高钢级套管韧性指标适用性计算方法研究(上)

利用CEGB—R6安全评价方法,基于材料真应力一应：变行为建立了高钢级套管失效评估曲线,对高钢级套管材料的断裂韧性K1与常温冲击功Akv的关系进行了统计研究,根据失效评估技术获得了含缺陷套管韧性指标的适用性计算方法。通过人工预制裂纹、有限元数值模拟和内压爆破全尺寸实验,对韧性指标计算方法进行了有效验证。将所得的计算结果与API Spec 5CT标准规定的韧性指标进行分类对比,指出API标准的韧性计算方法是以防止脆性启裂为设计依据的,由于仅考虑了屈服强度和套管壁厚,而对套管外径、服役中产生的缺陷几何形貌等因素缺乏考虑,因此在实际服役中存在较大的安全隐患。     

高钢级HFW石油套管的研制

介绍了HFW焊管机组的生产能力以及高钢级HFW石油套管的开发研制情况。经过一系列检测分析发现,通过调质热处理工艺研制出的N80Q、L80-1、P110钢级高强度HFW石油套管,其材料组织、强度、韧性等都发生了变化,力学性能达到了API Spec 5CT标准(第9版)要求,可满足用户的技术要求。分析认为:原料成分和调质热处理是实现高钢级HFW石油套管生产的关键。     

高钢级油气管道ECA评价技术研究现状与展望

近年来,高钢级油气管道环焊缝引发的事故频发,给正常生产秩序和施工进展带来困难.因此,对高钢级油气管道环焊缝进行准确的适用性评价是保障管道安全运行的必要手段.本文通过对比分析基于"合于使用"原则发展来的5种缺陷评定方法,以及以BS 7910为基础的分析缺陷评定方法在管线钢中的相关应用实例,总结了工程临界评估(Engineering critical assessment,ECA)对高钢级管道环焊缝安全使用的作用,并对ECA技术在高钢级油气管道环焊缝评估方面的发展方向做出预测:1)建立高钢级管道的力学性能数据库,编制缺陷评估软件,以简化ECA评估方法;2)克服过渡区域影响、强度不匹配、复杂服役环境韧性变化等问题,得到更合理、更精确的评估结果;3)为管道焊接缺陷AUT检测和RT检测提供验收标准和判断依据,给出不同管材适用于双百双评还是双百单评指导意见和依据,向实际工程应用靠拢.     

采用失效评估图确定新建油气管道环焊缝断裂韧性的方法

油气管道现场环焊缝的断裂韧性是保障管道环焊缝安全的重要因素。我国以往根据工程实际做法主要参考管体焊缝韧性指标确定,缺少系统的推导计算。为合理确定该指标,本文采用断裂力学的计算方法,按照BS 7910,API 579标准中规定含缺陷金属结构失效评价原理,针对西三线中靖联络线工程设计采用的设计参数(管径、压力、钢级、壁厚)和执行的无损检测标准,分析了管道所承受的最大轴向应力和环焊缝极限容限缺陷尺寸,基于失效评估图(FAD)中的失效评估曲线,计算推导了管道环焊缝的断裂韧性指标CVN值。在计算基础上,结合对国内外标准的对比分析,确定了工程采用的环焊缝断裂韧性CVN值,对今后类似工程环焊缝冲击吸收功的确定具有重要指导作用和借鉴意义。     

某水平井套管开裂失效实验及数值模拟研究

通过分析水平井套管现场服役工况,并结合宏观观察、理化性能检测、组织分析、扫描电镜观察和能谱分析等实验研究及数值计算方法,系统分析了水平井套管发生开裂失效的原因。结果表明,套管材料性能满足标准要求,但套管内壁存在大量腐蚀坑,套管在酸化压裂过程中发生点蚀。断口分析表明,裂纹起源于腐蚀坑底,套管内部存在非金属夹杂缺陷。通过数值模拟计算,分析了套管在完整及含缺陷状态下的承压能力,套管在腐蚀和缺陷作用下承压能力极大降低。当缺陷深度为0.5 mm、内压47 MPa时,套管在52 MPa压裂过程中沿原始缺陷方向发生开裂失效,与套管在压裂作业过程中失效情况相符。依据所得研究结果提出避免此类失效事故的建议。     

油套管的服役条件及产品研制开发现状(下)

我国油井管制造厂和油田用户密切合作,结合油田实际,联合研发攻关,极大地推进了油井管的国产化进程,使油套管产量、品种规格和质量实现根本性转变。简要介绍了油套管柱的力学、环境服役条件及油套管失效的类型及原因。综述了油套管产品研发的进展和现状,建议进一步加强非API钢级、特殊螺纹连接油套管和特殊用途油井管的开发,提出应解决的突出技术问题并注意评价标准的建立和评价方法的科学性。     

油套管的服役条件及产品研制开发现状(上)

我国油井管制造厂和油田用户密切合作,结合油田实际,联合研发攻关,极大地推进了油井管的国产化进程,使油套管产量、品种规格和质量实现根本性转变。简要介绍了油套管柱的力学、环境服役条件及油套管失效的类型及原因。综述了油套管产品研发的进展和现状,建议进一步加强非API钢级、特殊螺纹连接油套管和特殊用途油井管的开发,提出应解决的突出技术问题并注意评价标准的建立和评价方法的科学性。     

挤干辊断裂失效原因分析

采用扫描电镜、金相检验和化学分析等方法,对失效挤干辊套管发生断裂原因进行分析,结果发现挤干辊套管的材质与设计要求不符;采用环向焊接方式拼接的套管,管壁厚薄差异明显,最薄处的壁厚约为最厚处壁厚的1/2,在管壁最薄处的内壁附近存在焊接缺陷;挤干辊在服役过程中,整个辊身受到周期性载荷作用,在焊接缺陷处诱发形成疲劳裂纹源,造成套管发生断裂,挤干辊失效.     

二次加热对高钢级管线钢韧性及其组织的影响

通过对大量二次加热高钢级管线钢试样韧性指标和剪切面积之间统计规律的分析,研究了高钢级管线钢二次加热后的韧性变化规律,并和母材对比;同时对其与组织的变化关系进行探讨。研究表明,高钢级管线钢在(800～1300℃)二次加热后,剪切面积和Charpy冲击功呈线性关系;背散射电子显微分析(EBSD)研究同时证明,有效晶粒是反映冲击韧性变化的合理参量。     

单边缺口拉伸试样的断裂韧性计算方法对比

在工程临界评估（engineering critical assessment）中,裂纹尖端张开位移（CTOD值）的精确性将极大影响设计安全裕度与服役寿命.单边缺口拉伸（SENT）试样裂纹尖端的应力应变场与管道在实际服役状况下相似,被认为比较适用于测量管道CTOD值.目前有几种针对SENT断裂韧性的计算方法,但是并没有统一的标准.文中采用API X70管线钢,进行SENT试样断裂韧性试验并对比各计算方法与双刀口法之间的区别.采用Crackwise 4.0评估了不同计算方法得到韧性值对裂纹极限尺寸的影响.结果表明,几种CTOD计算方法相较于双引伸计法都有较大误差,断裂韧性的精确度对于ECA评估极限裂纹尺寸有极大影响.     

基于模糊共因失效分析的FMEA风险评估方法

针对传统FMEA中风险评估因子很难被精确评估以及风险优先顺序数计算中存在的缺陷,提出一种可以考虑模糊语境和失效模式与失效原因关联性的FMEA风险评估方法。该方法综合采用三角模糊数、灰色关联分析和决策试验与评价实验室法对失效模式的风险进行排序,既考虑了风险评估因子的模糊性,又考虑了失效模式和失效原因间的影响关系,使得排序结果更加符合工程实际。最后以W公司的TFL-LCD为例,验证了该方法的有效性。     

金属套管腐蚀缺陷的脉冲涡流近-远场复合检测

双层金属套管是石油、化工、航空航天等工程领域常见的一种管道结构,由材料不同的内、外管组成。服役中的双层金属套管易出现腐蚀等缺陷,严重影响结构的完整性,因此,对双层金属套管进行有效原位无损检测非常重要。围绕脉冲涡流近-远场复合检测方法,针对不锈钢-碳钢双层套管内、外管腐蚀缺陷的检测进行探究。通过系列仿真研究,在明晰脉冲涡流近-远场磁场信号及其特征与内、外管外壁减薄损伤参数间关联规律的基础上,提出套管减薄损伤识别及定量评估方法。基于所搭建的试验平台,试验验证了基于脉冲涡流近-远场复合检测的不锈钢-碳钢双层套管外壁减薄损伤识别及量化评估方法的有效性。     

PDVSA EM-18-00/10 J55钢级HFW套管的开发

针对海外某HFW套管项目技术要求远高于常规API标准要求的特点,分析用户附加标准PDVSA EM-18-00/10,提出J55钢级HFW套管的材料要求、工艺路线及检(试)验要求,并对制管和检(试)验结果进行分析。分析认为:生产的成品具有良好的塑性、强度和韧性,较小的残余应力,较好的抗沟槽腐蚀性能,各性能满足API Spec 5CT—2011标准和用户附加技术要求。     

超深井用160钢级超高强度高韧性套管的研制及组织表征

根据超深井开发要求对超高强度高韧性套管的合金化技术和制造工艺进行研究,开发出具有优异韧性和抗延迟断裂性能的BG160V超高强度高韧性套管,并分析了该BG160V套管在不同服役温度下的强韧性以及微观组织。工业性试制的性能检测结果表明:该套管的屈服强度达到1 100 MPa以上,0℃横向夏比冲击功超过名义屈服强度的10%,满足超深井油气资源开发对套管性能的要求;管体晶粒度达到11级,平均有效晶粒尺寸2.45μm,细小的晶粒是材料具有良好韧性和抗延迟断裂性能的主要保证。     

应力对超级13Cr油钢管内腐蚀行为影响的数值模拟

研究高强度油管钢在服役过程中,应力与电化学腐蚀共同作用下油管内腐蚀失效规律及相互作用机理.采用有限元计算方法对酸性环境中含缺陷的油管钢应力腐蚀过程进行研究,得到应力场与腐蚀电化学场的分布情况.结果表明:含缺陷油管在服役过程中,随着应力和缺陷深度的增加,腐蚀电势负移,阴极电流密度和阳极电流密度均增加,发生塑性形变时缺陷中...     

稠油蒸汽吞吐热采井套管柱应变设计方法

分析了某油田稠油蒸汽吞吐热采井套管的服役行为及其失效模式;提出了一种基于应变的套管柱设计思路,基于应变的设计方法主要针对管柱纵向变形进行,其目的是允许材料在安全范围内发生塑性变形;并应用实例验证了该套管柱应变设计的合理性。     

深井开发用超高强度高韧性套管组织对韧性的影响研究

采用扫描电镜和透射电镜微观分析手段,对深井用超高强度高韧性套管中Mo合金元素对韧性的影响以及管坯制造工艺对套管韧性的影响进行研究,发现析出相的尺寸和分布以及成分偏析造成的组织不均能够显著影响材料的韧性。通过合金化和微合金化以及成分偏析控制技术研究,开发出具有优异夏比冲击韧性的140 ksi和155 ksi钢级的套管材料,材料在0℃下的夏比横向冲击功超过了屈服强度的10%以上。     

基于气固两相流的气体钻井套管冲蚀数值模拟研究

气体钻井过程中携岩速度较高,岩屑对套管冲蚀较为严重,冲蚀磨损导致套管含缺陷,降低套管强度,缩短服役寿命。基于气固两相流和冲蚀理论,建立了气体钻井环空岩屑运移模型,采用Grant和Tabakoff半经验公式求解岩屑粒子冲蚀速率。计算了钻柱关键点处套管冲蚀情况及携岩速度、岩屑直径和岩屑数量对套管冲蚀的影响情况。通过数值模拟计算得出钻柱接头位置套管的冲蚀速率明显高于其他位置的冲蚀速率。为有效控制套管的冲蚀速率,建议在气体钻井中有效的控制携岩气流速度;建议在由冲蚀较严重而造成套管失效几率高的气体钻井中使用牙轮钻头钻进。     

Φ139.7 mm×12.7 mm CB125HC高抗挤套管抗外挤性能研究

利用实物试验和有限元模拟研究了几何参数对高抗挤套管抗挤性能的影响。检测10支同批次Φ139.7 mm×12.7 mm CB125HC套管的外径、壁厚等几何参数,利用立式挤毁试验系统进行挤毁试验,得到套管抗挤强度值。对检测的几何参数和挤毁结果进行分析,研究壁厚不均度、椭圆度等对套管抗挤能力的影响。利用实测数据建立有限元模型,计算各个样品的抗挤强度值并与API计算值和实测值进行比较。结果表明:高抗挤套管的抗挤强度远大于API计算值,说明API公式不适用于高抗挤套管,有限元结果与试验结果相近,用有限元方法可快速预测高抗挤套管的抗挤能力。     

长圆螺纹套管接头工厂端滑脱失效原因分析

分析长圆螺纹套管接头工厂端发生脱扣事故的原因。观察失效试样的宏观形貌,检测套管材质的理化性能,对比分析脱扣接箍不同位置的外径、失效试样螺纹锥度,并对同批次套管试样进行实物对比试验,对螺纹接头进行拉伸条件下的有限元模拟分析。结果显示:失效套管材料屈服强度小于API Spec 5CT—2011标准要求值;螺纹接头工厂端上扣位置满足相关标准要求;脱扣接箍不同位置外径差异较小;脱扣接箍工厂端螺纹锥度波动范围较大;有限元力学模拟分析反推接头工厂端不会在上扣痕迹位置发生脱扣失效。长圆螺纹套管接头工厂端发生滑脱失效的主要原因是套管材料屈服强度偏低和现场浮动上扣导致螺纹接头发生松动。