和 ， ， 其中， 是形状参数为 、 尺度参数为 的 分布， Ga(α, β )的分布函数 为： 式中， 为Gamma函数； 当从 时刻开始时， 海底管道的退化 量 ， 则： 所述海底管道突发 失效模型为： 采用极值冲击模型描述随机冲击对海底管道的影响， 当外界任意一 次冲击造成的损伤 超过了海底管道的突发失效阈值 时， 海底管道发生突发失效， 当外界冲击为极值冲击模 型时， 假设第 次冲击量大小为 ， 所有的 相互独立， 则到时间 为止海底管道 不发生突发失效的概 率P为： 其中， 为 的累积分布函数； 为到时刻t为止冲击发生的总次数； 为海底管 道的突发 失效阈值； 海底管道在地震作用下容易受到波浪荷载等因素的影响， 导致管道产生强烈的振动， 证明振动影响的物理模型 是 定律： 其中，  为裂纹扩展速率； 为循环应力数； 和 为经验确定的材料参数， 值与 有关；  为裂缝深度； 为每个循环的等效应力范围， 可以用经验表示 为： 其中， 为 函数；  为威布尔分布的尺度参数； 是威布尔分布的形状参数， 假 定海底管道初始深度为 ， 计算第 次应力循环处的裂缝深度为：权　利　要　求　书 2/6 页 3 CN 115203987 A 3