茹贤林

（大庆油田装备制造集团采油装备制造分公司，黑龙江大庆 163000）

0 引言

采气井口是气田进行天然气开采的关键装置，主要作用是实现对开采气流的通断、控制及引导，同时采气井口还有悬挂油管并实现油套环空密封的作用，采气井口能够有效的控制井下的气压，而且还是采气生产作业过程中一种承压设备，在气田的生产开采中采气井口是一种非常重要的地面设施，对气田的安全生产作业有着非常重要的作用。不仅具有安全、稳定的运行性能，而且抗腐蚀、耐磨性较好，容易实现互换，使用寿命长。一般情况下，采气井口的运行环境都在露天的环境下，而采气井口出现故障与井口的结构设计、设备制造材料，以及制造工艺流程、天然气的组分等都有非常大的关系，因此采气井口出现故障的形式也非常复杂，一旦出现故障很容易造成气井失控，轻则造成天然气资源的浪费，严重时会导致重大的人员伤亡事故。因此针对采气井口装置进行故障分析，并找出造成故障的主要原因，并采取相应措施，做到提前预防和减少事故的发生。

1 故障树分析方法概述

故障树分析方法是20世纪60年代由美国贝尔电报公司在实验时提出的一种逻辑分析方法，通过故障树的绘制来展开故障分析，主要特点就是形象直观、简洁明了和逻辑性强，不仅可以做出定性分析，还可进行定量分析。故障树图是故障分析方常用的一种逻辑上存在因果关系的图形化设计方法，故障树图在一定程度上反应了部件之间的因果关系，可以通过某一个部件的状态来反应出整个系统的运行状态，并通过事件符号、逻辑门符号、转移符号等不同的符号等，来对不同事件之间的因果关系进行反应。

2 采气井口部件失效分析

针对采气井口零部件进行故障分析的最终目的，是为了根据零部件故障的原因来找到相应的预防措施，而采气井口装置零部件故障的查找往往是从零部件的制造材料、设计、制造工艺、使用环境、介质组分等几个角度进行的，因此在实际的故障排查过程中要从故障的表象出发来找出故障发生的本质，这样才能找到真正的解决措施。

采气井口装置的一些零部件中存在摩擦副，而摩擦副在相互接触的过程中产生的相对运动会，导致零部件接触表面材料的大量流失，使零部件产生磨损。

（1）黏着磨损。采气井口装置中的闸板与阀座之间、盘根与阀杆之间产生的相对运动，应是接触表面凸起部分产生的相对运动。在外力的作用下相互接触的摩擦副会产生塑性形变并出现互相粘附的现象，这样在产生相对运动的时候就会产生一个相互的切力，这样材料性能较差的摩擦副就会出现损坏，并在表面产生凹坑。

（2）磨粒磨损与冲蚀磨损。天然气的气流中往往会掺杂着一些颗粒杂质，当这些杂质进入摩擦表面时，一些硬度相对较大的颗粒就会在外力的作用下被压入金属表面的材料中，或迫使盘根表面出现塑性形变。另外，天然气气流中的一些杂质或污染物进入闸板与阀座或者阀针与阀座之间的时候，会在顺着气流的方向上产生冲蚀作用，并在零部件的表面留下蚀槽或较深的沟槽，导致零部件表面的金属材料流失。

（3）腐蚀磨损。由于闸板跟阀座始终处在含有硫化氢、二氧化硫等腐蚀性介质的条件下，因此表面会在腐蚀性气体的作用下形成化合物，这些化合物会在闸板开关的过程中被磨掉，而裸露出来的新鲜金属表面又会在腐蚀作用下被磨损，从而运行磨损与腐蚀的相互促进，加速了闸板与阀座的损坏。而展板与阀座以及阀针与阀座之间产生的磨损，通常情况下会同时具备上述几种磨损情况，只是在不同的工艺流程下磨损的主导作用不同。而采气井口产生中的闸板以及针阀等还会产生电池反应，从而导致电化学腐蚀，加剧了零件的损坏。

3 采气井口故障树分析

3.1 假设条件

要想使用故障树法对采气井口装置故障进行分析，首先要建立起采气井口装置故障树，因此根据采气井口的现场使用情况提出了以下假设条件。

（1）该采气井口井下压力充足，气井的储量丰富。

（2）针阀的作用仅是调节气井的产量，不会被用来进行截流。

（3）在本次分析过程中将忽略管线产生的漏失。

（4）该气井处于正常的稳产阶段。

（5）整个采气系统或单一的采气井口设备只能处于正常运行或失效的状态。

（6）采气井口装置中的相关设备是独立存在的，某一装置出现障时不会对其他装置的运行造成影响。

（7）其中有3个阀是作为备用阀件，将其假设为阀1，阀2和阀3，其对分析结果产生的影响很小。

3.2 建立采气井口装置故障树

将采气井口装置对气井的正常生产产生的影响作为顶事件，通过对采气现场作业的相关理论分析以及大量的试验后建立采气井口装置的故障树（图1）。

3.3 采气井口装置的故障树分析方法

（1）故障树分析方法中主要有定性及定量2种分析方法。通过定性分析可以将基本事件在发生后对故障树产生的具体影响进行明确。而定量分析是将故障树中的最小割集全部求解出来，而最小割集能够将系统整体的故障方式全部反应出来，因此所有的最小割集组合在一起形成的系统又被称为是故障谱。然后可以通过故障谱来找出系统中最为薄弱的环节，并针对薄弱环节提出相应的解决措施，这样就可不断的提升系统整体运行的可靠性。在采气井口装置故障树的最小割集求解过程中主要使用了布尔代数求解方法，总共求解出了4个最小割集，分别是 K1={X4}；K2={X5}；K3={X8，X9}；K4={X1，X8，X9}。

（2）通过对采气井口装置故障树的定量分析后得出，根据采气井口装置相关设备的重要度分析后发现，在采气井口装置故障树中，X4，X5的结构重要度是最大的，结构重要度次之的是X1，而结构重要度最小的是X8和X9。由此可见，在采气井口装置运行过程中漏失是对井口装置运行产生影响最大的原因，而本次分析过程中已经假设管线漏失可以忽略，那么就可以看出，针阀的质量性能是影响采气井口装置运行最主要的因素。因此，要针对针阀的制造材料进行改进，同时要加强在工艺的控制，这样才能提升采气井口装置在运行过程中的可靠性。

4 结束语

故障树分析方法的发展使得针对系统进行的可靠性以及风险分析更加完善，而且能够实现系统故障的预测，同时也能实现故障后的原因分析，针对采气井口装置进行的故障树分析目前来说还不是很完善，仍然有很多地方需要修正。因此，该方法只能对采气井口装置的故障分析形成一定的指导作用。