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复杂深井厚壁套管安全评价研究

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第一章 绪论

1.1 选题目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 本文主要研究内容及技术路线

1.3.1 本文主要研究内容

1.3.2 本文主要研究路线

第二章 复杂深井厚壁套管力学研究

2.1 水泥环完整时套管力学分析

2.1.1 水泥环完整时套管外挤力计算

2.1.2 水泥环完整时套管应力计算

2.2 复杂深井厚壁套管腐蚀力学分析

2.2.1 套管腐蚀发生原因

2.2.2 套管腐蚀失效的基本形态

2.2.3 腐蚀套管失效判据

2.3 射孔套管力学分析

2.3.1 射孔套管抗挤强度系数推导

2.3.2 确定衡量屈服点

2.4 磨损套管力学分析

2.4.1 均匀地应力下磨损套管剩余抗挤强度计算

2.5 本章小结

第三章 射孔对厚壁套管的力学性能分析

3.1 射孔段套管模型

3.2 射孔参数对射孔段套管强度影响分析

3.2.1 相位角对射孔段套管强度影响

3.2.2 孔径对射孔段套管强度影响

3.2.3 孔密对射孔段套管强度影响

3.2.4 套管壁厚对射孔段套管强度影响

3.3 射孔套管可靠度计算

3.3.1 套管强度和载荷的分布规律

3.3.2 套管柱极限状态方程

3.3.3 厚壁套管灵敏度计算的Monte-Carlo方法

3.3.4 实例分析

3.4 本章小结

第四章 套管腐蚀、磨损与水泥环缺陷耦合研究

4.1 腐蚀与水泥环缺陷对套管应力强度的影响

4.1.1 单点腐蚀深度对其应力强度影响

4.1.2 单点腐蚀截面孔径对其应力强度影响

4.1.3 水泥环缺陷对完整套管应力强度影响

4.2 套损及水泥环缺陷对套管应力强度的影响

4.2.1 均匀磨损深度对其应力强度影响

4.2.2 均匀磨损长度对其应力强度影响

4.2.3 不均匀磨损深度对其应力强度影响

4.2.4 水泥环缺陷对磨损套管应力强度影响

4.3 本章小节

第五章 复杂深井厚壁套管安全性评价

5.1 层次分析法简介

5.1.1 层次分析法背景

5.1.2 层次分析法步骤

5.2 模糊综合评价简介

5.2.1 研究所用的数学模型

5.2.2 一级模糊综合评价

5.2.3 二级模糊综合评价

5.2.4 多级模糊综合评价

5.3 复杂深井厚壁套管安全性模糊综合评价

5.3.1 建立套管损伤因素集

5.3.2 建立权重集

5.3.4 套管损伤的单因素模糊综合评价

5.3.5 套管损伤的多级模糊综合评价

5.4 本章小结

结论及展望

结论

展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

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摘要

随着全球经济的越来越好,能源的需求量在每个行业中一直处于增长趋势,使得石油开采向着复杂化、深井化发展。复杂深井下的高温高压等因素给勘探、开采带来了新的困难。复杂深井开采环境下使得套管更容易发生损坏,所以本文针对复杂深井下的厚壁套管发生损坏的几种情况进行研究: 首先,本文通过查阅文献并结合现场资料,对套管多种情况下的应力情况进行分析,并得出所受载荷的计算公式; 此外,对射孔段套管进行模拟,分析射孔各参数对套管力学性能的影响规律。结合ANSYS有限元软件的Monte-Carlo随机模拟方法,对射孔段套管可靠性进行定量分析,得出射孔参数对套管影响的灵敏度; 再次,通过建立套管-水泥环-套管的有限元模型,分别分析了套管发生腐蚀、套管发生磨损(包括均匀磨损以及不均匀磨损两种典型模式)、水泥环发生缺陷三种情形对套管力学性能的影响,得出应力云图以及腐蚀、磨损、水泥环缺失角度与套管最大等效应力关系图,并拟合公式;并且分析了水泥环发生缺陷下,套管发生磨损的复杂情况对套管最大等效应力的影响规律,并得出应力云图以及关系曲线; 最后,根据安全性分析的系统工程方法,运用模糊数学,对复杂深井下的厚壁套管安全性问题进行定性定量分析,得到了复杂深井厚壁套管安全性评判集,得出权重值,以数值模拟分析结果为基础,建立各种指标的评分方法并构造适当的隶属度函数得出隶属度,构造模糊综合评价矩阵进行模糊综合评价; 为复杂深井下的厚壁套管可靠度设计及定量安全评价提供基础数据,对以后的深井厚壁套管柱强度的可靠性分析具有一定的参考意义。

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