一种射孔管柱系统可靠性分析的方法、系统和电子设备

摘要

本发明涉及一种射孔管柱系统可靠性分析的方法和系统，该方法包括：建立基于竞争失效模式的射孔管柱系统正常阶段和损伤缺陷阶段的可靠性理论模型；竞争失效模式为至少两种的失效条件竞争使射孔管柱系统失效，失效条件包括：损伤增量达到阈值和损伤状态的持续时间达到阈值；采用数值模拟方法模拟射孔管柱系统受冲击动态过程，分析得到数值模拟计算结果，根据数值模拟计算结果提取射孔管柱系统的动态受冲击数据；根据动态受冲击数据以及可靠性理论模型对射孔管柱系统进行可靠性评估。可以有效提取射孔管柱系统受冲击动态数据，能够建立射孔管柱系统可靠性分析模型，准确评估射孔随机冲击载荷作用下管柱系统的可靠性。

权利要求

1.一种射孔管柱系统可靠性分析的方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1，建立基于竞争失效模式的射孔管柱系统正常阶段和损伤缺陷阶段的可靠性理论模型；

所述竞争失效模式为至少两种的失效条件竞争使所述射孔管柱系统失效，所述失效条件包括：损伤增量达到阈值和损伤状态的持续时间达到阈值；

步骤2，采用数值模拟方法模拟所述射孔管柱系统受冲击动态过程，分析得到数值模拟计算结果，根据所述数值模拟计算结果提取所述射孔管柱系统的动态受冲击数据；

步骤3,根据所述动态受冲击数据以及所述可靠性理论模型对所述射孔管柱系统进行可靠性评估；

所述步骤1中建立所述可靠性理论模型的过程包括：

步骤101，采用延迟时间概念描述所述射孔管柱系统的失效过程，建立考虑所有所述失效条件的所述射孔管柱系统的寿命数学计算模型；

所述步骤101中，考虑所有所述失效条件的所述射孔管柱系统的寿命数学计算模型为：T＝min(X+Y,X+τ)；

其中，T表示所述射孔管柱系统的寿命，X和Y分别表示射孔管柱系统正常阶段和损伤缺陷阶段的持续时间；τ＝0表示所述射孔管柱系统一旦出现缺陷就会失效，τ→∞表示所述射孔管柱系统缺陷超过损伤阈值时系统失效；

步骤102，根据所述射孔管柱系统的寿命数学计算模型，建立所述射孔管柱系统正常阶段系统不发生故障的概率的数学计算模型；

所述步骤102中，所述射孔管柱系统在正常阶段，t时间内系统不发生故障的概率的数学计算模型为：其中，R(t)表示t时间内系统不发生故障的概率，P{}表示{}内函数成立的概率，fX(x)表示概率密度函数，RX(t)＝P{X＞t}，RY(t‑x,x)＝P{X+Y＞tX＝x}；

步骤103，根据所述射孔管柱系统正常阶段不发生故障的概率的数学计算模型，建立所述射孔管柱系统损伤缺陷阶段所有所述失效条件均不发生的概率的数学计算模型；

所述步骤103中，所述射孔管柱系统在损伤缺陷阶段，t时刻所有所述失效条件均不发生的概率的数学计算模型为：R(t)表示t时刻所有失效条件均不发生的概率，n表示射孔管柱系统冲击次数，Φ()表示射孔管柱系统失效概率函数，Ld表示射孔管柱系统基于时间失效阈值，α表示射孔管柱系统初始退化量，μβ表示射孔管柱系统退化率增量，μW表示射孔管柱系统正常阶段冲击量均值，λ表示射孔管柱系统正常阶段可靠性模型系数，σβ表示射孔管柱系统退化率增量方差，σW表示射孔管柱系统正常阶段冲击量方差，Lf表示射孔管柱系统基于冲击失效阈值，μV表示射孔管柱系统损伤缺陷阶段冲击损伤量均值，σV表示射孔管柱系统损伤缺陷阶段冲击损伤量方差，γ表示射孔管柱系统缺陷损伤阶段可靠性模型系数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，根据所述射孔管柱系统的可靠性理论模型，采用数值模拟方法模拟所述射孔管柱系统受冲击动态过程，分析得到数值模拟计算结果的过程包括：根据所述射孔管柱系统的可靠性理论模型，结合射孔管柱系统真实作业工况，采用数值模拟方法重现所述射孔管柱受冲击动态过程；

根据数值模拟方法，通过建立三维有限元射孔管柱系统仿真计算模型及进行网格划分，形成射孔管柱系统数值建模及计算方法；

根据所述射孔管柱系统数值建模及计算方法，展开射孔管柱系统数值模拟计算。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中提取所述射孔管柱系统的动态受冲击数据的过程包括：针对所述射孔管柱系统数值模拟计算结果，绘制射孔管柱系统顶部受到的冲击的等效应力随时间变化的曲线；

根据所述曲线确定为所述射孔管柱系统由正常阶段进入损伤缺陷阶段的时刻为等效应力峰值第一次超过油管屈服强度的时刻；

确定所述射孔管柱系统在正常阶段和损伤缺陷阶段分别受到的冲击次数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括：

确定所述射孔管柱系统顶部受到的冲击的等效应力的失效阈值和缺陷阈值以及损伤缺陷阶段的持续时间阈值，采用所述可靠性理论模型计算所述射孔管柱系统分别在正常阶段和损伤缺陷阶段，各个所述失效条件导致所述射孔管柱系统失效不发生的概率，形成射孔管柱系统可靠性评估结果。

5.一种射孔管柱系统可靠性分析的系统，其特征在于，所述系统包括：可靠性理论模型建立模块、动态受冲击数值模拟模块和可靠性评估模块；

可靠性理论模型建立模块，用于建立基于竞争失效模式的射孔管柱系统正常阶段和损伤缺陷阶段的可靠性理论模型；

所述竞争失效模式为至少两种的失效条件竞争使所述射孔管柱系统失效，所述失效条件包括：损伤增量达到阈值和损伤状态的持续时间达到阈值；

动态受冲击数值模拟模块，用于采用数值模拟方法模拟所述射孔管柱系统受冲击动态过程，分析得到数值模拟计算结果，根据所述数值模拟计算结果提取所述射孔管柱系统的动态受冲击数据；

可靠性评估模块,用于根据所述动态受冲击数据以及所述可靠性理论模型对所述射孔管柱系统进行可靠性评估；

所述可靠性理论模型建立模块建立所述可靠性理论模型的过程包括：

步骤101，采用延迟时间概念描述所述射孔管柱系统的失效过程，建立考虑所有所述失效条件的所述射孔管柱系统的寿命数学计算模型；

所述步骤101中，考虑所有所述失效条件的所述射孔管柱系统的寿命数学计算模型为：T＝min(X+Y,X+τ)；

其中，T表示所述射孔管柱系统的寿命，X和Y分别表示射孔管柱系统正常阶段和损伤缺陷阶段的持续时间；τ＝0表示所述射孔管柱系统一旦出现缺陷就会失效，τ→∞表示所述射孔管柱系统缺陷超过损伤阈值时系统失效；

步骤102，根据所述射孔管柱系统的寿命数学计算模型，建立所述射孔管柱系统正常阶段系统不发生故障的概率的数学计算模型；

所述步骤102中，所述射孔管柱系统在正常阶段，t时间内系统不发生故障的概率的数学计算模型为：其中，R(t)表示t时间内系统不发生故障的概率，P{}表示{}内函数成立的概率，fX(x)表示概率密度函数，RX(t)＝P{X＞t}，RY(t‑x,x)＝P{X+Y＞tX＝x}；

步骤103，根据所述射孔管柱系统正常阶段不发生故障的概率的数学计算模型，建立所述射孔管柱系统损伤缺陷阶段所有所述失效条件均不发生的概率的数学计算模型；

所述步骤103中，所述射孔管柱系统在损伤缺陷阶段，t时刻所有所述失效条件均不发生的概率的数学计算模型为：R(t)表示t时刻所有失效条件均不发生的概率，n表示射孔管柱系统冲击次数，Φ()表示射孔管柱系统失效概率函数，Ld表示射孔管柱系统基于时间失效阈值，α表示射孔管柱系统初始退化量，μβ表示射孔管柱系统退化率增量，μW表示射孔管柱系统正常阶段冲击量均值，λ表示射孔管柱系统正常阶段可靠性模型系数，σβ表示射孔管柱系统退化率增量方差，σW表示射孔管柱系统正常阶段冲击量方差，Lf表示射孔管柱系统基于冲击失效阈值，μV表示射孔管柱系统损伤缺陷阶段冲击损伤量均值，σV表示射孔管柱系统损伤缺陷阶段冲击损伤量方差，γ表示射孔管柱系统缺陷损伤阶段可靠性模型系数。

6.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现如权利要求1‑4任一项所述的方法的步骤。

说明书

一种射孔管柱系统可靠性分析的方法、系统和电子设备

技术领域

[0001] 本发明涉及能源行业石油天然气领域，尤其涉及一种射孔管柱系统可靠性分析的方法、系统和电子设备。

背景技术

[0002] 在实际射孔工况下，以管柱为核心的井下各仪器设备、工具零件等众多部件构成一个完整的复杂系统，可以称之为射孔管柱系统。射孔管柱系统在运行过程中自身性能会随着时间推移而发生退化，此外其性能也会受外界条件作用的影响。其中，射孔爆炸冲击是典型的工矿之一，射孔管柱系统的性能直接关系着现场射孔作业的成败。因此，有必要针对冲击作用下井下管柱系统展开可靠性建模及分析，这对于井下射孔安全可靠评估具有重要的理论价值与现实意义。在此基础上，提前对其运行过程中出现的损失进行预判，也可以为现场射孔安全作业提供重要参考。

[0003] 系统可靠性理论起源于20世纪30年代，最初多应用于军事领域。随着现代科技不断的进步，可靠性理论自身不断发展与完善。与此同时，可靠性分析方法在国民经济众多领域得到广泛应用，为各个工业部门的进步做出了巨大的贡献。系统的失效会造成巨大的损失，甚至是难以弥补的。那么，准确的评估系统可靠性、提前对系统风险做出预判，在工程实践中是具有不可估量的经济价值和实用价值的。由于井下射孔工况的特殊性，目前没有特别有效的途径可以获取井下射孔工具安全失效的数据，传统的可靠性评估方法需要依靠大量系统失效数据，难以用来评估射孔管柱系统的可靠性。因此，有必要基于系统可靠性理论，针对实际射孔管柱系统运行工况，建立一套完整有效、合理准确的射孔管柱系统可靠性分析方法。

发明内容

[0004] 本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种射孔管柱系统可靠性分析的方法和系统，可以有效提取射孔管柱系统受冲击动态数据，能够建立射孔管柱系统可靠性分析模型，准确评估射孔随机冲击载荷作用下管柱系统的可靠性。

[0005] 根据本发明的第一方面，提供了一种射孔管柱系统可靠性分析的方法，包括：步骤1，建立基于竞争失效模式的射孔管柱系统正常阶段和损伤缺陷阶段的可靠性理论模型；

[0006] 所述竞争失效模式为至少两种的失效条件竞争使所述射孔管柱系统失效，所述失效条件包括：损伤增量达到阈值和损伤状态的持续时间达到阈值；

[0007] 步骤2，采用数值模拟方法模拟所述射孔管柱系统受冲击动态过程，分析得到数值模拟计算结果，根据所述数值模拟计算结果提取所述射孔管柱系统的动态受冲击数据；

[0008] 步骤3，根据所述动态受冲击数据以及所述可靠性理论模型对所述射孔管柱系统进行可靠性评估。

[0009] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。

[0010] 可选的，所述步骤1中建立所述可靠性理论模型的过程包括：

[0011] 步骤101，采用延迟时间概念描述所述射孔管柱系统的失效过程，建立考虑所有所述失效条件的所述射孔管柱系统的寿命数学计算模型；

[0012] 步骤102，根据所述射孔管柱系统的寿命数学计算模型，建立所述射孔管柱系统正常阶段系统不发生故障的概率的数学计算模型；

[0013] 步骤103，根据所述射孔管柱系统正常阶段不发生故障的概率的数学计算模型，建立所述射孔管柱系统损伤缺陷阶段所有所述失效条件均不发生的概率的数学计算模型。

[0014] 可选的，所述步骤101中，考虑所有所述失效条件的所述射孔管柱系统的寿命数学计算模型为：

[0015] T＝min(X+Y,X+τ)；

[0016] 其中，T表示所述射孔管柱系统的寿命，X和Y分别表示射孔管柱系统正常阶段和损伤缺陷阶段的持续时间；τ＝0表示所述射孔管柱系统一旦出现缺陷就会失效，τ→∞表示所述射孔管柱系统缺陷超过损伤阈值时系统失效。

[0017] 可选的，所述步骤102中，所述射孔管柱系统在正常阶段，t时间内系统不发生故障的概率的数学计算模型为：

[0018]

[0019] 其中，R(t)表示t时间内系统不发生故障的概率，P{}表示{}内函数成立的概率，fX(x)表示概率密度函数，RX(t)＝P{X>t}，RY(t‑x,x)＝P{X+Y>t|X＝x}。

[0020] 可选的，所述步骤103中，所述射孔管柱系统在损伤缺陷阶段，t时刻所有所述失效条件均不发生的概率的数学计算模型为：

[0021]

[0022] R(t)表示t时刻所有失效条件均不发生的概率，n表示射孔管柱系统冲击次数，Φ()表示射孔管柱系统失效概率函数，Ld表示射孔管柱系统基于时间失效阈值，α表示射孔管柱系统初始退化量，μβ表示射孔管柱系统退化率增量，μW表示射孔管柱系统正常阶段冲击量均值，λ表示射孔管柱系统正常阶段可靠性模型系数，σβ表示射孔管柱系统退化率增量方差，σW表示射孔管柱系统正常阶段冲击量方差，Lf表示射孔管柱系统基于冲击失效阈值，μV表示射孔管柱系统损伤缺陷阶段冲击损伤量均值，σV表示射孔管柱系统损伤缺陷阶段冲击损伤量方差，γ表示射孔管柱系统缺陷损伤阶段可靠性模型系数。

[0023] 可选的，所述步骤2中，根据所述射孔管柱系统的可靠性理论模型，采用数值模拟方法模拟所述射孔管柱系统受冲击动态过程，分析得到数值模拟计算结果的过程包括：

[0024] 根据所述射孔管柱系统的可靠性理论模型，结合射孔管柱系统真实作业工况，采用数值模拟方法重现所述射孔管柱受冲击动态过程；

[0025] 根据数值模拟方法，通过建立三维有限元射孔管柱系统仿真计算模型及进行网格划分，形成射孔管柱系统数值建模及计算方法；

[0026] 根据所述射孔管柱系统数值建模及计算方法，展开射孔管柱系统数值模拟计算。

[0027] 可选的，所述步骤2中提取所述射孔管柱系统的动态受冲击数据的过程包括：

[0028] 针对所述射孔管柱系统数值模拟计算结果，绘制射孔管柱系统顶部受到的冲击的等效应力随时间变化的曲线；

[0029] 根据所述曲线确定为所述射孔管柱系统由正常阶段进入损伤缺陷阶段的时刻为等效应力峰值第一次超过油管屈服强度的时刻；

[0030] 确定所述射孔管柱系统在正常阶段和损伤缺陷阶段分别受到的冲击次数。

[0031] 可选的，所述步骤3包括：

[0032] 确定所述射孔管柱系统顶部受到的冲击的等效应力的失效阈值和缺陷阈值以及损伤缺陷阶段的持续时间阈值，采用所述可靠性理论模型计算所述射孔管柱系统分别在正常阶段和损伤缺陷阶段，各个所述失效条件导致所述射孔管柱系统失效不发生的概率，形成射孔管柱系统可靠性评估结果。

[0033] 根据本发明的第二方面，提供一种射孔管柱系统可靠性分析的系统，包括：可靠性理论模型建立模块、动态受冲击数值模拟模块和可靠性评估模块；

[0034] 可靠性理论模型建立模块，用于建立基于竞争失效模式的射孔管柱系统正常阶段和损伤缺陷阶段的可靠性理论模型；

[0035] 所述竞争失效模式为至少两种的失效条件竞争使所述射孔管柱系统失效，所述失效条件包括：损伤增量达到阈值和损伤状态的持续时间达到阈值；

[0036] 动态受冲击数值模拟模块，用于采用数值模拟方法模拟所述射孔管柱系统受冲击动态过程，分析得到数值模拟计算结果，根据所述数值模拟计算结果提取所述射孔管柱系统的动态受冲击数据；

[0037] 可靠性评估模块，用于根据所述动态受冲击数据以及所述可靠性理论模型对所述射孔管柱系统进行可靠性评估。

[0038] 根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现射孔管柱系统可靠性分析的方法的步骤。

[0039] 本发明提供的一种射孔管柱系统可靠性分析的方法、系统、电子设备及存储介质，首先，根据射孔管柱系统真实的工作状态，采用系统可靠性理论准确全面描述射孔管柱系统退化过程；然后，基于所描述的射孔管柱系统退化过程，考虑射孔管柱系统基于时间退化失效及基于射孔爆炸冲击失效两种模式，构建射孔管柱系统竞争失效模式；随后，根据射孔管柱系统竞争失效模式，将延迟时间概念纳入到模型中，建立射孔管柱系统正常阶段和损伤缺陷阶段的可靠性理论分析模型；接着，根据射孔管柱系统可靠性理论模型，采用数值模拟方法重现井下射孔管柱系统受冲击动态过程，建立三维有限元仿真计算模型，形成一套完整数值模拟计算方法及开展大型数值模拟计算，并针对数值模拟计算结果进行综合分析；进而，根据大量数值模拟计算结果，有效的提取射孔管柱动态受冲击数据(包括等效应力、射孔冲击载荷等)，并绘制数据曲线及深入分析射孔管柱系统受冲击次数、受冲击对应的外部载荷等；最后，根据数据分析结果，应用所建立的射孔管柱系统可靠性理论模型，针对射孔管柱系统展开可靠性评估，并形成可靠性评价结果。综上，本发明对实际射孔管柱系统退化过程进行了准确的描述，据此构建了射孔管柱系统竞争失效模式，建立了射孔管柱系统正常阶段及损伤缺陷阶段可靠性理论模型，同时结合数值模拟方法重现了射孔管柱系统动态受冲击过程，并以此获得了射孔管柱系统受冲击动态数据，在此基础上，综合形成射孔管柱系统可靠性分析方法，为分析油气井射孔工况下可靠性问题提供了一种准确合理的研究方法，对工程领域类似问题的研究提供了重要参考。

附图说明

[0040] 图1为本发明实施例提供的一种射孔管柱系统可靠性分析的方法的流程图；

[0041] 图2为本发明实施例提供的一种射孔管柱系统失效两个阶段的示意图；

[0042] 图3为本发明实施例提供的一种射孔管柱系统三维有限元计算模型示意图；

[0043] 图4为本发明实施例提供的一种射孔管柱系统顶部等效应力随时间变化的曲线示意图；

[0044] 图5为本发明实施例提供的一种射孔管柱系统可靠性分析的系统的结构框图；

[0045] 图6为本发明实施例提供的一种可能的电子设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

[0046] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

[0047] 图1为本发明提供的一种射孔管柱系统可靠性分析的方法流程图，如图1所示，该方法包括：

[0048] 步骤1，建立基于竞争失效模式的射孔管柱系统正常阶段和损伤缺陷阶段的可靠性理论模型。

[0049] 竞争失效模式为至少两种的失效条件竞争使射孔管柱系统失效，失效条件包括：损伤增量达到阈值和损伤状态的持续时间达到阈值。

[0050] 具体的，本发明提供的一种射孔管柱系统可靠性分析的方法，采用系统可靠性理论描述实际作业工况下射孔管柱系统退化过程，具体方法包括：

[0051] 在射孔弹时序引爆过程中，炸药会在井下有限空间内发生持续性爆炸，同时包含炸药之间的互相叠加及干扰。整个过程可以描述为在一定时间范围内的持续性耦合和叠加作用，射孔管柱系统受到的冲击载荷的特点为随机性，采用泊松过程来描述射孔管柱系统退化过程。

[0052] 将射孔管柱系统退化过程以冲击点、缺陷点及失效点作为时间节点，分别针对不同阶段的退化情况进行讨论。由于射孔弹的单发装药量一般是相同的，将每一颗射孔弹爆炸对射孔管柱的冲击作用视为一致的。因此，射孔爆炸产生的随机冲击过程在时间和空间尺度上可以视为齐次泊松过程。

[0053] 如图2所示为本发明实施例提供的射孔管柱系统失效两个阶段的示意图，结合图2来看，基于齐次泊松过程，根据不同时间节点，将射孔管柱系统分为正常阶段和损伤缺陷阶段。

[0054] 再根据射孔管柱系统的退化过程，构建竞争失效模式，具体方法包括：

[0055] 射孔管柱系统正常状态系统运行正常，作业顺利。缺陷状态系统出现缺陷，属于故障前的状态；故障状态则系统无法正常运行，处于失效状态。对于射孔管柱系统而言，缺陷的出现意味着射孔管柱系统发生损伤，但仍然能正常使用，即破坏前的状态。当射孔管柱系统无法正常工作时，系统彻底破坏，发生失效现象。

[0056] 以射孔管柱系统运行过程中长期处于井筒液体环境中，其工作条件及载荷环境相当复杂。部分井下射孔工具可能会出现腐蚀、磨损、疲劳以及过载等失效机制。随着时间的不断推移，射孔管柱系统性能会由于各因素影响出现自身退化现象。与此同时，射孔管柱系统在运行过程需要引爆射孔弹，系统会因此遭受来自爆炸载荷的冲击。一方面，井下射孔管柱系统会因为自然退化造成其可以抵抗的射孔爆炸冲击强度降低，失效概率增大；另一方面，井下射孔管柱系统遭受爆炸冲击时，一是冲击带来的瞬时退化加速了其退化，二是其系统强度受冲击而降低，失效阈值改变。

[0057] 射孔管柱系统随机退化增量与其自身退化量积累到一定程度时，即大于某一阈值时，系统会出现退化失效，即出现软失效。当系统受到的冲击强度过大或次数太频繁时，可能会出现即刻失效而突然丧失功能，即出现硬失效。系统在使用过程中自身性能不断退化是必然的，而突发失效则是偶然的，两种失效同时存在时，则处于竞争失效状态，形成射孔管柱系统竞争失效模式。

[0058] 步骤2，采用数值模拟方法模拟射孔管柱系统受冲击动态过程，分析得到数值模拟计算结果，根据数值模拟计算结果提取射孔管柱系统的动态受冲击数据。

[0059] 步骤3，根据动态受冲击数据以及可靠性理论模型对射孔管柱系统进行可靠性评估。

[0060] 可以理解的是，基于背景技术中的缺陷，本发明实施例提出了一种射孔管柱系统可靠性分析的方法，首先，根据射孔管柱系统真实的工作状态，采用系统可靠性理论准确全面描述射孔管柱系统退化过程；然后，基于所描述的射孔管柱系统退化过程，考虑射孔管柱系统基于时间退化失效及基于射孔爆炸冲击失效两种模式，构建射孔管柱系统竞争失效模式；随后，根据射孔管柱系统竞争失效模式，将延迟时间概念纳入到模型中，建立射孔管柱系统正常阶段和损伤缺陷阶段的可靠性理论分析模型；接着，根据射孔管柱系统可靠性理论模型，采用数值模拟方法重现井下射孔管柱系统受冲击动态过程，建立三维有限元仿真计算模型，形成一套完整数值模拟计算方法及开展大型数值模拟计算，并针对数值模拟计算结果进行综合分析；进而，根据大量数值模拟计算结果，有效的提取射孔管柱动态受冲击数据(包括等效应力、射孔冲击载荷等)，并绘制数据曲线及深入分析射孔管柱系统受冲击次数、受冲击对应的外部载荷等；最后，根据数据分析结果，应用所建立的射孔管柱系统可靠性理论模型，针对射孔管柱系统展开可靠性评估，并形成可靠性评价结果。综上，本发明对实际射孔管柱系统退化过程进行了准确的描述，据此构建了射孔管柱系统竞争失效模式，建立了射孔管柱系统正常阶段及损伤缺陷阶段可靠性理论模型，同时结合数值模拟方法重现了射孔管柱系统动态受冲击过程，并以此获得了射孔管柱系统受冲击动态数据，在此基础上，综合形成射孔管柱系统可靠性分析方法，为分析油气井射孔工况下可靠性问题提供了一种准确合理的研究方法，对工程领域类似问题的研究提供了重要参考。

[0061] 实施例1

[0062] 本发明提供的实施例1为本发明提供的一种射孔管柱系统可靠性分析的方法的实施例，结合图2可知，该实施例包括：

[0063] 步骤1，建立基于竞争失效模式的射孔管柱系统正常阶段和损伤缺陷阶段的可靠性理论模型。

[0064] 竞争失效模式为至少两种的失效条件竞争使射孔管柱系统失效，失效条件包括：损伤增量达到阈值和损伤状态的持续时间达到阈值。

[0065] 在一种可能的实施例方式中，步骤1包括：

[0066] 步骤101，采用延迟时间概念描述射孔管柱系统的失效过程，建立考虑所有失效条件的射孔管柱系统的寿命数学计算模型。

[0067] 具体的，考虑所有失效条件的射孔管柱系统的寿命数学计算模型为：

[0068] T＝min(X+Y,X+τ)。

[0069] 其中，T表示射孔管柱系统的寿命，X和Y分别表示射孔管柱系统正常阶段和损伤缺陷阶段的持续时间；τ＝0表示射孔管柱系统一旦出现缺陷就会失效，适用于描述只考虑一个阶段系统失效情况，τ→∞表示射孔管柱系统缺陷超过损伤阈值时系统失效，即只考虑一种失效准则。

[0070] 步骤102，根据射孔管柱系统的寿命数学计算模型，建立射孔管柱系统正常阶段系统不发生故障的概率的数学计算模型。

[0071] 具体的，根据时间间隔(0,t)内出现的冲击次数，可以构建射孔管柱系统正常阶段生存函数射孔管柱系统在正常阶段，t时间内系统不发生故障的概率的数学计算模型为：

[0072]

[0073] 其中，R(t)表示t时间内系统不发生故障的概率，P{}表示{}内函数成立的概率，fX(x)表示概率密度函数，RX(t)＝P{X>t}，RY(t‑x,x)＝P{X+Y>t|X＝x}。

[0074] 步骤103，根据射孔管柱系统正常阶段不发生故障的概率的数学计算模型，建立射孔管柱系统损伤缺陷阶段所有失效条件均不发生的概率的数学计算模型。

[0075] 具体的，根据射孔管柱系统正常阶段可靠性建模过程，根据时间间隔(x,t)内出现的冲击次数,建立射孔管柱系统损伤缺陷阶段可靠性理论模型，射孔管柱系统在损伤缺陷阶段，t时刻所有失效条件均不发生的概率的数学计算模型为：

[0076]

[0077] R(t)表示t时刻所有失效条件均不发生的概率，n表示射孔管柱系统冲击次数，Φ()表示射孔管柱系统失效概率函数，Ld表示射孔管柱系统基于时间失效阈值，α表示射孔管柱系统初始退化量，μβ表示射孔管柱系统退化率增量，μW表示射孔管柱系统正常阶段冲击量均值，λ表示射孔管柱系统正常阶段可靠性模型系数，σβ表示射孔管柱系统退化率增量方差，σW表示射孔管柱系统正常阶段冲击量方差，Lf表示射孔管柱系统基于冲击失效阈值，μV表示射孔管柱系统损伤缺陷阶段冲击损伤量均值，σV表示射孔管柱系统损伤缺陷阶段冲击损伤量方差，γ表示射孔管柱系统缺陷损伤阶段可靠性模型系数。

[0078] 步骤2，采用数值模拟方法模拟射孔管柱系统受冲击动态过程，分析得到数值模拟计算结果，根据数值模拟计算结果提取射孔管柱系统的动态受冲击数据。

[0079] 在一种可能的实施例方式中，根据射孔管柱系统的可靠性理论模型，采用数值模拟方法模拟射孔管柱系统受冲击动态过程，分析得到数值模拟计算结果的过程包括：

[0080] 根据射孔管柱系统的可靠性理论模型，结合射孔管柱系统真实作业工况，采用数值模拟方法重现射孔管柱受冲击动态过程。

[0081] 根据数值模拟方法，通过建立三维有限元射孔管柱系统仿真计算模型及进行网格划分，形成射孔管柱系统数值建模及计算方法。

[0082] 如图3为本发明提供的射孔管柱系统三维有限元计算模型示意图，结合图3可知，建模过程参考现场实际射孔作业工况，管柱尺寸及作业参数与实际射孔管柱系统完全吻合。射孔管柱系统数值模型网格划分过程采用Lagrange算法结合ALE算法，模型网格的细化采用流体区域共结点，同时根据实际情况设置材料参数及选择状态方程，准确施加边界约束条件及设定流固耦合接触面，综上形成射孔管柱系统数值建模及计算方法。

[0083] 根据射孔管柱系统数值建模及计算方法，展开射孔管柱系统数值模拟计算。

[0084] 根据射孔管柱系统数值建模及计算方法，将数值模型导入有限元软件中，在大型服务器上展开射孔管柱系统数值模拟计算，定义对应的关键字，并基于计算结果进行数据的初步处理。

[0085] 提取射孔管柱系统的动态受冲击数据的过程包括：

[0086] 针对射孔管柱系统数值模拟计算结果，绘制射孔管柱系统顶部受到的冲击的等效应力随时间变化的曲线。

[0087] 射孔管柱系统的等效应力变化具有周期性的特点，射孔管柱系统的底部、中部及顶部依次响应，在顶部由于冲击波在固定端部发生反射，出现最大等效应力峰值。因此在射孔管柱系统的易损部位即管柱顶部，按照结构块在射孔管柱系统顶部提取等效应力数据。

[0088] 根据曲线确定为射孔管柱系统由正常阶段进入损伤缺陷阶段的时刻为等效应力峰值第一次超过油管屈服强度的时刻。

[0089] 如图4所示为本发明实施例提供的射孔管柱系统顶部等效应力随时间变化曲线示意图，图4给出的实施例中，虚线代表射孔管柱屈服极限536MPa。当射孔管柱等效应力超过该屈服极限时，管柱系统进入损伤缺陷阶段。将射孔管柱等效应力曲线上的每一个峰值点视为一次冲击作用，则管柱系统受到的冲击总次数为38次。在0至3100μs时间段，管柱顶部等效应力峰值始终低于油管屈服极限，为正常运行阶段。从3100μs时刻开始，管柱等效应力峰值第一次超过了油管屈服强度，射孔管柱系统损伤缺陷时刻出现，进入损伤缺陷发展阶段。

[0090] 确定射孔管柱系统在正常阶段和损伤缺陷阶段分别受到的冲击次数。

[0091] 图4给出的实施例中，正常阶段射孔管柱系统受到的冲击次数为22次，损伤缺陷阶段受到的冲击次数为16次。在获取射孔管柱系统受冲击数据的基础上，针对冲击时刻管柱的外载荷数据进行提取，以油管段环空压力作为管柱的外载荷进行加载。

[0092] 步骤3，根据动态受冲击数据以及可靠性理论模型对射孔管柱系统进行可靠性评估。

[0093] 在一种可能的实施例方式中，步骤3包括：

[0094] 确定射孔管柱系统顶部受到的冲击的等效应力的失效阈值和缺陷阈值以及损伤缺陷阶段的持续时间阈值，采用可靠性理论模型计算射孔管柱系统分别在正常阶段和损伤缺陷阶段，各个失效条件导致射孔管柱系统失效不发生的概率，形成射孔管柱系统可靠性评估结果。

[0095] 根据射孔管柱系统动态冲击数据，确定射孔管柱系统的失效阈值为500，缺陷阈值为300，损伤缺陷阶段的持续时间阈值为500。根据上述阈值数据，采用可靠性理论模型计算射孔管柱系统不发生基于持续时间或者冲击失效的概率即总失效概率。由于射孔管柱系统竞争失效模式的存在，射孔管柱系统整体的可靠性要低于单独基于持续时间和基于冲击失效的可靠性。

[0096] 根据射孔管柱系统正常阶段和缺陷阶段的可靠性模型，分别计算得到射孔管柱系统不发生基于持续时间失效的概率和不发生基于冲击失效的概率，形成射孔管柱系统可靠性评估结果。

[0097] 图4给出的实施例中，在(0，500)时间段，射孔管柱系统不发生基于持续时间失效的概率为1，即射孔管柱系统处于完好的状态。在(500，2500)时间段，射孔管柱系统不发生基于持续时间失效的概率明显降低。在(0，100)时间段，射孔管柱系统不发生基于冲击失效的概率为1；在(100，2500)，射孔管柱系统不发生基于冲击失效的概率明显降低。

[0098] 对比两个阶段的可靠性结果可知，射孔管柱系统基于冲击失效的概率比基于持续时间失效的概率更大，即射孔管柱更可能因为冲击作用发生失效现象，而不是它的持续作业时间。

[0099] 实施例2

[0100] 本发明提供的实施例2为本发明提供的一种射孔管柱系统可靠性分析的系统的实施例，图5为本发明实施例提供的一种射孔管柱系统可靠性分析的系统结构图，结合图5可知，该系统的实施例包括：可靠性理论模型建立模块、动态受冲击数值模拟模块和可靠性评估模块。

[0101] 可靠性理论模型建立模块，用于建立基于竞争失效模式的射孔管柱系统正常阶段和损伤缺陷阶段的可靠性理论模型。

[0102] 竞争失效模式为至少两种的失效条件竞争使射孔管柱系统失效，失效条件包括：损伤增量达到阈值和损伤状态的持续时间达到阈值。

[0103] 动态受冲击数值模拟模块，用于采用数值模拟方法模拟射孔管柱系统受冲击动态过程，分析得到数值模拟计算结果，根据数值模拟计算结果提取射孔管柱系统的动态受冲击数据。

[0104] 可靠性评估模块，用于根据动态受冲击数据以及可靠性理论模型对射孔管柱系统进行可靠性评估。

[0105] 可以理解的是，本发明提供的一种射孔管柱系统可靠性分析的系统与前述各实施例提供的射孔管柱系统可靠性分析的方法相对应，射孔管柱系统可靠性分析的系统的相关技术特征可参考射孔管柱系统可靠性分析的方法的相关技术特征，在此不再赘述。

[0106] 请参阅图6，图6为本发明实施例提供的电子设备的实施例示意图。如图6所示，本发明实施例提了一种电子设备，包括存储器1310、处理器1320及存储在存储器1320上并可在处理器1320上运行的计算机程序1311，处理器1320执行计算机程序1311时实现以下步骤：步骤1，建立基于竞争失效模式的射孔管柱系统正常阶段和损伤缺陷阶段的可靠性理论模型；竞争失效模式为至少两种的失效条件竞争使射孔管柱系统失效，失效条件包括：损伤增量达到阈值和损伤状态的持续时间达到阈值；步骤2，采用数值模拟方法模拟射孔管柱系统受冲击动态过程，分析得到数值模拟计算结果，根据数值模拟计算结果提取射孔管柱系统的动态受冲击数据；步骤3，根据动态受冲击数据以及可靠性理论模型对射孔管柱系统进行可靠性评估。

[0107] 本发明实施例提供的一种射孔管柱系统可靠性分析的方法、系统及电子设备，对真实射孔管柱系统退化过程进行了准确描述，通过考虑基于时间退化失效及基于射孔爆炸冲击失效两种模式，建立了射孔管柱系统正常阶段和损伤缺陷阶段的可靠性理论分析模型，并结合数值模拟方法获取了射孔管柱系统动态受冲击数据，据此针对射孔管柱系统开展了可靠性评价，得到了可靠性评价结果。综上形成了一套新的完整有效的的分析射孔管柱系统可靠性的研究方法，为深入分析射孔管柱系统可靠性问题及工程领域其他类似动态冲击可靠性问题提供了有效的手段。

[0108] 需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

[0109] 本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD‑ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

[0110] 本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

[0111] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

[0112] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

[0113] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

[0114] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。