深井超深井套管风险评估方法

套管强度设计标准未考虑制造缺陷,且深井超深井套管安全系数难以确定,为弥补这些不足,提出一种基于目标可靠指标的含缺陷套管风险评估方法。首先,建立考虑套管制造缺陷的套管强度和外载计算方法,并基于强度和载荷影响因素的随机性,利用蒙特卡罗(MC)法获取强度和载荷的分布类型和参数;其次,确定目标可靠指标,对拉克维茨-菲斯勒(R-F)法逆向迭代求解,并结合分项系数法,确定套管强度和载荷的分项系数;最后,根据分项系数和套管外载标准值确定套管所需的最低强度值,选择套管或判断已选套管是否满足安全可靠性的要求,并作实例分析。结果表明:该风险评估方法能够满足深井超深井套管设计和选型的工程实际需要;能够弥补传统设计法中安全系数选取困难的现状。     

基于区间模型的套管强度可靠性评估北大核心CSCD

为了弥补传统安全系数法以及可靠性理论在套管可靠性评估中的缺陷,基于区间理论提出了1种适合套管可靠性评估的非概率可靠指标,给出了套管三向强度可靠性评价模型以及相关参数最大、最小值取值方法。研究了外载变化区间均值和偏差对非概率可靠指标的影响规律。结果表明:均值增加,可靠指标线性降低、容许的载荷区间最小值增加;偏差增加,可靠指标非线性降低,并且降低率降低。套管强度影响因素变化区间偏差与可靠指标近似成线性逆相关关系。     

气体钻与泥浆钻全井段套管磨损对比研究

套管磨损会降低套管的抗挤强度和抗内压强度,造成套管柱变形、挤毁和泄漏等事故。为了对比气体钻与泥浆钻全井段套管磨损情况,建立了三维井眼中钻柱接触力计算模型;将基于能量损失的线性"磨损—效率"模型与月牙形磨损模型相结合,建立了全井段套管内壁磨损深度的预测模型;通过开展空气和泥浆环境套管磨损实验,获得了套管磨损系数;利用建立的模型和实验获得的参数进行了实例计算和分析,对比了气体钻和泥浆钻后套管的磨损深度。研究结果表明:气体钻井造成的全井段套管磨损量略比泥浆钻井大,但套管磨损严重的位置发生为狗腿度较大的井段。建立的预测模型和计算结果可为气体钻水平井套管磨损分析及套管完整性评价提供理论依据和工程参考。     

基于区间模型的套管强度可靠性评估

为了弥补传统安全系数法以及可靠性理论在套管可靠性评估中的缺陷,基于区间理论提出了1种适合套管可靠性评估的非概率可靠指标,给出了套管三向强度可靠性评价模型以及相关参数最大、最小值取值方法。研究了外载变化区间均值和偏差对非概率可靠指标的影响规律。结果表明:均值增加,可靠指标线性降低、容许的载荷区间最小值增加;偏差增加,可靠指标非线性降低,并且降低率降低。套管强度影响因素变化区间偏差与可靠指标近似成线性逆相关关系。     

RBF神经网络可靠度分析方法在边坡稳定性研究中的应用

针对边坡稳定性可靠度分析,当状态函数无法显式表达且传统计算方法求解复杂问题困难时,提出一种基于ABAQUS和粒子群优化径向基函数神经网络的可靠度分析方法。基于ABAQUS的强度折减方法计算所选随机变量对应的安全系数,利用径向基函数神经网络的数据拟合功能,建立模型并映射出安全系数和随机变量之间的关系,构造响应面功能函数;利用蒙特卡罗生成的大量随机样本代入功能函数得到相应的安全系数,进而计算边坡的失稳概率和可靠度指标来反映边坡稳定性。研究结果表明:相对于传统方法,本文方法计算效率更高、误差更小,适合实际工程应用。     

海上气井环空带压油套管柱动态安全评价技术

为了有效预测海上气井环空带压油套管柱潜在失效风险及安全管理环空压力，提出1种基于井口压力、温度和液位多参数监测的海上气井环空带压油套管柱动态安全评价技术。首先，结合气井生产状态参数和完井信息，建立气井井筒压力分布计算方法；然后，根据力学知识分析气井环空带压油套管柱应力场特点，进而提出利用环空带压井油套管柱安全系数作为油套管柱失效评价依据；最终，开发海上气井环空带压安全监测系统并开展现场案例井分析。研究结果表明:监测系统能够准确获取环空带压状态参数，通过环空压力状态变化分析阐述“A”环空带压机理为泄漏点处油套管之间压力平衡的保持；结合实际井口环空压力监测数据，井筒安全系数能够实时表征油套管柱安全状态。     

基于可靠性研究的内压薄壁容器两个重要系数

应用应力-强度干涉模型,建立了确定钢制内压薄壁容器安全系数与试验压力系数的方法;根据钢制内压薄壁容器静强度在不同操作时的最小许用可靠度系数,研究了其安全系数与试验压力系数的关系。研究表明:①屈服与抗拉安全系数应分别不小于1.45与1.70;②试验压力系数在气压试验与液压试验时应分别不大于1.10与1.25。     

尾矿坝地震液化评价可靠度模型及应用

为适应计算参数本身具有的随机性和未确知性,将可靠度理论引入尾矿坝地震液化评价中。以测试数据的统计分析结果为基础,应用一次二阶矩法建立尾矿坝地震液化分析可靠度模型,探讨了可靠度指标与抗液化安全系数之间的关系,并将该模型应用到某尾矿坝地震液化分析中。结果表明,新建可靠度模型各参数的物理意义与统计指标明确,相比传统的确定性分析方法,不仅能判断液化的发生与否,还能给出液化发生的概率;可靠度理论在液化分析中能更好地考虑计算参数的变异性,进一步完善了尾矿坝地震液化分析理论,为进行基于风险分析的尾矿坝抗震设计和地震安全评价提供更全面的依据。     

用可靠性理论分析矿柱安全系数的取值范围

用可靠性理论研究矿柱稳定的可靠度与安全系数间的关系.在可靠度计算中,将矿柱强度和压应力作为随机量处理,建立了可靠度与安全系数、变异系数和回采率间的关系式;给出 Bieniawski 的安全系数现场统计分析结果的理论解释.     

基于响应面法和强度折减法的边坡可靠性计算研究

针对边坡安全系数是隐式函数的特点,提出将有限差分强度折减法和响应面法(RSM)相结合,分析边坡可靠性的方法。采用安全系数、破坏概率及对应的临界滑动面等,作为综合评价边坡稳定性的指标。算例验证表明,笔者提出的计算方法所得结果与其他方法比较接近,且更能反映边坡真实的工作状态。对某钢铁基地工程的昔格达组地层边坡,采用新的计算方法进行可靠度分析,对比研究确定性破坏模式和概率破坏模式中剪应变增量和破坏区的分布。研究结果表明,均值强度较高的边坡岩土体,如果变异系数较大,便仍处于较高风险水平,虽然边坡整体的安全系数满足工程要求;均值安全系数和最小可靠度指标对应的破坏模式也是有差别的。     

基于蒙特卡洛方法的油气井管柱可靠性评估*

为提高油气井管柱服役的安全性,采用数据统计与可靠性理论评估油气井管柱可靠性。首先,识别影响管柱外载及其参数的变量,构建油气井管柱安全极限状态方程;然后,采集模型变量数据,确定变量分布与参数,形成油气井管柱可靠性数值模型;最后,通过蒙特卡洛方法计算影响管柱可靠性的关键变量和不同置信度水平下管柱剩余强度分布及安全系数取值。结果表明:目标区域油气井管柱剩余强度符合正态分布,得到不同置信度水平下管柱的可靠度,管柱的安全系数取值范围可满足管柱安全设计要求,所构建的方法可为实际生产中油气井井筒管柱安全评价提供技术支撑。     

高压、超高压油气井装备抗内压强度设计计算分析*

为解决传统计算公式与方法已几乎无法满足目前对高压、超高压油气井装备强度设计的需求,利用理论分析方法,对不同抗内压强度计算公式进行详细分析,引入压力容器行业高压、超高压的计算公式与方法,并对某高温高压井抗内压强度进行分析,提出适用于超高压油气井的油套管抗内压强度计算公式。研究结果表明:不同抗内压强度公式的基本思想与设计准则不同,在使用时应注意限制条件,现有的抗内压强度计算公式不适用于高压、超高压油气井,材料性能不能充分利用且存在一定安全隐患;对超过100 MPa的油气井,可以采用弹塑性理念计算抗内压强度,对于油套管可以减小强度等级同时增加壁厚来满足抗内压强度要求。研究结果对高压、超高压油气井装备抗内压强度设计具有一定参考价值。     

套管环空压力恢复与泄压预测模型研究

针对气井套管环空带压问题,通过研究气体在套管水泥环内的渗流规律,建立了气体渗流的连续性方程和运动方程,并求解出气体在水泥环中的渗流速率。通过分析井口泄压时针型阀处的气体流动状态,得出泄压时的气体泄放速率。以气体渗流速率和泄放速率为基础,结合井口的气体状态方程,分别建立了套管环空压力恢复与泄压预测模型。根据现场A气井实际数据进行实例计算,研究结果表明:所建模型计算的套管环空压力值与现场实测数据吻合,验证了模型的准确性。研究结果对套管环空带压的诊断评估和环空压力的控制具有重要意义。     

基于环空带压临界值确定高温高压气井临界产量

高温高压气井环空带压现象日益严重,环空带压过大可能破坏井筒的完整性,基于能量守恒定律和井筒径向传热机理,建立了井筒多环空温度场计算模型;综合考虑环空温度效应和体积效应,建立了环空带压控制方程,以某高温高压气井为例,开展了基于环空带压临界值确定高温高压气井临界产量的具体分析。研究结果表明:环空温度随产量和生产时间的增大先增加后逐渐稳定,相比生产时间,产量对环空温度的影响更加明显;环空带压越大,井下管柱安全系数越小,综合对比API RP 90标准和环空带压安全评价2种方法的结果,确定了各环空最大允许带压值,结合环空带压与产量的关系可得到高温高压气井的临界产量。研究结果对合理制定高温高压气井的生产制度具有理论指导意义。     

考虑岩石抗拉强度受围压影响的地层破裂压模型

预测地层破裂压力是地下流体注入工程中的关键问题，关系到工程的稳定性和安全性。根据地测资料，岩石的抗拉强度会随着围压产生变化，然而目前常见的地层破裂压预测模型均未考虑该因素。基于厚壁圆筒法，针对2种砂岩开展不同围压条件下的砂岩致裂试验，根据试验数据，计算各组试验中试样的抗拉强度，并拟合围压与岩石抗拉强度的关系函数。研究岩石抗拉强度随围压变化的规律，提出能在实际地层中表征该规律的参数，基于该参数对现有的地层破裂压模型进行修正，并结合实测数据验证修正模型的可靠性。研究结果表明:岩石的抗拉强度随着围压的增加呈现明显的线性正相关关系，低围压下，新模型的预测结果与实测数据较为接近。随着围压增加，二者的差异逐渐增大，说明选取的特征参数在低围压下能较好地描述抗拉强度受围压的影响效应，而高围压下参数的取值需进一步研究。     

基于多因素信息融合的城市供水安全评价系统

为了确定城市供水安全状态，提出1种基于多因素信息融合思想的城市供水安全评价方法。以城市供水安全指标体系为基础，建立供水安全指标与基本概率指派函数焦元的对应关系；采用组合权重确定各评价指标的权重值作为对指标证据的支持程度，通过加权合成方法得到各因素定量、定性信息的基本概率指派函数值，利用证据理论的Dempster组合规则进行因素融合。研究结果表明:以郑州市供水安全指标体系为例，在进行多指标信息融合时与解决证据冲突的融合方法计算结果相同，郑州市2006——2008年城市供水处于不安全状态，2008年以后安全等级逐步升高且趋于稳定状态，可以预测出在未来一段时间郑州市的供水处于安全状态。     

考虑岩土体剪胀特性的边坡稳定性分析*

为考虑岩土体剪胀特性对边坡稳定性的影响，基于非关联流动法则，利用等效内摩擦角的概念对原抗剪强度参数进行修正，以修正后的等效参数c*，φ*探讨剪胀角对岩土体强度的影响，结合传统强度折减法以及基于临界曲线的双系数折减法，求解基于修正后等效参数计算的边坡安全系数，并给出安全系数的取值方法。结果表明:采用等效参数来考虑剪胀角的影响是可行的；随剪胀角的增大安全系数增大，且增长速度变缓，剪胀角在0~25°范围内对安全系数的影响显著，在实际工程计算中需要考虑剪胀角对边坡稳定性的影响；基于临界曲线的双系数折减法可较为直观地体现出剪胀角的影响程度，在研究剪胀角对边坡稳定性的影响时可采用此方法进行分析。     

套管损伤磁记忆检测信号定量研究

在油气生产过程中,井下套管损伤会造成井况恶化,致使正常井转变为套损井。为了防止套损井的出现和安全事故的发生,有必要对套管进行早期损伤检测。采用金属磁记忆检测技术,开展了实验研究。实验中,通过对套管内壁环切,将套管壁厚设计为等值递增和不等值递增两种形式;根据实验数据,对磁记忆检测信号梯度值、信号梯度波峰值及信号梯度峰宽值等特征参量与壁厚、壁厚变化量的定量关系进行拟合。结果表明:磁记忆检测信号梯度值、信号梯度波峰值及信号梯度峰宽值等特征参量,可以很好的表征套管壁厚的变化情况;信号梯度值与套管壁厚呈线性递增关系;信号梯度波峰值和信号梯度峰宽值均与套管壁厚变化量呈线性递增关系。该试验结果有助于完善磁记忆检测技术的定量化研究和利用磁记忆原理检测套管损伤的评价体系。