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服役井架結(jié)構(gòu)最低安全度的確定

文檔作者：張愛(ài)林王光遠(yuǎn) 文檔來(lái)源：工程理論與應(yīng)用研究所		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年06月16日
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(工程理論與應(yīng)用研究所) T“； ／一／
摘 要 在油田現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的基礎(chǔ)上，針對(duì)井架結(jié)構(gòu)的大修，結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)。用模糊綜
魯評(píng)判方法確定了服役井架結(jié)構(gòu)的最低安全瘦。為探人研究服役井架結(jié)構(gòu)維修理論奠定
基礎(chǔ)．
莢鍵詞 結(jié)構(gòu)維慘；服授井架；最低安全度：模糊綜合評(píng)判
分類號(hào)TU311
0 前言
為了能針對(duì)服役結(jié)構(gòu)特點(diǎn)給出切實(shí)有效和立即可用的結(jié)構(gòu)維修過(guò)程的跟蹤決策方
法[I一 ，作者在文獻(xiàn)【7]中提出了已建成結(jié)構(gòu)在服役過(guò)程中構(gòu)件的強(qiáng)度儲(chǔ)備比和結(jié)構(gòu)整體
強(qiáng)度儲(chǔ)備比的概念和定義，建議以強(qiáng)度儲(chǔ)備比_阼為構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的服役安全度的一種表達(dá)
方式， 指出安全指標(biāo)最低限的確定是結(jié)構(gòu)維修工作中最重要的決策， 具有重大的經(jīng)濟(jì)和
社會(huì)效益。
最低安全度就是指任何時(shí)候都不允許結(jié)構(gòu)的服役安全度小于此限． 當(dāng)結(jié)構(gòu)服役安全
度下降到接近最低限時(shí)， 就需要盡快進(jìn)行大修。
作為文獻(xiàn)[7]研究的深入，本文在油田現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的基礎(chǔ)上，針對(duì)大修，結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)，
充分考慮了設(shè)計(jì)制造水平、安裝水平、材料質(zhì)量 使用條件、重要程度、挽救能力和災(zāi)害
損失等模糊因索，用模糊綜合評(píng)判方法 確定了服役井架結(jié)構(gòu)的最低安全度。
1 影響最低安全度取值的因素
設(shè)
U={“l(fā)，u：，‘一．“．，‘一．“ )
={設(shè)計(jì)水平．制造水平，安裝水平．材料質(zhì)量，
使用條件，重要程度，挽救能力，災(zāi)害損失} (1)
為影響最低安全度取值的因素集．
對(duì)于每一個(gè)因素 又可按其程度細(xì)分為若干等級(jí)， 即建立等級(jí)集．
“。={“Il，“m ‘一．“I^) (2)
其中：u ( l，2．?，m；，=l，2，?，n)為第i個(gè)因素的第』個(gè)等級(jí)，n為所劃分的等級(jí)數(shù)。
收稿日期：l993—12—23
張疊# 男33歲 博士』咯本靖建筑走掌工程理論與應(yīng)用研究新(If~(101)
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2 ．旨爾藏建筑工程擘院學(xué)扭 第28奄
各個(gè)因素等級(jí)之聞很難有一個(gè)明確的界限．所以各個(gè)因素等級(jí)是因素 論域上的一
個(gè)模糊子集．因此，應(yīng)將各個(gè)因素表達(dá)為等級(jí)論域的模糊子集，即：
u ： 且+ +?+ (3)
一 “Il “r2 ．“
其中：O≤ ≤1(f=l，2，?，rn； =1，2，?， )為第i個(gè)因素的第 個(gè)等級(jí)對(duì)該因素的隸
屬度．
2 最低安全度取值范圍的確定 、
為了綜合評(píng)定服役井架結(jié)構(gòu)的最低安全度 必須首先確定 。的取值范匿f 。， J，
即最低安全度的上、下限 服役結(jié)構(gòu)區(qū)別于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)就是在已服役期內(nèi)得到
大量的使用信息 評(píng)估服役結(jié)拘必須充分利用這些已有的信息， 充分利用現(xiàn)場(chǎng)專家的經(jīng)
驗(yàn)。對(duì)于確定[ 。， 也是如此．必須利用已有信息和專家經(jīng)驗(yàn)，可以從油田上一大批
待大修的井架中，讓油田專家確定其中較好的和較差的，各選出一部有代表性的，利用論
文f7]的方法計(jì)算其安全度，分別得到 。和
把區(qū)間 ， J按等步長(zhǎng)取一系列離散值 (k=0 2。。．p)
．
=蟲(chóng)。 ÷ ( 。一蟲(chóng)。) (4)
并組成備擇集
= ( ?！?l， 2，? ， ，)
3 單因素評(píng)判
首先分別單獨(dú)考慮某一個(gè)因素來(lái)評(píng)判該事物對(duì)各個(gè)評(píng)語(yǔ)等級(jí)的隸屬度。當(dāng)有眾多因
素時(shí)，所求得的就是該因素與評(píng)語(yǔ)論域間的模糊關(guān)系．所以單因素評(píng)定的關(guān)鍵就是求各
等級(jí)在該因素的論域的隸屬函數(shù)． ’
設(shè)評(píng)判時(shí)第i個(gè)因素的第，個(gè)等級(jí)u．．對(duì)備擇集中第 個(gè)元素的隸屬度為 則第i
個(gè)因素的各個(gè)等級(jí)評(píng)判集可表為
墨v + 】 +．1’+南 ( )
。等級(jí)評(píng)判集應(yīng)是備擇集上的模糊子集，這樣，第i個(gè)因素的等級(jí)評(píng)判矩陣就是各等
級(jí)評(píng)判集的隸屬度所組成的矩陣：
R
l0 川
I2D I
lt
n 。
● ● ●
i-|
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璺J塑張疊林等 噩役井架觜構(gòu)最低安壘虞的確定
因素的各個(gè)等級(jí)對(duì)評(píng)判對(duì)象取值的影響是不相同的，應(yīng)該給因素各個(gè)等級(jí)以適當(dāng)?shù)?
權(quán)重，也就是建立相應(yīng)的等級(jí)權(quán)重集。把第i個(gè)因素的第』個(gè)等級(jí)對(duì)該因素的隸屬度
歸一化后的值w u／舌 作為該等級(jí)的權(quán)效·這樣，第f個(gè)因素的權(quán)重集為
(w? wn，。一，w ) (8)
由此得第f個(gè)因素的各個(gè)等級(jí)模糊子集所評(píng)判出的一級(jí)模糊綜合評(píng)判集
墨 (wm w ?，W )
E0 I
I曲 |2
II，
● ●
作者在文[8】中指出，上式所表達(dá)的廣義模糊運(yùn)算原則上有無(wú)窮多種， 常用的有 主
因素突出型 和“加權(quán)平均型 。只有在。加權(quán)平均型 的綜合評(píng)判中才全面地反映了各等
級(jí)評(píng)判的信息，這時(shí)，上述模糊關(guān)系變成普通矩陣乘法。
r (ⅡⅢ ? ，“ Ⅱf ) (1O)
其中：
、 善
當(dāng)考慮了所有的因素以后，即得到單因素評(píng)判矩陣
A =
口1 0 口II ? Ⅱ I
口
口：O n2I ? ＆2D
(I2)
4 二級(jí)模糊綜合評(píng)判及最低安全度的確定
單因素評(píng)判反映了一個(gè)因素各等級(jí)對(duì)最低安全度取值的影響，所以在進(jìn)一步考慮各
個(gè)因素對(duì)巾。取值影響的二級(jí)模糊綜合評(píng)判時(shí)，R即為單因素評(píng)判矩陣。
為了綜合考慮各個(gè)因素對(duì) 取值影響的不同， 應(yīng)該取一反映各個(gè)因素重要程度的
歸一化因素權(quán)重集
(w-，w：，’一， w ) (1 3)
考慮了所有的影響因素，就得到了二級(jí)模糊綜合評(píng)判集為
量 R (w，，w：，。。。，w )
d】D d】l
Ⅱ2o Ⅱ2】
Ⅱ |，
Ⅱ
Ⅱm0 ⅡmI ? 口_
(14)
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培爾蘸建筑工程摯皖學(xué)報(bào) 第2B春
其中
量 (b b 一，b ) (15)
6I w (k=o 1 一．p) (16)
6 就是綜合考慮所有因素時(shí)，最低安全度 對(duì)備擇集中第k個(gè)元素的隸屬度。
有了評(píng)判指標(biāo)量=( ，b 一，6，)，就可以利用加權(quán)平均法確定最低安全度 的具體
值，
。= Σ 6 Σ b
5 工程實(shí)例
服役塔架最低安全度的確定?！?
塔形井架是目前油田上使用最廣泛的服役井架(結(jié)構(gòu)如
附圖所示)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)約有1200多部。所以確定其最低
安全度有重要意義。各個(gè)因素等級(jí)以及塔架對(duì)該因素的隸屬
度如附表所示。
最低安全度 的取值范圍的確定是個(gè)較復(fù)雜的問(wèn)題。
作者在油田調(diào)查的基礎(chǔ)上，收集到一批塔架大修前的資料，
由油田技術(shù)人員選出其中較好的和較差的， 根據(jù)所掌握的狀
態(tài)資料通過(guò)各種缺陷的等效處理 ，按文獻(xiàn)【7】的公式計(jì)算得
到相應(yīng)的安全度， 從而定出 和 。
附裹 因素等級(jí)爰其隸屬度
(17)
附圖塔型井架結(jié)構(gòu)圖
等 疑 隸 屬 度
因 嘉
1 2 3 5 1 2 3 d 5
設(shè)計(jì)水平 高 較高 中等 較幢 低 08 1：0 0 5 0．2 0．0
j-I造水平 高 較高 中等 較幢 低 0．8 1．0 05 0．2 0．0
安裝木平 高 較高 中等 較幢 低 0 1．0 0．8 4 0．0
【』| 材料質(zhì)量 好 較好 一般 較差 差 ¨ 0．9 m7 2 仰
U_ 使甩條件 好 較好 一般 輕差 差 0D 0．3 5 0．9 0．2
重要程度 不重要 較不重要 一殷 較重要 重要 0 0 5 0．9 n7 3
挽救蔭力 強(qiáng) 較強(qiáng) 一般 較磊 羈 0 0．0 04 0．9 0 5
災(zāi)害損失 較小 一般 較大 大 O 0 0．2 0．5 0．7 0．2
1．大修前較好的塔架狀態(tài)資料(1982年9月使用)
大腿彎曲：1 角 1節(jié)頭彎llmm，2節(jié)彎4ram；
3節(jié)彎7mm， 8節(jié)彎4ram。
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第l期 張量#．f：衛(wèi)控井集鉆構(gòu)量低安全度的確定 5
2 角 I節(jié)彎4mm，2節(jié)彎6mm；
4節(jié)彎14ram．
3 角 I節(jié)彎6mm，2節(jié)彎5mm。
4 角4節(jié)彎8mm。
拉筋彎曲：太平大斜拉筋有27％ 彎曲
小平小斜拉筋有42％ 彎曲
大腿接觸面積：2號(hào)角3N4節(jié)處為78．3％
螺孔脹大：有39．7％，脹大量為l_5mm．
銹蝕：43．2％ 發(fā)生銹蝕，壁厚堿薄O．7％
支座沉陷：32mm ，
附件情況：省略
通過(guò)計(jì)算，該塔架的安全度為 。=0l723
2．大修前較差的塔架狀態(tài)資料(1980年6月使用)
大腿彎曲：I。角 2節(jié)彎15ram
角I節(jié)彎lOmm，2節(jié)彎19mm
3 角2節(jié)彎9mm
4 角4節(jié)彎8mm
拉筋彎曲：太平大斜拉筋有32％ 彎曲
小平小斜拉筋有45％ 彎曲
接觸面積：2號(hào)角2～3節(jié)處為72％
螺孔脹大：有48％ ，脹大I．9mm。
銹蝕：47％ 發(fā)生銹蝕， 壁厚減薄1．2％
支座沉陷：27ram
附件情況：省略
通過(guò)計(jì)算，該塔架的安全度 =O．675。
這樣服役塔架最低安全度的取值范圍為 = ， =[o．675，0．7231，取步長(zhǎng)0,048。將
其離散后得到備擇集。
=( ， t，?， t
=(0．675，0．6798，0．6846。0．6894，0．6942，0．699，0．7038，
O．7086，O．71 34。O．7182，0．723)
各個(gè)因素的等級(jí)評(píng)判矩陣取為
R J
等級(jí)權(quán)重集為
1．0
0．7
0．1
0．0
0．0
0．9
0．9
0．3
0．0
O．0
O．7
1．0
O．5
0．0
0．0
0．5
0．9
0．7
0．1
0．0
O．3
O．7
0．9
0．3
0．0
O．1
0．5
1．0
0．5
0．1
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6 喑爾癬建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào) 第囂奇
．
0 32 0 4
0 32 0 4
【0．2143
0．3O77
【0 0
}0．0
；0 0
- 0．0
0．3571
0 3462
0．1 579
0．2083
O．0
0．125O
O．2
O．2
0．2857
0．2692
O．2632
0．3750
0．2222
0．3125
O．08
O．08
O．1429
0．0769
0 4737
0．2917
O．5000
0．4375
0．0
O．0
O．O
O．0
0．1053
0．1250
0．2778
O．1250
考慮所有因素·計(jì)算量 ．。 ：，得到單因素模糊綜臺(tái)評(píng)判矩陣 。取因素權(quán)重
集為
W =(0．2，0 1，0 1，0．1，0．1 5，0．1 5，0．1，0．1)
則可得塔架最低安全度gO-級(jí)模糊綜臺(tái)評(píng)判向量為
旦= -盡 (b。， 一，b．。)
=(0．3551，0 4488，0 4938，O．5168，0．5395，0．5431．0．5162
0．4775，0 4392，0．3758，0．2795)
所以，服役塔架最低安全度為
0。= b ／ b = 0．6981≈ 0．70
6 結(jié)語(yǔ)
本文結(jié)合油田現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及現(xiàn)場(chǎng)專家經(jīng)驗(yàn)，提出了用模糊綜合評(píng)判確定服役井架最低
安全度的方法，工程實(shí)例表明是可行的。
關(guān)于服役井架承載能力的模糊評(píng)定，結(jié)構(gòu)雙重非線性分析以及模糊動(dòng)態(tài)可靠度評(píng)估
等問(wèn)題，作者將在其他論文中加以闡述。
參考文獻(xiàn)
1 王光遠(yuǎn)．結(jié)構(gòu)般投期同的動(dòng)態(tài)可靠度及其雛修理論初撂．啥爾濱建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，1990，23f21
2 王光遠(yuǎn)．工程軟設(shè)計(jì)理論．北京：科學(xué)出版杜． I992
3 張愛(ài)林． 積投開(kāi)展石油行業(yè)可靠性技術(shù)研究．石油知識(shí)，199~1)
4 張愛(ài)林，王光遠(yuǎn)．服役井槊可靠性評(píng)定的幾個(gè)閘題．石油機(jī)械，1994,22(6)
5 張愛(ài)林，王惠德．初始缺陷對(duì)塔槊可靠度的影響．石油機(jī)械．]992,2O(2)
6 張愛(ài)林，王光適．考慮初始缺陷的服役井架結(jié)構(gòu)承載力分析．石油礦場(chǎng)機(jī)槭， 1994,23舊
7 王光遠(yuǎn)．結(jié)構(gòu)強(qiáng)鷹儲(chǔ)備的評(píng)估及結(jié)構(gòu)維修過(guò)理的跟蹤決策．啥爾接建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)， t993，26(2】
8 王光遠(yuǎn)．論綜臺(tái)評(píng)判幾種教學(xué)模型的實(shí)質(zhì)及其應(yīng)用．模糊教學(xué)， 1984(4)
9 張愛(ài)琳．在役石油井架結(jié)構(gòu)的嵌糊動(dòng)態(tài)可靠魔評(píng)估與雛修喪策：I博士論文l啥爾濱 略爾濱建筑大
學(xué)圖書(shū)館．1994
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第1期 戎曼#等：里投井集觜掏量僵安壘度的確定 7
Determination of the M inimum Safety of
a Derrick Structure in Service
Zhang Ailin W ang Guangyuan
Abstract
In this paper，based on the investigation in oil fields and in accordance with
heavy repair，the minimum structural safety of a derr~k in setvie~ is determined by
fuzzy comprehensive evaluation combined with experts experiences in oil fields．As
a result，a ~ undation for the study of maintenance theory of a derrick in service
is laid．
Key words structure repair； derrick in service； minimum safety； fuzzy
co mprehensive evaluation

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03-05