Prediction and evaluation of remaining useful life of casing with corrosion defects

JIA Aoyin; QIAN Liqin; WANG Jie; YANG Jingwei; WU Yaokun; WEI Mingji

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.02.006

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Prediction and evaluation of remaining useful life of casing with corrosion defects

·Vibration·Noise·Monitoring·Diagnosis· | 更新时间：2026-02-12

- Prediction and evaluation of remaining useful life of casing with corrosion defects
- Journal of Mechanical Strength Vol. 48, Issue 2, Pages: 47-55(2026)
- 作者机构：
  
  1.长江大学机械工程学院，荆州 434023
  2.中国石油长庆油田分公司第四采气厂，西安 710021
- 作者简介：
  
  QIAN Liqin, E-mail: 441573083@qq.com
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52204001);Hubei Province Key R&D Program(2021BAA053)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.02.006
  CLC： X937
- Received：13 May 2024，
  
  Revised：2024-05-24，
  
  Published：15 February 2026
- 稿件说明：
移动端阅览
贾澳银，钱利勤，王杰，等. 含腐蚀缺陷套管剩余使用寿命预测评价［J］. 机械强度，2026，48（2）：47-55.

JIA Aoyin，QIAN Liqin，WANG Jie，et al. Prediction and evaluation of remaining useful life of casing with corrosion defects［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（2）：47-55.
贾澳银，钱利勤，王杰，等. 含腐蚀缺陷套管剩余使用寿命预测评价［J］. 机械强度，2026，48（2）：47-55. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.02.006.

JIA Aoyin，QIAN Liqin，WANG Jie，et al. Prediction and evaluation of remaining useful life of casing with corrosion defects［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（2）：47-55. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.02.006.

摘要

目的

针对油田开发中套管腐蚀损坏严重、影响安全作业的问题，建立了一种套管剩余使用寿命预测方法，实现对含腐蚀缺陷套管剩余使用寿命的精准预测与安全性评估。

方法

首先，基于von Mises等效应力屈服准则，建立了套管-水泥环-地层三维耦合有限元模型，分析了腐蚀坑深度、角度对套管应力分布及挤毁外载荷的影响规律。其次，结合现场实测数据，利用粒子群算法优化高斯过程回归，构建了套管腐蚀速率预测模型。

结果

结果表明，套管Mises应力随腐蚀深度增加而增大，随腐蚀坑角度增大而减小；当腐蚀坑角度为20°时，应力集中效应最显著。所提模型对腐蚀速率的预测具有极高精度，平均相对误差仅为0.78%。通过整合有限元力学分析与人工智能速率预测，提出了一种定量评估套管剩余使用寿命的方法，为老油田套管的预防与治理提供了指导。

Abstract

Objective

Aiming at the problem of severe corrosion damage to casing during oilfield development

which compromises safe operation

a method for predicting the remaining useful life of casing was established to realize accurate prediction of the remaining useful life and safety assessment of casing with corrosion defects.

Methods

Based on the von Mises equivalent stress yield criterion

a 3D coupled finite element model of the casing-cement sheath-formation system was established. The influence of corrosion pit depth and angle on stress distribution and collapse external load was systematically analyzed. Furthermore

a particle swarm optimization-Gaussian process regression (PSO-GPR) model was developed to predict casing corrosion rates using field data.

Results

The results indicate that the Mises stress of the casing increases with corrosion depth and decreases as the corrosion pit angle enlarges due to the mitigation of stress concentration. The PSO-GPR model demonstrates superior prediction performance for corrosion rates

with an average fractional error of 0.78%. By integrating numerical mechanical analysis with artificial intelligence prediction

a comprehensive remaining useful life evaluation framework for corroded casings was established

providing a foundation for risk prevention in oilfield operations.

关键词

Keywords

references

陈昊 . 含腐蚀缺陷的套管力学分析及剩余寿命预测研究［D］. 大庆：东北石油大学， 2021 ： 6 - 8 .

CHEN Hao . The research on mechanical analysis and residual life prediction of casing with corrosion defect ［D］. Daqing ： Northeast Petroleum University ， 2021 ： 6 - 8 . （In Chinese）

张智，杨昆，刘召，等 . 注水出砂井环空带压安全管控［J］. 中国安全生产科学技术， 2023 ， 19 （ 7 ）： 128 - 134 .

ZHANG Zhi ， YANG Kun ， LIU Zhao ， et al . Safety management and control of sustained casing pressure （SCP） in water injection wells with sand production ［J］. Journal of Safety Science and Technology ， 2023 ， 19 （ 7 ）： 128 - 134 . （In Chinese）

张启龙，张晓诚，韩耀图，等 . 渤海多因素条件下的管材腐蚀规律试验研究［J］. 石油机械， 2021 ， 49 （ 7 ）： 130 - 137 .

ZHANG Qilong ， ZHANG Xiaocheng ， HAN Yaotu ， et al . Exper-imental research on tubular goods corrosion under multi-factor conditions in Bohai Oilfield ［J］. China Petroleum Machinery ， 2021 ， 49 （ 7 ）： 130 - 137 . （In Chinese）

韩耀图，张启龙，李进，等 . 渤海油田注水井油套带压问题探析［J］. 石油机械， 2020 ， 48 （ 7 ）： 67 - 73 .

HAN Yaotu ， ZHANG Qilong ， LI Jin ， et al . Analysis on the annulus pressure in the water injection wells of Bohai Oilfield ［J］. China Petroleum Machinery ， 2020 ， 48 （ 7 ）： 67 - 73 . （In Chinese）

李文飞，李玄烨，夏文安 . 腐蚀套管剩余强度数值模拟分析［J］. 天然气与石油， 2013 ， 31 （ 6 ）： 70 - 75 .

LI Wenfei ， LI Xuanye ， XIA Wenan . Numerical simulation analysis on corroded casing residual strength ［J］. Natural Gas and Oil ， 2013 ， 31 （ 6 ）： 70 - 75 . （In Chinese）

练章华，罗泽利，于浩，等 . 具有腐蚀坑缺陷的套管强度评估［J］. 西南石油大学学报（自然科学版）， 2018 ， 40 （ 2 ）： 159 - 168 .

LIAN Zhanghua ， LUO Zeli ， YU Hao ， et al . Assessing the strength of casing pipes that contain corrosion pit defects ［J］. Journal of Southwest Petroleum University （Science & Technology Edition）， 2018 ， 40 （ 2 ）： 159 - 168 . （In Chinese）

LIN T J ， ZHANG Q ， LIAN Z H ， et al . Evaluation of casing integrity defects considering wear and corrosion—application to casing design ［J］. Journal of Natural Gas Science and Engineering ， 2016 ， 29 ： 440 - 452 .

YAN Y F ， SHAO B ， ZHOU X ， et al . A study on the influence of double ellipsoidal pitting corrosion on the collapsing strength of the casing ［J］. Engineering Failure Analysis ， 2019 ， 100 ： 11 - 24 .

祝效华，罗诗雨 . 套管腐蚀缺陷的规则化处理及抗挤强度分析［J］. 科学技术与工程， 2017 ， 17 （ 9 ）： 193 - 198 .

ZHU Xiaohua ， LUO Shiyu . The regularization of casing corrosion defects and collapse strength analysis ［J］. Science Technology and Engineering ， 2017 ， 17 （ 9 ）： 193 - 198 . （In Chinese）

蔡利华 . 基于温度压力耦合的井筒腐蚀寿命预测［D］. 荆州：长江大学， 2018 ： 48 - 50 .

CAI Lihua . Wellbore corrosion life prediction based on tempera-ture and pressure coupling ［D］. Jingzhou ： Yangtze University ， 2018 ： 48 - 50 . （In Chinese）

田润芝 . 基于人工智能的油套管腐蚀预测研究与失效分析［D］. 西安：西安石油大学， 2022 ： 22 - 45 .

TIAN Runzhi . Corrosion prediction research and failure analysis of tubing and casing based on artificial intelligence ［D］. Xi'an ： Xi'an Shiyou University ， 2022 ： 22 - 45 . （In Chinese）

徐芝纶 . 弹性力学-下册［M］. 4版 . 北京：高等教育出版社， 2006 ： 13 - 15 .

XU Zhilun . Elasticity，Volume 2 ［M］. 4th ed . Beijing ： Higher Education Press ， 2006 ： 13 - 15 . （In Chinese）

李志明，殷有泉 . 油水井套管外挤力计算及其力学基础［M］. 北京：石油工业出版社， 2006 ： 18 - 22 .

LI Zhiming ， YIN Youquan . Calculation of external extrusion force of casing in oil-water well and its mechanical basis ［M］. Beijing ： Petroleum Industry Press ， 2006 ： 18 - 22 . （In Chinese）

SUN K ， SAMUEL R ， GUO B Y . Effect of stress concentration factors due to corrosion on production tubing design ［C］// SPE Annual Technical Conference and Exhibition . Richardson ： Society of Petroleum Engineers ， 2004 ：SPE 90094-MS.

TIMOSHENKO S P ， GOODIER J N . Theory of clasticity ［M］. 2nd ed . New York ： McGraw-Hill ， 1951 ： 1 - 6 .

李慧玲 . 含腐蚀损伤油套管的剩余强度研究［D］. 青岛：中国石油大学（华东）， 2018 ： 29 - 32 .

LI Huiling . Study on the residual strength of casing and tubing with corrosion damage ［D］. Qingdao ： China University of Petroleum （East China）， 2018 ： 29 - 32 . （In Chinese）

练章华 . 地应力与套管损坏机理［M］. 北京：石油工业出版社， 2009 ： 28 - 31 .

LIAN Zhanghua . Geostress and casing damage mechanism ［M］. Beijing ： Petroleum Industry Press ， 2009 ： 28 - 31 . （In Chinese）

吕佳朋，史贤俊，王康 . 基于高斯过程回归的电池容量预测模型［J］. 电子测量技术， 2020 ， 43 （ 3 ）： 43 - 48 .

LÜ Jiapeng ， SHI Xianjun ， WANG Kang . Battery capacity prediction model based on Gaussian process regression ［J］. Electronic Measurement Technology ， 2020 ， 43 （ 3 ）： 43 - 48 . （In Chinese）

冯超，贾澳银，李陈涛，等 . 基于PSO-GPR含缺陷管道失效应力预测［J］. 力学与实践， 2023 ， 45 （ 2 ）： 260 - 266 .

FENG Chao ， JIA Aoyin ， LI Chentao ， et al . Failure stress prediction of defective pipeline based on PSO-GPR ［J］. Mechanics in Engineering ， 2023 ， 45 （ 2 ）： 260 - 266 . （In Chinese）

文昌俊，陈哲，邵明颖，等 . 基于改进PSO-BP神经网络的干燥机可靠性预测［J］. 机械强度， 2023 ， 45 （ 2 ）： 504 - 508 .

WEN Changjun ， CHEN Zhe ， SHAO Mingying ， et al . Reliability prediction of dryer based on improved PSO-BP neural network ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2023 ， 45 （ 2 ）： 504 - 508 . （In Chinese）

赵丽娟，张波，张雯 . 基于改进PSO-BP的采煤机截割部行星架疲劳寿命分析及预测［J］. 机械强度， 2021 ， 43 （ 4 ）： 977 - 981 .

ZHAO Lijuan ， ZHANG Bo ， ZHANG Wen . Fatigue life analysis and prediction of planet carrier in cutting part of shearer based on improved PSO-BP ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2021 ， 43 （ 4 ）： 977 - 981 . （In Chinese）

Views

118

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Research on the mechanical properties of FCC truss lattice structures

Bearing remaining useful life prediction method based on a hybrid Wiener-ANN model

OPTIMAL DESIGN OF VARIABLE PITCH STRUCTURE IN VASCULAR STENTS TO PREVENT LOOP-END FRACTURE

CONSTRUCTION AND RESEARCH OF RADIAL CONTACT PRESSURE DISTRIBUTION MODEL FOR HEAVY-DUTY ENGINEERING WHEELS

Contention resolution and blocking fairness improvement based on limited delay preemption

Related Author

JIA Aoyin

QIAN Liqin

WANG Jie

YANG Jingwei

WU Yaokun

WEI Mingji

ZHOU Xiangyu

XU Zhutian

Related Institution

College of Mechanical Engineering, Yangtze University

The Fourth Gas Production Plant of China Petroleum Changqing Oilfield Branch

Shanghai Key Laboratory for Digital Manufacturing of Thin-Walled Structures, Shanghai Jiao Tong University

State Key Laboratory of Mechanical System and Vibration, Shanghai Jiao Tong University

School of Electrical and Information Engineering, Wuhan Institute of Technology

⁰