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复杂井况下套管的可靠性与风险评估研究

高进伟

   复杂井况下套管的可靠性分析与风险评估是全面评价套管在多因素复杂工况井中的安全可靠性能和预期寿命,有效预防套管失效,提高套管可靠性,延长套管寿命的重要应用型理论与技术研究工作。首先,在现有研究基础之上,通过资料统计和理论推导,得出了各种典型载荷对套管损坏的作用机理及影响规律,获得了多种因素对套管强度的影响规律;研究了套管多种载荷的形成与影响因素,尤其是采用振型分解反应谱理论和地震等效静载荷法计算分析了地震作用对套管轴向载荷和横向载荷的影响。其次,由于套管强度和载荷具有一定的随机性,以概率和可靠性理论为基础,采用随机数值模拟和理论计算等方法分析了套管强度的随机性及其影响因素,得出了套管各种强度的分布规律和分布参数,套管属性的随机性对套管强度随机性的影响规律,给出了API套管各种强度的可靠度结果;通过理论推导和相关经验公式,分析了典型载荷的概率模型,得到了其随机性分布规律。结果表明,套管属性的随机性越大,则套管强度的可靠性越低;套管抗挤强度和抗拉强度API值的可靠度比较符合工程实际,但抗内压强度API值的可靠度偏高;套管载荷一般服从正态分布,其随机性取决于预测的准确性。再次,通过分析套管柱的基本失效形式,建立了极限状态方程,确定了失效概率计算方法,得到了套管强度和载荷的随机性对其可靠性的影响规律,确定了套管可靠度与安全系数之间的关系;通过故障树分析,建立了套管柱系统的可靠度模型,完善了套管可靠性设计的基本方法与步骤;建立了基于Borda序值的套管风险评估的模糊综合定量分析方法及其模型,综合分析了套管各风险因素的影响程度和发生概率,同时考虑了人为因素等难以量化或资料不完备的风险因素;对部分复杂井况下套管的可靠度和风险情况进行了实例计算和验证,计算结果表明该可靠度模型和风险评估模型均具有较好的可信度,且二者具有很强的互补性。然后,通过支持向量机技术,结合套管的风险影响因素分析结果,建立了基于支持向量机的套管寿命学习-预测方法和模型;通过多个套管损坏井的样本训练学习,对实际套管的寿命进行了预测,完善了寿命预测模型的基本参数。最后,根据上述研究成果,采用动态数据库技术、优化筛选技术和计算机图形学,完成了配套软件“复杂井况下套管可靠性与安全分析”的开发,并将其成功应用于相关实例的计算中。此外,鉴于在役套管监测在套管安全评价中的作用,以及水平井井下仪器送进的实际困难,通过理论分析、计算机仿真和模型试验,开发了结构简单、紧凑、可靠性高,且具有较宽井眼直径适应能力和较大驱动力的水平井井下爬行器,用于套管监测仪器在大斜度和水平井段的输送。……   
[关键词]:复杂井况;套管;可靠性;风险评估;寿命预测
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中国石油大学2007年