连续管井口疲劳寿命预测方法研究

连续管作业过程是大变形塑性过程。通过理论分析和有限元分析相结合的方法,在对连续管因弯曲引起的轴向应变、环向应变和径向应变进行分析的基础上,建立了连续管疲劳寿命预测模型。试验对比分析结果表明,此模型可以较好地预测连续管的寿命;同时指出:随着循环次数的增加,连续管的直径也在增大,平均应变水平随之增大,而壁厚在减小,所以表现为连续管越接近损伤极限,每次的损伤值也越大。     

连续管疲劳寿命试验研究

摘 要:针对油田连续管实际作业工况,研制开发出了基于塑性变形下的连续管低周疲劳试验机。通过CT80钢级连续管疲劳试验表明,随着连续管管径减小或壁厚增加,疲劳寿命明显增加;管内压力增加时,疲劳寿命明显降低;同钢级连续管屈服强度越高,疲劳寿命越高。同时表明,连续管表面缺陷和内部夹杂物会对其疲劳寿命产生极大影响,缺陷和夹杂物尺寸越大,疲劳寿命越低;带有环焊缝对接接头的连续管疲劳寿命明显低于管体寿命。     

椭球缺陷连续管疲劳寿命分析

为防止连续管在作业过程中突然断裂,对含缺陷连续管的疲劳寿命要有一定的预测。用有限元模拟含不同尺寸椭球缺陷的连续管在零内压情况下卷绕矫直过程中的变形和疲劳,并分别用等效应变法和临界面法估算出相应的疲劳寿命,绘制成相应图表。缺陷尺寸包括其他方向上尺寸不变情况下的不同长度、不同深度和不同宽度。缺陷尺寸变化,疲劳寿命也会相应变化,其中长度方向变化对连续管疲劳寿命的影响大于深度方向和宽度方向的影响。研究结果有助于提高连续管设计水平和连续管使用寿命的预估能力,有助于减少疲劳事故所造成的人员和财产损失。     

基于优化BP神经网络的连续管疲劳寿命预测

针对标准BP神经网络预测连续管疲劳寿命时容易陷入局部极小值和训练时间过长的缺点,利用有动量的梯度下降法、拟牛顿算法和一步正割算法分别对BP神经网络进行优化。拟牛顿算法优化后的BP神经网络性能最佳。利用拟牛顿算法优化后的BP神经网络预测连续管疲劳寿命,并与标准试验结果进行对比研究。研究结果表明：拟牛顿算法优化后的BP神经网络预测结果与标准试验结果最小相对误差率为1.7%,最大相对误差率为3.6%,满足工程精度要求。同时利用优化改进的标准BP神经网络预测方法,提出连续管疲劳寿命区间预测。预测结果表明,所有的预测样本都处于合理的预测范围之内,证明了优化后BP神经网络预测连续管疲劳寿命区间的可行性。所得结果可为连续管的疲劳寿命预测提供参考。     

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。     

不同内压作用下连续管疲劳寿命有限元分析

为了弥补理论计算难以准确预测连续管疲劳寿命的不足,用ANSYS Workbench有限元分析软件建立了工作状态的连续管三维有限元力学分析模型,给出了连续管疲劳寿命有限元分析步骤,分析了不同内压作用下连续管的疲劳寿命,考察了壁厚对连续管疲劳寿命的影响,并与之前文献通过试验方法得到的结果进行比较。研究结果表明:不同内压作用下,不同壁厚连续管疲劳寿命有限元软件计算结果与试验结果趋势相同,最大误差小于8.46%,平均误差5.84%~7.04%,满足工程精度要求,可以采用有限元方法进行连续管疲劳寿命分析;增加壁厚不仅可以增加连续管的强度,还可以延长其疲劳寿命。     

多工况连续油管疲劳寿命预测方法研究

连续油管作业过程中经历复杂工况,现有研究方法大多仅考虑了单一工况,使得连续油管的疲劳寿命难以准确预测。为提高连续油管疲劳寿命预测的准确性,通过考虑连续油管作业在多工况条件下的特点,依据Manson-Coffin模型、Miner法则及中性层假设,建立含磨损、冲砂、疲劳损伤的连续油管疲劳寿命判断依据;开展连续油管疲劳性能试验,获得CT110连续油管的疲劳寿命模型关键参数;基于连续油管的使用档案,进行了某使用日历下连续油管疲劳寿命算例分析,形成多工况连续油管疲劳寿命预测方法。结果表明：在给定使用日历下,?50.8 mm×4.4 mm CT110连续油管的理论起下作业次数为11次,进行10次作业后连续油管极限载荷为645 MPa,与未使用时相比损失了17%;随着作业次数增多,连续油管寿命明显降低,其截面极限载荷呈下降趋势。本文所研究的多工况连续油管疲劳寿命预测方法为连续油管在实际使用过程中疲劳寿命预测及降级使用提供技术指导。     

连续管流体特性参数分析软件开发及应用

准确地分析连续管流体特性对施工作业的成功有着重要意义。为此,以垂直井和水平井注入流体为研究对象,建立了流体特性参数计算模型,分析了连续管流体的特性参数。以Visual Studio 2013为开发平台,自主开发了连续管流体特性参数分析软件。通过软件计算分析,确定了连续管内和环空流体压力损失大小,流体流速和流态,任意位置压力大小,得出压力变化曲线和排量-泵压流动特征曲线。研究结果为确定合理的泵压、排量和优选连续管提供了依据。     

不锈钢连续管在线检测与疲劳寿命数据融合评价方法

双相不锈钢连续管具有高塑性、高韧性和高耐腐蚀性,在海上和陆上作业中得到了广泛应用。为了解决现有漏磁检测技术对磁导率较低的双相不锈钢连续管在线检测时无法实现饱和磁化的问题,提出了一种涡流检测方法,设计使用差分曲面探头检测连续管缺陷,阵列探头交替放置于连续管表面,可360°全覆盖检测直径小于50.8 mm的连续管。结果表明,该方法可以检测纵向和轴向缺陷,克服了漏磁检测方法只能检测碳钢中单向缺陷的局限性。同时,针对理论低周疲劳模型无法精准预测含缺陷连续管疲劳寿命的问题,提出基于检测数据的疲劳预测模型,提高了连续管疲劳预测的可靠性。通过建立周向涡流检测模型,可实现连续管疲劳寿命的精准预测,从而提高产品利用率,节约成本,为连续管的高效利用提供技术支撑。     

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。     

连续油管疲劳寿命模型与试验机的发展概述

随着连续油管应用范围的扩展,以及连续油管制造技术和焊缝热处理技术的改进,不断有更高钢级和更大直径的连续油管投入到三高油气田中应用,但这些新材料疲劳模型的测试数据还不完善。对连续油管弯曲低周疲劳损伤过程进行调研及国内外连续油管疲劳寿命预测模型的发展进行分析,发现国内外逐渐考虑缺陷和现场测量数据影响因素来改进疲劳寿命预测模型。疲劳寿命模型的基础数据来源于疲劳试验机的试验数据,使得连续油管疲劳试验装置得到较快的发展,并对国内外的疲劳试验机发展现状进行归纳。目前,连续油管疲劳试验机已经能模拟钻修井各种实际工况下多种载荷下的疲劳,但缺乏对连续油管进行系统和大量样品的试验。连续油管疲劳寿命预测模型具有一定指导性,但不能准确预测现场剩余寿命,还需要进一步的完善和改进疲劳预测模型。     

连续油管在弯曲和内压共同作用下的疲劳寿命分析

连续油管在工作时除受卷绕弯曲和拉伸载荷作用外，管内常受到内压作用，承受三轴应力。根据疲劳强度理论，对连续油管在三轴应力作用下的疲劳寿命进行分析，结果表明，连续油管在三轴应力下的疲劳失效属于低周疲劳问题，疲劳寿命较短；内压大于一定值后，疲劳寿命急剧下降；改进连续油管作业装置，不用导向架，可大大延长连续油管使用时间。     

国外连续管作业软件架构分析

国内连续管作业机虽然已经有了较大的发展,但是国内开发的相关软件功能模块比较单一,大部分连续管作业配套软件基本依靠国外公司开发的相关产品。介绍了4种国外连续管作业软件现状,并对其软件架构进行深入分析,认为一个完整的综合作业软件应该有几个应用模块:1数据采集模块。采集并监控作业关键参数,为力学模拟、流体模拟和疲劳评估提供基础数据。2力学模拟模块。对连续管管柱的力和应力进行综合模拟,并由此模拟作业过程中各种因素对作业的影响,可以进行作业前设计或实时监控作业过程。3流体模拟模块。对连续管及井筒内的流体进行模拟,并由此模拟各种与流体相关的作业。4疲劳寿命评估模块。能够对连续管寿命进行优化设计,并能实时评估每一根连续管的使用寿命。     

连续管工作寿命预分析

连续管工作寿命短是影响连续管作业成本的主要因素之一。分析了连续管在起、下作业时的受力情况，概述了近年来国外关于连续管工作寿命影响因素的试验研究，明确了连续管的内压和在卷筒与导向架上的弯曲是导致连续管破坏的主要原因。并综合了各种因素，给出了连续管工作寿命的经验理论公式。     

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。     

连续油管卷绕弯曲寿命分析

连续油管工作寿命是短是影响连续油管作业成本的主要因素之一,以疲劳强度理论和塑性力学为基础,探讨连续油管在反复卷绕弯曲条件下的疲劳寿命问题,给出连续油管卷绕弯曲疲劳寿命计算方法,并讨论卷绕滚筒半径和油管尺寸对连续油管寿命的影响,分析表明,连续油管卷绕曲疲劳属于低周疲劳问题,疲劳寿命较短;改进边疆油管作业装置的结构,不同导向架是延长连续油管使用时间的有效途径。     

国外连续管钻井系统发展与应用

随着连续管钻井装备、钻具组合和钻井工艺的不断发展,连续管钻井技术作为一种成本低、效率高、安全可靠的新技术,已成为钻井领域的技术热点。介绍了连续管钻井系统的构成; 总结了连续管钻机发展历程和技术特点; 分析归纳了典型连续管钻具组合的结构及特点。提出了连续管钻井系统在国内的发展思路。     

连续管低周疲劳试验装置方案分析

低周疲劳是连续管的主要失效形式,疲劳评价对连续管的应用起着至关重要的作用。介绍了连续管的工作过程,对比分析了已有的几种连续管低周疲劳试验装置。美国Southwestern PipeInc.试验装置适用于连续管制造过程中对产品质量的检测,美国Tulsa大学及Stewart ＆ Steven-son公司试验装置适用于科研单位对连续管低周疲劳寿命的研究。     

连续油管在酸性环境下的弯曲疲劳寿命研究

为了准确评价连续油管在酸性环境下的腐蚀疲劳寿命,对CT80钢级Φ38.1 mm×3.18 mm的连续油管管段在不同条件下进行了弯曲腐蚀疲劳试验。结果显示:经过酸性腐蚀环境的浸泡后,连续油管的弯曲疲劳寿命显著下降,约为大气环境下弯曲疲劳寿命的34.6%~45.2%,其平均值约为39.7%;对于未出现HIC的连续油管,在酸性腐蚀环境下起下不同井次后,连续油管的总疲劳寿命相近。连续油管经腐蚀浸泡取出在大气环境中放置24 h后,氢原子从连续油管管体溢出,塑性部分回升,约为大气环境下弯曲疲劳寿命的68.9%。