钻井套管失效机理分析及可靠度设计方法研究
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摘要
石油钻柱构件的损坏严重影响了油田的正常生产，已成为目前国内外石油开采的一个急需解决的重要问题。随着套管抗挤裂理论的日趋完善和电子计算机的飞速发展，不少专家和学者将影响套管破坏的因素等建立起各自的模型，再结合岩石力学、弹塑性力学建立起套管破坏的数学模型，最终将所有的破坏因素模型通过一定方式组合在一起，进行破坏的多因素分析研究。开展油田钻柱失效分析与预防对提高钻井速度、降低钻井成本及井下安全钻进具有重要意义。
主要研究“套管失效机理”，这也是本文研究的主题。套管的损坏严重妨碍了油气田的正常生产，已成为目前国内外石油天然气开采中的一个急需解决的重要问题之一。套管失效的形式较多，也非常复杂，在前人的研究基础上，本文主要做了以下的工作：
1、文中收集了大量的相关文献资料，包括大量的套管失效案例，通过研究分析这些资料，掌握了该领域的研究方法和思路，为重点研究套管哪些失去形式提供了决策依据。
2、本文从材料、环境和磨损三个方面对石油气井套管钻柱失效原因进行了分析。探讨了材料强度及螺纹强度钻柱失效的影响、复杂地质条件下套管及钻柱的腐蚀疲劳寿命、以及磨损对套管钻柱失效的影响；同时研究了结构与受力等因素对套管磨损的综合性影响。
3、运用可靠度设计方法原理，对套管强度设计的影响因素进行了研究，提出了不同可靠度下钻柱套管强度可靠性机理和设计方法。
本研究为同类工程上套管钻柱失效的预防和补救提供了有意义的参考。
This dissertation mainly dealt with the Mechanism of Casing Failure. At the same time, the results of the new statistic were that the wells of casing failure were up to 17735 by the end of 2002, accounting for the 20 percentage of the whole China, it caused a loss of severe economy. There are many types of the casing failure and very complex casing failure.
1 Many of related references were studied in the dissertation, some methods and ideas are to help our study, including a lots of the cases of using failure, it was to provide the decision-making for the study of which casing was failed.
2 On the base of many researchers' literatures, the study of the dissertation mainly focused on the failure factors analysis is set up in three aspects, such as material, environment and corrosion. The influence of lacking strength of materials and screw thread are treated in this paper, as well as corrosion questions on complicated project situation. Especially, putting emphasis on the composite influence of the structure and stress, the abrasion factor to the pipe influence is analyzed in this paper.
3 Use the reliability research method to analysis the factors of the pipe's failure, and supposes any kind of the calculate formulae under any cases.
The research for similar roughly accumulated the project in the productivity and has its benefits.
主要研究“套管失效机理”，这也是本文研究的主题。套管的损坏严重妨碍了油气田的正常生产，已成为目前国内外石油天然气开采中的一个急需解决的重要问题之一。套管失效的形式较多，也非常复杂，在前人的研究基础上，本文主要做了以下的工作：
1、文中收集了大量的相关文献资料，包括大量的套管失效案例，通过研究分析这些资料，掌握了该领域的研究方法和思路，为重点研究套管哪些失去形式提供了决策依据。
2、本文从材料、环境和磨损三个方面对石油气井套管钻柱失效原因进行了分析。探讨了材料强度及螺纹强度钻柱失效的影响、复杂地质条件下套管及钻柱的腐蚀疲劳寿命、以及磨损对套管钻柱失效的影响；同时研究了结构与受力等因素对套管磨损的综合性影响。
3、运用可靠度设计方法原理，对套管强度设计的影响因素进行了研究，提出了不同可靠度下钻柱套管强度可靠性机理和设计方法。
本研究为同类工程上套管钻柱失效的预防和补救提供了有意义的参考。
This dissertation mainly dealt with the Mechanism of Casing Failure. At the same time, the results of the new statistic were that the wells of casing failure were up to 17735 by the end of 2002, accounting for the 20 percentage of the whole China, it caused a loss of severe economy. There are many types of the casing failure and very complex casing failure.
1 Many of related references were studied in the dissertation, some methods and ideas are to help our study, including a lots of the cases of using failure, it was to provide the decision-making for the study of which casing was failed.
2 On the base of many researchers' literatures, the study of the dissertation mainly focused on the failure factors analysis is set up in three aspects, such as material, environment and corrosion. The influence of lacking strength of materials and screw thread are treated in this paper, as well as corrosion questions on complicated project situation. Especially, putting emphasis on the composite influence of the structure and stress, the abrasion factor to the pipe influence is analyzed in this paper.
3 Use the reliability research method to analysis the factors of the pipe's failure, and supposes any kind of the calculate formulae under any cases.
The research for similar roughly accumulated the project in the productivity and has its benefits.
引文
[1] 李鹤林，冯耀荣．石油钻柱失效分析及预防[M]．北京：石油工业出版社，1999：35-87
[2] Su Rer P, Leyer J, Orlans B, Development of Drill Pipes for Sour Service [J], Corrosion2002, paper no.02046, (Houston, TX, NACE International, 2002)
[3] Hill Tom Ellis Sean and Lee Kang, An Innovative Design Approach to Reduce Drill String Fatigue. SPE/IADC 87188, 2004
[4] 覃成锦，高德利 套管磨损后剩余抗挤强度的数值分析 石油钻采工艺，2000，22(1)：6～8，13
[5] 万里平等．钻柱失效原因及预防措施．钻采工艺，2006，29(1)：57～59
[6] 黄李荣．钻柱在存放过程中的腐蚀及预防问题[J]．钻采工艺，2003，25(5)：86-87
[7] 李明．利用扩孔方法提高侧钻小眼井的固井质量[J]．石油钻采工艺，2002，24(5)：33-35
[8] Chandler B, Jellison M, Moore R T, Skogsherg J. Advanced Drill Suing Metallurgy Provides Enabling Technology for Critical Sour Drilling [J], Corrosion2002, paper no.02056
[9] 余磊，樊建春，张来斌等深井、超深井套管磨损机理及预测技术研究润滑与密封，2004，5(9)：89～90
[10] 史交齐，赵克枫，韩勇，宋治，论油、套管螺纹泄漏抗力的确定和螺纹形式的选择．石油钻采工艺．1997 19(6)：24^31
[11] 陈肇元，崔京浩．土钉支护在基坑工程中的应用(第2版)[M]．北京：中国建筑工业出版社，2000．
[12] 余志成，施文华．深基坑支护设计与施工[M]．北京：中国建筑工业出版社，1997．
[13] 石林珂，贺为民，孙懿斐，等．深基坑稳定分析中的等弧长条分法及可视化软件设计[J]．岩石力学与工程学报，2002，
[14] 张明聚，宋二祥，陈肇元．基坑土钉支护稳定分析方法及其应用[J]．工程力学，1998
[15] 赵志缙，赵帆．深基坑工程技术的进步与展望[J]．建筑技术，2003
[16] 朱彦鹏，乇秀丽，张贵文，等．兰州中广大厦超长深基坑支护的设计、施工与实验监测[J]．工程力学(增刊)，2003
[17] 朱彦鹏，王秀丽，狄生奎，等．黄土边坡建筑的抗滑移设计[J]．甘肃工业大学学报，2002
[18] 马永其，冯伟．面向对象有限元程序研究综述[J]．计算机应用研究，2001
[19] 于志成，施文华 深基坑支护设计与施工[M] 北京：中国建筑：正业出版社，1997
[20] 陈肇元，崔京浩 土钉支护在基坑工程中的应用[M] 北京：中国建筑工业出版朴，2000
[21] 高大钊 深基坑工程[M] 北京：机械工业出版社，1999
[22] 张永林 深基坑桩锚支护体系的应用分析 现代城市轨道交通 2006
[23] 高大钊，陈忠汉等编著，深基坑工程，第二版，北京，机械工业出版社，2003，
[24] 唐业清，李启民，崔江余，基坑工程事故分析与处理，北京，中国建筑工业出版社，1999，15-26
[25] 于学馥，宋存义，不确定性科学决策方法，北京，冶金工业出版社，2003
[26 龚晓南，工程安全性及耐久性：中国土木工程学会第九届年会论文集，北京，中国水利水电出版社，2000，34-38
[27] 冷伍明，岩土工程可靠度分析与设计理论，长沙，中南大学出版社，2000，
[28] 龚晓南，高有潮，深基坑工程设计施工手册，北京，中国建筑工业出版社，1998
[29] 刘建航，候学渊，基坑：仁程手册，北京，中国建筑工业出版社，1997
[30] 孙振营，彭峥嵘，模糊数学在可靠性分配中的应用，郑州，郑州航空工业管理学院学报，2998，第2期，SG-59
[31] 韩立岩，汪培庄，应用模糊数学，第2版(修订版)，北京，首都经济贸易大学出版社，1998
[32] 澹红，模糊数学在国民经济中的应用，武汉，华中理工大学出版社，1994
[33] 中国建筑科学研究院，JGJ 120-99，建筑基坑支护技术规程，北京，中国建筑工业出版社，1999
[34] 冶金工业部建筑研究总院，YB9255-97，建筑基坑工程技术规范，北京，冶金工业出版社，1998
[35] 陕西省计划委员会，JGJ72-2004，高层建筑岩土工程勘察规程，北京，中国建筑工业出版社，2004
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[44] Brown P. T., Finite Element Analyses of Excavation, Computers and Geotechniques, 1985, Vol.1, No.3, 173176
[45] Richard S. Finno, Finite Element Analyses of HDR-4 Excavation, ASCE GT, 1991, Vol.117, No.10, 224229
[46] Liu Chun, Two stage fuzzy comprehensive assessment of supporting effect of deep foundation pits, Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2004, v23, nSUPPL.1, July, P4606—4609
[47] Yang Yuwen, Yin Jian-hua, Yuan Jian-xin, etc., Computers and Geotechnics, 2003, v30, n8, December, P707～719
[48] 秦四清，深基坑工程优化设计，北京，地震出版社，1998，64-76
[49] Han Yunshan, Bai Xiaohong, He Wubin, Yang Zisheng, Study on Safety-information-process-control of building foundation excavation project, Proceedings of the 2004 International Symposium on Safety Science and Technology, 2004, P2236-2241
[50] 郭多柞，多目标经济决策，吉林，吉林大学出版社，1998，22
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[52] 弓继春，太原市区中高层建筑软弱地基处理方案优化，[硕士学位论文]，太原理工大学，太原理工大学，2003
[53] 王东，运用模糊综合评判法选择基坑支护方案的分析方法，住宅科技，1997，9，28-31
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[57] 韩建增，杨龙，练章华等．磨损对套管抗挤强度影响的有限元分析，天然气工业，2003，23(5)：51-53
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[42] Kai S. Wong, Lateral Wall Deflections of Braced Excavations in Clay, ASCE, 1989, Vol.115, No.6
[43] Clough G. W., Ducan J. M., Finite Element Analyses of Retaining Wall Behavior, ASCE, 1971, Vol.97, SM, 12, 165—167
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