套管失效分析

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1、套管的失效分析m刘清友I，陈浩I（I.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.以套管火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个不同的基木事件。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，确立了套管的主婆失效形式为潜在损坏、套管挤毁、套管断裂及严重腐蚀拼捉出了提高套靠性的措施。关键词：套管；可靠性；故障树；基木事件中图分类号:TE826.2文献标识码:A引言近年來•套管的损坏在国内外油□□呈上升趋势，主要衣现为套管被

2、挤毁、错断、断裂、严重变形及严重腐蚀。这些失效严重妨碍了油1+1的正常生产，己成为目前国内外石油开采屮的一个急需解决的重要问题Z—。美国在1989年统计表明，过去I•年中，每年美国钻井花费总额平均超过220亿美元，而用于套管的约35亿美元，占年平均廿支的16%左右，在所有钻井项目中曲居第二〔】,2）。由于汕井和地质条件的复杂性，加上H前套管设计大都采用常规的设计方法，因而难以找到有效的预防套管损坏的方法，往往是在套管损坏后再进行研究，采取措施（修套管或打井代替），这样不仅需要巨大的投资，而且效果也并不好。因此，开展套管的可靠性分析

3、，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、生产及使用中采取相应的措施以提高套管的可靠性和使用寿命已势在必行。1套管的失效分析1.1故障树分析特点故障树分析（FTA）是从分析失效因果关系中的“顶部”开始立到“底部”事件。它是由果到因，自上而下地进行分析。该方法具有简明、直观、易懂、灵活的特点，是工程系统可靠性与安全性分析及评价常用的有效方法。一个故障树就是一个逻辑图，该逻辑图描绘了由于其它事件的发牛而使得某些事件一定按照次序发生。故障树只包括那些对顶事件冇贡献的故障，而口这些故障并不是全部所冇的故障，它们只包括那

4、些分析者认为最可能发生的故障。通过对故障树的分析可以找出系统的薄弱环节，从而可采取相应措施加以改善，提高产品质量及整体工作性能。1.2故障树的建造故障树的建造是FTA法的关键，因为故障树建造的完善程度将玄接影响定性分析和定量计算结果的准确性。建立故障树，首先要选定一个顶出件。根据顶事件确定原则，并通过对大最资料的认真分析，选取“套管失效”作为顶事件。顶事件确定后，就要寻找引起顶事件发生的最宜接的、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：套管的破裂、断裂、穿孔和挤毁。这些情形只要莫中之一出现，就会引起套管失效，

5、所以应川故障树中逻辑门符号的或门，即有：引起顶事件发生的宜接的、必要的、充分的原因分析完毕，以后就把引起顶事件发生的各原因分别看作顶事件，采川类似的方法继续往下深入分析，直至分解到代表齐种故障形式的基本事件为止。图1是套管的故障树，该故障树共考虑了47个不同的基本事件。图中各符号所代表的事件如下：E1—破裂E3—穿孔E5—错断E7一拉断E9—套管强度不足E11—存在缺陷T—套管失效E2—断裂E4一挤毁E6—氢脆E8—严重腐蚀E10—螺纹质量差E12—恶劣腐蚀环境E13—内压大E14—潜在损坏E15—下井前未被查出E16—初始缺陷E

6、18—选择不合理X2—地层滑移X4—套管材料不抗硫X6—咼含水［量X8―类型X10—螺距X12—设计不合理X14—弯曲过大X16—高温下的H$气体X17—酸化处理不合理X18—富含氧X19—富含C02气体X20—碳酸一类溶液X21—材料抗腐蚀能力差X22—封隔器靠近射孔段X23—试油开采不介理X24—H2S应力腐蚀X26—地层膨胀X28—储存X30一装卸X32—内应力X34—方法X36—技术X38—材质差X40一热处理质量差X42—椭闘度X44一钢级X46—规格E17—套管本身质量差XI-固井质量不合格X3—地层流动X5—H2S浓

7、度高X7一低温X9—锥度XII—加工质量X13—操作不当X15—磨损X25—岩层蠕动X27一地层出砂X29—运输X31—初始裂纹X33—应力集中X35—手段X37—人员X39—热处理措施不当X41—选材不当X43—壁厚不均X45—晶种X47—强度设计不合理2套管失效故障树的定性分析2.1求故障树最小割集定性分析就是找出故障树的所有最小割集。凡是能导致故障树（即系统故障）发生的基本事件的集合定义为割集。在系统没有其它割集发牛的条件下，只有当割集中基本事件同时发牛，顶事件才发生；割集中任一基本事件不发生，则顶事件不发生，这样的割集定义

8、为最小割集。育儿个基木事件组成的割集称几阶最小割集。系统中各阶最小割集的总合就是该系统的故障谱。研究戢小割集可以发现系统的最薄弱环节，集中力量解决这些薄弱环节，就能提高系统的可靠性。为了确定故障树的最小割集，首先可将故障树转化为等效的布尔方程，利用