连续油管低周疲劳分析

介绍了连续油管井下作业的弯曲循环方式及典型失效形式,并对连续油管作业进行了受力分析,同时采用外径38.1 mm,壁厚3.18 mm的CT80级进口连续油管进行不同内压下的疲劳试验。疲劳试验结果和失效试样的断口分析表明,内压作用下的弯曲疲劳是连续油管失效的主要原因,连续油管的疲劳失效属于典型的低周疲劳问题,疲劳裂纹都在连续油管外表面开始产生。因此,低周疲劳是连续油管工作寿命的主要影响因素。     

基于直径参数的连续油管低周疲劳寿命研究

为了明确连续油管在弯曲和内压条件下的低周疲劳寿命与直径参数的关系,使用连续油管全尺寸疲劳试验机,在34.47 MPa内压、弯模半径2 286 mm下对国产高强度CT90连续油管进行了疲劳寿命试验。试验结果表明,高强度大直径国产CT90连续油管失效时管径胀大率可达15.2%;研究了连续油管失效位置分布规律,揭示了连续油管直径随循环次数增加的胀大规律,并建立了一个基于直径参数的疲劳寿命预测模型,可以较好地计算连续油管工作寿命,为预判连续油管的疲劳损伤程度及断裂失效位置提供理论指导。     

长庆区域XX气水平井连续油管断裂失效要因分析

现场作业中连续油管断裂失效的原因多种多样。准确找到失效的主要原因,是杜绝安全隐患,避免类似安全事件再次发生的重要措施。以长庆区域XX气水平井通洗井作业中连续油管断裂失效为例,通过连续油管设备各部位配件检查、疲劳分析计算、连续油管外观分析、断口尺寸测量、材料无损检测、材质理化性能检测、套管变形分析等筛查途径,进行了失效原因深度剖析,确定了套管变形引起的连续油管刮伤为该井连续油管断裂失效的主要原因。为后期同类安全事件的原因分析,提供了可供参考的有效途径,并提出了预防同类安全事件重复发生的有效措施。     

110 ksi钢级连续油管刺漏失效分析

为了探寻连续油管刺漏失效的原因,以某油田110 ksi钢级Φ50.8 mm×5.2 mm连续油管刺漏样品为研究对象,进行了微观组织分析、化学成分分析、力学性能试验、金相检验和断口分析。结果显示,失效连续油管的化学成分、拉伸性能、硬度检验结果等均符合API SPEC 5ST的要求,夹杂物等级较低,金相组织为铁素体+珠光体+粒状贝氏,组织均匀,无异常。分析指出,刺漏失效是连续油管在使用过程中,机械损伤和疲劳循环载荷共同作用的结果;油田现场应加强作业过程的管理和监控,避免因操作不当造成连续油管损伤,是防止连续油管失效,提高连续油管使用寿命的关键。     

Φ31.8mm连续油管断裂失效分析

为了预防和减少连续油管在油田作业环境下发生的失效事故,提高连续油管的使用寿命,通过理化性能检验、微观组织分析和能谱分析等方法,对某油田80钢级Φ31.8 mm×3.18 mm断裂失效连续油管进行了分析。结果表明,该连续油管在受到自重产生的拉应力、周期性的塑性应变和井内酸性腐蚀环境的共同作用下,发生应力腐蚀开裂,导致连续油管断裂失效。最后给出了提高连续油管使用寿命的建议。     

连续油管可靠性研究的进展

在简要回顾连续油管早期研究情况后，概述了近10年来国外关于连续油管可靠性研究取得的新进展，包括通过疲劳试验研究，明确了连续油管的内部压力和在导引架与卷筒上的弯曲是导致连续油管破坏的主要原因；通过有限元分析和实尺模型试验，认为在高内压下的疲劳失效应以净累积轴向塑性应变达到临界失效应变为准则来估计，而在低内压下的疲劳破坏可以根据标准的低周疲劳方法来估计，进而提出了优选操作条件以提高连续油管疲劳寿命的方法，等等。最后简述了国内连续油管的研究与应用现状，指出当务之急是尽早研制出高强度、长寿命和低成本的连续油管，以取代进口产品。     

连续油管工作管桂的有效控制

讨论了延长连续油管(CT)工作管柱寿全的方法,集中考虑了六个方面的问题连续油管的疲劳控制、连续油管管柱设计选择、数据采集系统、连续油管腐蚀防护、连续油管机械损伤防护以及设备的选择.通过几个典型例证,说明了连续油管集中控制方案(TMP)能明显降低连续油管的疲劳程度.连续油管集中控制方案在墨西哥湾作业区使用时已将连续油管的疲劳速度降低300%.而且,研究人员、培训人员和现场操作人员共同努力有助于防止连续油管三种主要疲劳断裂--循环断裂、内部腐蚀和外部腐蚀的发生.文中用以疲劳算法为基础的电脑程序来跟踪连续油管使用的过程中所有管柱的疲劳.此外,还讨论了连续油管在高-低压力环境下作业时对管柱设计选择的影响.最后讨论了选择适当的设备和对设备进行适当维护,将连续油管循环疲劳降到最小及防止连续管产生机械损伤的方法.     

连续油管斜接焊缝弯曲过程应变分析

针对连续油管使用过程中出现的对接斜焊缝失效问题,采用ANSYS有限元分析软件建立了连续油管弯曲-矫直几何模型,对HS110钢级Φ50.8 mm×4.78 mm连续油管斜接焊缝的疲劳应变强度进行了分析。分析结果显示,连续油管斜接焊缝热影响区在弯曲状态下的等效应变比本体材料高30%左右;零内压弯曲情况下,随着循环次数的增加,弯曲后等效应变和矫直后残余应变在弯曲内侧内壁上增长最快;带压作业情况下,当内压超过15 MPa后,其残余应变迅速增加。研究表明,连续油管在弯曲作业过程中,斜接焊缝热影响区的强度有较大程度下降,连续油管的累积应变在弯曲内侧内壁处累积最快,此处易发生疲劳失效。     

基于椭圆度及壁厚参数的连续油管低周疲劳寿命预测

连续油管在每次起下作业中经历多次弯曲—拉直塑性变形,低周疲劳失效事故时有发生。依据连续油管工作状态,设计了专用的连续油管疲劳寿命装置和试件。对?60.325 mm连续油管进行了疲劳寿命实验,得到了不同循环次数下连续油管椭圆度、壁厚变化值,基于数学回归方法拟合出椭圆度及壁厚随循环次数计算公式,给出了低周疲劳寿命公式。研究结果表明,连续油管的疲劳寿命符合率达到90%,因此,采用新的计算方法能够为工程连续油管失效预测及控制提供理论依据。     

连续油管工作管柱的有效控制

讨论了延长连续油管（ＣＴ）工作管柱寿命的方法。集中考虑了六个方面的问题：连续油管的疲劳控制、连续油管管柱设计选择、数据采集系统、连续油管腐蚀防护、连续油管机械损伤防护以及设备的选择。通过几个典型例证,说明了连续油管集中控制方案（ＴＭＰ）能明显降低连续油管的疲劳程度。连续油管的疲劳速度降低３００％。而且,研究人员、培训人员和现场操作人员共同努力有助于防止连续油管三种主要疲劳断裂──循环断裂、内部腐蚀和外部腐蚀的发生。文中用以疲劳算法为基础的电脑程序来跟踪连续油管使用过程中所有管柱的疲劳。此外,还讨论了连续油管在高－低压力环境下作业时对管柱设计选择的影响。最后讨论了选择适当的设备和对设备进行适当维护,将连续油管循环疲劳降到最小及防止连续油管产生机械损伤的方法。     

连续油管故障树的建立与分析

结合现场调研和有关文献资料,根据故障树分析理论,用演绎法建立了连续油管的故障树。列举了连续油管的主要失效模式,从定性和定量两个方面探讨了连续油管失效的各种原因及影响连续油管可靠性的主要因素。通过对连续油管故障树结构重要度的分析,指出了除人为操作失误外,腐蚀破坏、循环弯曲、内部压力是导致连续油管早期失效的主要原因,材料和性能质量是影响连续油管可靠性的重要因素。最后提出了延长连续油管使用寿命的有效措施。     

焊接结构的疲劳断裂失效与防治

疲劳断裂是焊接结构失效的主要形式之一，占失效结构的70％以上，是一种损伤累积的过程，由循环应力、拉应力和塑性应变共同作用而发生，断裂前无明显的预兆，具有低应力脆断的征状，会造成灾难性的后果。本文分析了接头形式、应力、缺陷、热影响区组织和环境等因素对疲劳断裂的影响，认为应力集中是降低焊接接头强度和结构疲劳强度的主要因素，并从抗疲劳设计、减小调整焊接残余应力、改善构件表面质量等方面提出一系列防止焊接结构发生疲劳断裂失效的技术措施。     

ST110连续油管断裂失效分析

为了分析某油田作业用ST110等级连续油管断裂破坏原因,通过外观检测、体式显微镜检测、化学成分分析、硬度检测等一系列实验手段对断裂油管样品进行检测研究。最终实验结果表明,ST110等级连续油管常规实验结果均合格,如显微硬度、化学成分、壁厚、外径疲劳寿命等;管体内壁发生了一定的塑性变形量,有径缩的趋势;通过金相显微镜下观察裂纹形态,发现油管断裂前发生了明显的塑性变形,原晶粒被拉长或破碎,已不再保持原来的大小形状,能看出明显的塑性流变特征,属于典型的过载断裂。综合分析结果表明,该连续油管失效的根本原因为过载断裂,使用过程中油管受到机械损伤壁厚减薄导致承载能力降低,剩余壁厚承受不住作业过程的外加载荷,导致油管开裂失效。     

凹坑缺陷参数对连续管疲劳失效的影响研究

为了探究凹坑缺陷参数与连续管疲劳失效的关系,建立了含缺陷连续管有限元模型,并利用试验对有限元模型进行了验证,分析了缺陷深度、缺陷轴向角度、缺陷长度、缺陷宽度和缺陷分布数量对连续管疲劳失效的影响,并与完整连续管进行了对比。研究结果表明:连续管在带压弯直循环过程中,缺陷处会产生明显的应力集中现象,最后发生疲劳失效;在一定角度的凹坑缺陷处,径向两个角落的塑性应变最大,连续管会沿着这两个位置发生断裂;5个因素对连续管疲劳失效的影响程度不同,缺陷深度和缺陷宽度对连续管的疲劳失效影响最为显著;在含缺陷连续管疲劳寿命理论模型建立过程中,应把缺陷深度和缺陷宽度作为主要考虑因素。所得结论为连续管疲劳寿命理论模型的建立提供了参考。     

连续油管疲劳寿命的预测及模糊优选

连续油管的失效主要是弯曲疲劳失效。疲劳寿命是衡量其可靠性的关键指标。而目前连续油管疲劳寿命预测理论还很不成熟。现文利用等效应力建立了连续油管的疲劳寿命估计模型;并根据理论模型,综合考虑连续油管使用的实际条件和有关因素,对连续油管的疲劳寿命预测模型进行了模糊处理,得到了连续油管的模糊可靠性寿命,并用现场实例进行了验证说明。     

抽油机井油管载荷及应力应变分析

将自制开发的新型载荷测试仪和模拟油管工况测试台,成功地用于油管载荷及应力应变的实测试验.在此基础上,应用大型有限元分析软件ANSYS,对油管在各种工况下的应力和应变进行了计算.结果表明,抽油机井油管受到的是拉-拉疲劳载荷,处于有阻尼强迫振动状态,是油管产生疲劳断裂的基本条件.最危险点在接头的第一啮合齿的齿根处,最大应力应变值一般均超过屈服极限.在正常工况下,尽管危险点应力应变水平很高,但是仍处于低弹性应变幅循环状态下,所以油管能较长期地在井内服役;当发生非正常工况时,油管内的最大应力应变幅可能达到强化段,在循环载荷作用下会产生较大的塑性应变幅,就会发生油管的疲劳断裂.     

影响连续油管疲劳寿命的因素分析

疲劳寿命是衡量连续油管质量好坏的关键 ,分析影响连续油管疲劳寿命的因素 ,对提高连续油管寿命 ,指导其选择引进和应用管理 ,以及连续油管作业技术的推广应用都具有重要意义。通过对连续油管应力和最终拉伸强度的计算 ,建立了连续油管疲劳寿命预测模型。利用图表法分析得知 ,连续油管的疲劳寿命随内部压力的增加而急剧降低 ;外径尺寸越大的连续油管 ,疲劳寿命越低 ;其疲劳寿命随卷筒直径和导向拱弯曲半径的增大而增大 ;随连续油管材料抗拉强度的提高 ,其疲劳寿命明显增加。并据此提出建议 :( 1 )优先选用抗拉强度高的连续油管材料 ;( 2 )应尽量增大卷筒直径和导向拱的弯曲半径 ;( 3)应尽量增加大直径连续油管的壁厚 ;( 4 )在满足使用要求的前提下 ,应优先选用小直径连续油管。     

连续油管卷曲低周疲劳寿命预测

弯曲和内压作用下产生的疲劳是造成连续油管失效的主要原因,在疲劳曲线上按其破坏的循环数N划分,属于典型的低周疲劳问题。以三参数幂函数能量法(3SE)和梁弯曲理论为基础,结合连续油管的承载状态,考察其疲劳寿命及影响因素。实例分析表明,连续油管循环次数随卷绕半径的增大而增大,但基于材料本身特征,存在一个卷绕半径极限,超过该值时通过增大卷绕半径的方法来提高连续油管循环寿命无太大意义;3SE方法在寿命预测精度上优于传统Manson-Coffin方法,对于连续油管作业过程中涉及的低周疲劳问题及寿命预测具有一定的借鉴作用。     

油管多项失效典型案例分析

为了找出某气井油管失效的原因,对油管在压裂施工作业过程中出现异常,打捞作业过程中发现油管脱扣,在后续打捞过程中又出现管体颈缩断裂、管体拉长塑性变形及管体破裂的失效油管进行了检测分析,并通过实物性能检测和失效模拟再现试验对油管实物性能和工程设计文件进行了验证。结果表明,工程设计文件选材合理,油管材质符合相关标准要求,油管作业过程中失效的主要原因为施工操作不当或油管承受异常载荷所致。     

连续油管在内压作用下直径增长模型的建立

根据疲劳循环屈服强度衰减模型和弹塑性变形理论,推导了连续油管在内压作用下的直径增长（鼓胀）的理论模型。模型推导过程是：首先根据线性弹性理论和变形塑性理论推导出周向应变的数学表达式,进而导出径向应变。再通过合理的假设,建立用于计算直径增长的计算机逻辑框图。理论模型计算结果表明,当连续油管在内压下循环弯曲时,疲劳循环屈服强度衰减不可避免地导致直径增长。最后,进行了连续油管循环弯曲试验,试验数据与理论模型相当吻合,验证了理论模型的正确性。这一模型将为理解连续油管鼓胀的机理以及准确预测连续油管直径增长提供一个有效的工具。