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1、第21卷第4期西南石油学院学报Vol.21No.41999年11月JournalofSouthwestPetroleumInstituteNov1999文章编号:1000-2634(1999)04-0075-03X套管的失效分析11刘清友,陈浩(1.西南石油学院机械系,四川南充637001)摘要:通过收集石油套管现场失效数据资料,以套管失效为顶事件建立了石油套管的故障树,该故障树共考虑了47个不同的基本事件。通过对套管故障树的分析,得到了套管失效故障树的一阶最小割集27个,二阶最小割集29个,四阶最小割集1个,确立了套管的主要失效形式为潜在损坏、套管挤毁、套管断裂及严重腐蚀,并提出了提高套管
2、可靠性的措施。关键词:套管;可靠性;故障树;基本事件中图分类号:TE826.2文献标识码:A故障树分析(FTA)是从分析失效因果关系中的引言“顶部”开始直到“底部”事件。它是由果到因,自上近年来,套管的损坏在国内外油田呈上升趋势,而下地进行分析。该方法具有简明、直观、易懂、灵主要表现为套管被挤毁、错断、断裂、严重变形及严活的特点,是工程系统可靠性与安全性分析及评价重腐蚀。这些失效严重妨碍了油田的正常生产,已常用的有效方法。一个故障树就是一个逻辑图,该成为目前国内外石油开采中的一个急需解决的重要逻辑图描绘了由于其它事件的发生而使得某些事件问题之一。一定按照次序发生。故障树只包括那些对顶事件有美
3、国在1989年统计表明,过去十年中,每年美贡献的故障,而且这些故障并不是全部所有的故障,国钻井花费总额平均超过220亿美元,而用于套管它们只包括那些分析者认为最可能发生的故障。通的约35亿美元,占年平均开支的16%左右,在所有[1,2]过对故障树的分析可以找出系统的薄弱环节,从而钻井项目中曲居第二。由于油井和地质条件的可采取相应措施加以改善,提高产品质量及整体工复杂性,加上目前套管设计大都采用常规的设计方作性能。法,因而难以找到有效的预防套管损坏的方法,往往1.2故障树的建造是在套管损坏后再进行研究,采取措施(修套管或打故障树的建造是FTA法的关键,因为故障树建井代替),这样不仅需要巨大的投
4、资,而且效果也并造的完善程度将直接影响定性分析和定量计算结果不好。因此,开展套管的可靠性分析,找出其主要的失效形式、失效模式,失效机理,进而在套管的设计、的准确性。生产及使用中采取相应的措施以提高套管的可靠性建立故障树,首先要选定一个顶事件。根据顶和使用寿命已势在必行。事件确定原则,并通过对大量资料的认真分析,选取“套管失效”作为顶事件。顶事件确定后,就要寻找1套管的失效分析引起顶事件发生的最直接的、必要的、充分的原因。经仔细分析,引起顶事件发生的原因表现如下:套管1.1故障树分析特点的破裂、断裂、穿孔和挤毁。这些情形只要其中之一X收稿日期:1999—05—30基金项目:“油气藏地质及开发工
5、程”国家重点实验室资助项目(PLN9743);石油科技中青年创新基金资助项目作者简介:刘清友(1965—),男(汉族),重庆开县人,副教授,博士,从事CAD/CAM系统可靠性分析与系统仿真的研究76西南石油学院学报1999年出现,就会引起套管失效,所以应用故障树中逻辑门X36—技术X37—人员符号的或门,即有:X38—材质差X39—热处理措施不当X40—热处理质量差X41—选材不当X42—椭圆度X43—壁厚不均X44—钢级X45—品种X46—规格X47—强度设计不合理2套管失效故障树的定性分析2.1求故障树最小割集引起顶事件发生的直接的、必要的、充分的原因定性分析就是找出故障树的所有最小割集
6、。凡分析完毕,以后就把引起顶事件发生的各原因分别是能导致故障树(即系统故障)发生的基本事件的集看作顶事件,采用类似的方法继续往下深入分析,直合定义为割集。在系统没有其它割集发生的条件至分解到代表各种故障形式的基本事件为止。图1下,只有当割集中基本事件同时发生,顶事件才发是套管的故障树,该故障树共考虑了47个不同的基生;割集中任一基本事件不发生,则顶事件不发生,本事件。这样的割集定义为最小割集。有几个基本事件组成图中各符号所代表的事件如下:的割集称几阶最小割集。系统中各阶最小割集的总T—套管失效E1—破裂合就是该系统的故障谱。E2—断裂E3—穿孔研究最小割集可以发现系统的最薄弱环节,集E4—挤
7、毁E5—错断中力量解决这些薄弱环节,就能提高系统的可靠性。E6—氢脆E7—拉断为了确定故障树的最小割集,首先可将故障树E8—严重腐蚀E9—套管强度不足转化为等效的布尔方程,利用其理论,采用“自上而E10—螺纹质量差E11—存在缺陷下”的代换方法求出故障树的所有最小割集。E12—恶劣腐蚀环境E13—内压大T=E1+E2+E3+E4E14—潜在损坏E15—下井前未被查出T=X1+X2+X3+X8+X9+X10+X
