不锈钢管的尺度公差及其实测控制(下)——中外不锈钢管标准细节比较研究之三

外径、壁厚、定尺长度(支长)及壁厚均匀度、直度等是不锈钢管生产和流通中需要关注的基本尺寸参数。比较了欧盟、美国和我国国家标准对不锈钢管的基本尺寸参数及其公差规定的某些差异,详细分析了美国标准中独特的不锈钢管标重公差的实际意义、放宽薄壁不锈钢管圆度公差和严格厚壁不锈钢管壁厚均匀性公差的合理性,讨论了外径和壁厚的实际测量方法,以及矫直可能给不锈钢管的耐蚀性带来的损害。     

高精度的不锈钢管

建在美国的格林威尔钢管公司提供给用户高精度不锈钢管已有40多年历史了。这种高精度不锈钢管是由冷拔无缝管或者焊管生产制造的,产品范围为,外径从3.2～38.1mm,长度为31m,提供的钢管不是经过光亮退火,就是经过硬拉拔处理。格林威尔公司提供的不锈钢管主要是不锈钢300系列;然而其它一些类型象C276、2205和合金400也能提供。通过公司的三个管子部门,还可提供不锈钢304和不锈钢316系列的焊接不锈钢管。虽然目前管子壁厚只能达到0.035,但三个管子部门能够提供高质量的外径为6.3mm,9.5mm和12.7mm的环形或直的不锈钢管。高精度的不锈钢管…     

石油套管抗挤性能研究

以 139.7 mm×7.72 mm/9.17 mm SEW N80和P110套管为例建立几何模型,利用套管抗挤强度计算公式、有限元分析及套管挤毁试验研究了套管抗挤毁性能的影响因素。结果表明,径厚比、屈服强度是造成套管挤毁失效的主要影响因素;外径不圆度、残余应力的影响次之;壁厚不均度影响最小。另外,外径不圆度、壁厚不均度及残余应力的综合作用对套管的抗挤毁性能也有一定的影响。     

钻井膨胀管膨胀过程中不均匀变形的试验研究

模拟井眼中的钻井实体膨胀管膨胀时的力学环境 ,选用 35CrMo钢管 ,对实体膨胀管在 5种不同膨胀幅度下的管子壁厚不均度及不圆度的变化规律进行了试验研究。发现膨胀管在膨胀后其壁厚不均度及不圆度会比原来的增大 ;膨胀使管子某些管段出现了开裂 ,但在纵向上的不同管段管子出现缺陷的情况不同 ,说明钻井膨胀管膨胀过程中存在着较严重的不均匀变形现象 ,这种不均匀变形是造成膨胀后管子抗挤强度降低的一个重要因素。为此建议 :(1)对膨胀管的初始不均度及不圆度作出比API标准更严格的要求 ,使其膨胀后即使壁厚不均度及不圆度比原来的增大 ,也不至于增加太大 ;(2 )在井眼中实施膨胀管作业时 ,必须从膨胀工艺上采取措施减轻管子横向和纵向上的不均匀变形。     

石油套管几何缺陷对抗挤强度的影响

在考虑几何缺陷等因素的条件下,建立了计算套管挤毁的有限元模型,并根据试验结果对模型进行了验证。该模型具有较高的计算精度,可用于石油套管挤毁计算的有限元模拟。将不圆度和壁厚不均度分开考虑,分别计算出其中一种缺陷因素影响下套管的抗挤强度。结果表明,理想圆管的承载能力高于存在几何缺陷的套管;不圆度对抗挤强度的影响较大;壁厚不均度的影响相对较小。     

外径和壁厚的制造偏差对管道可靠度的影响

管道外径和壁厚是管道设计的重要参数，但由于现有工艺技术的限制，在制作过程中外径和壁厚必然存在一定的制造偏差，对管道可靠度会造成一定影响。为明确外径和壁厚的制造偏差对管道可靠度的影响，首先通过管道几何尺寸测量仪获得了管道的外径与壁厚数据，研究了管道外径和壁厚的分布规律；然后建立计算管道压力的极限状态函数，利用一次二阶矩法推导了考虑管道外径和壁厚制造偏差影响的管道可靠度计算公式；在此基础上，研究了管道外径和壁厚的平均值与标准差对管道失效概率的影响，并分析了管道失效概率对各个影响因素的敏感程度。研究表明，管道外径制造偏差对管道可靠度的影响较小，而壁厚制造偏差对管道可靠度的影响相对较大。因此，在管道加工制作过程中，应严格控制壁厚的制造偏差。     

套管尺寸偏差与挤毁强度关系的新认识

为了探讨API 5CT规范规定的套管尺寸公差对套管挤毁强度的影响,选取了J55钢级Ф139.7 mm×7.72 mm、L80钢级Ф177.8 mm×10.36 mm和P110钢级Ф244.5 mm×13.84 mm 3种有代表性的油田常用套管,采用有限元法对其在不同外径和壁厚偏差影响下的套管挤毁强度进行了非线性分析、计算,得到了单独考虑外径、壁厚及同时考虑外径和壁厚尺寸偏差下的套管挤毁强度及其变化规律。计算可知,在API 5CT规范规定的尺寸公差范围内,即使套管外径和壁厚的最不利偏差同时出现在同一横截面上,套管的挤毁强度仍然会在API额定值之上,椭圆度对套管挤毁强度的影响大于壁厚不均度的影响,套管圆周上壁厚最薄点决定着套管挤毁强度,壁厚不均度对套管挤毁强度的影响非常小,API给出的大外径套管额定挤毁强度偏保守。对于尺寸公差符合API 5CT规范的套管,其挤毁强度一般会高于API额定值一定幅度。      

几何尺寸影响下的高钢级套管挤毁变形探讨

针对V140套管内封隔器不坐封且井下工具下入遇阻等问题,在某油田随机抽取6根139.7mm×12.09mmV140套管进行全面尺寸测量,确定椭圆度和壁厚不均度,然后选2根椭圆度变化较大的试样进行挤毁试验,模拟测试实际工况下套管变形情况。结果表明,椭圆度和壁厚不均度跳跃变化越大,套管越易变形,即套管抗挤强度越小;内壁椭圆度越大越易降低套管抗挤强度。因此,在套管生产过程中,不仅要使其椭圆度和壁厚不均度符合规定要求,还应使其变化跳跃性不要太大;不能忽略套管内壁椭圆度的变化,建议制订必要的套管内壁椭圆度控制规范。     

关于低压焊管的创新诌议（一）

对低压焊管及低压焊管的连续管螺纹的连接方法进行了分析,指出了中外许多国家的焊管内径尺寸,壁厚,外径尺寸严重偏差,尺寸不合理,不规范,旧英制管螺纹标准本身存在不合理因素,建议重新设计新型低压焊管的技术尺寸,并采用新低压焊管和新连接管件。     

膨胀管膨胀过程中不均匀变形的试验研究

模拟井眼中的钻井实体膨胀管膨胀时的力学环境,选用35CrMo钢管,对实体膨胀管在5个不同膨胀幅度下的管子壁厚不均度及不圆度的变化规律进行了试验研究。发现膨胀管在膨胀后其壁厚不均度及不圆度会在原来的基础上进一步增大;对管子进行了探伤分析,发现膨胀使管子某些管段出现了开裂,但在纵向上的不同管段,管子出现缺陷的情况不一样。由此说明钻井膨胀管膨胀过程中存在着较为严重的不均匀变形现象,并对造成这些不均匀变形的原因进行了分析,同时认为这种不均匀变形是造成膨胀后管子抗挤强度降低的一个重要因素。这些认识对于膨胀管管材的相关标准制定及膨胀工艺设计研究具有重要意义。     

壁厚不均缺陷对膨胀套管性能的影响

采用有限元法分析了壁厚不均缺陷对膨胀套管性能的影响。分析研究结果表明(1)壁厚不均的膨胀套管膨胀后壁厚不均度增大;(2)壁厚不均的膨胀套管膨胀后各部位壁厚均减小,最薄侧壁厚减薄量随壁厚不均度的增加呈上升趋势,而最厚侧壁厚减薄量随壁厚不均度的增加呈下降趋势;(3)壁厚不均度对膨胀套管自由端面轴向总位移影响很小;(4)膨胀套管壁厚不均度小于0.2时,所需最大膨胀力变化不大;壁厚不均度大于0.20时,所需最大膨胀力迅速降低;(5)壁厚不均度对膨胀套管膨胀后的残余应力影响很小。     

不锈钢弯管的皱波问题及其预防措施(下)

为了预防不锈钢管冷弯时出现皱波的问题,首先从管件制造标准化角度考察和评估了冷弯方法的优点及其合理应用范围,然后通过两个典型案例分析了冷弯时发生皱波的"薄"壁条件和影响因素。分析指出,皱波的实质是拱腹压缩塑性变形区的"压杆"失稳屈折现象。依据钢管to/do和Ro/do决定的弯管"薄"壁度,合理设置芯棒型式模具加工精度和安装"间隙",从力学上增强"压杆"抗压稳定度,是预防皱波的必要保障。不锈钢管制造标准允许的to和do公差带往往大于"薄"壁弯管所必须的模具间隙,有时会在小批量多品种规格不锈钢弯管时产生皱波,但只要把握"薄"壁度,重视芯棒结构、模具间隙及弯管参数的合理调整,不锈钢冷弯管时的皱波问题是可以解决的。     

国内外管道设计标准中管道壁厚计算方法差异

中国在中亚地区建设运营多条长输油气管道。管道设计执行标准存在的分歧,各国标准技术水平的差异,可能造成管道投资增加。研究分析了中国、俄罗斯、美国和加拿大管道设计标准中管道壁厚计算方法的差异,阐述了管道壁厚计算方法中设计系数、屈服强度、设计壁厚、公称壁厚和安全裕量等关键参数的含义和取值依据。结合典型管道设计示例,按照各国管道设计标准给出了壁厚计算值。研究表明,俄罗斯管道设计标准中考虑因素最全面,壁厚计算基于管材抗拉强度,计算值偏于保守;加拿大管道设计标准中管道强度设计系数略高于中国标准和美国标准,按照加拿大管道设计标准设计的壁厚值最小。研究分析成果可为国内外新建管道工程设计提供参考。     

不锈钢弯管的皱波问题及其预防措施(上)

为了预防不锈钢冷弯管时出现的皱波问题,首先从管件制造标准化角度考察和评估了冷弯方法的优点及其合理的应用范围,然后分析了不锈钢冷弯时发生皱波的"薄"壁条件、影响因素,并通过两个典型案例进行了分析。分析指出,皱波的实质是拱腹压缩塑性变形区的"压杆"失稳屈折现象。依据钢管的t_o/d_o和R_o/d_o决定的弯管"薄"壁度,合理设置芯棒型式及其他模具加工和安装精度确定的"间隙",以从力学上增强"压杆"抗压稳定度,这是预防皱波的必要保障。不锈钢管制造标准允许的t_o和d_o公差带往往大于"薄"壁弯管所必须的模具间隙,有时会在小批量多品种规格不锈钢弯管时产生皱波,但只要把握"薄"壁度,重视芯棒结构,模具间隙及弯管参数的合理调整,不锈钢冷弯管时的皱波问题是可以解决的。     

小直径厚壁焊管成型有限元仿真分析

利用非线性有限元仿真软件Msc．Marc对小直径厚壁焊管的辊弯成型工艺过程进行了模拟。分析了焊管壁厚的圆度误差分布,给出了外径不变与壁厚不变两种情况下误差的多项式方程;总结了成型后壁厚的变化规律,找出了壁厚变化的峰值点。提出了依据壁厚变化规律对轧辊原始外轮廓进行修正以减少壁厚误差的设想,为高精度焊管设计方法提供了新的理论依据,为小直径厚壁焊管的生产应用做出了有益的探索。     

膨胀波纹管抗外挤强度的影响因素分析

为了找出影响膨胀波纹管抗外挤强度的影响因素,通过ABAQUS有限元软件对波纹管的抗外挤强度进行模拟,研究了波纹管的不圆度、波纹管的壁厚、井筒直径等对波纹管抗外挤强度的影响。结果表明,不圆度和壁厚对膨胀后波纹管抗外挤强度的影响较大,随着波纹管不圆度的减小,波纹管的抗外挤强度迅速的增大,壁厚越大波纹管的抗外挤强度也越大;另外,增大波纹管应用的井筒直径可以有效的提高波纹管的膨胀性能,降低波纹管膨胀后的不圆度,但是大尺寸的井筒直径降低了波纹管膨胀后的抗外挤强度。     

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随着不圆度和壁厚不均度的增加，套管的临界挤毁压力逐渐减少，并且不圆度对套管抗挤强度影响较大。一般情况下，石油套管同时存在着不圆度和壁厚不均度等初始几何缺陷，这些制造缺陷的存在势必降低套管的抗挤毁性能。API Bul 5C3给出了抗挤强度的计算公式，但仅仅提供了管材屈服强度、管径、壁厚等基本输入参量，而未考虑管体不圆度和壁厚不均度等初始几何缺陷的影响。实践证明，不圆度和壁厚不均度对套管抗挤强度的影响是相当可观的。文章运用有限元法详细研究了初始不圆度和壁厚不均度对套管抗挤强度的影响规律，并提出进一步降低和控制套管初始几何缺陷的工艺措施。     

不锈钢管及复合不锈钢管焊接工艺

不锈钢一碳钢复合钢管与不锈钢管的焊接可看作是两种焊接工艺的组合:即不锈钢与不锈钢的焊接;不锈钢与碳钢的焊接.焊接过程中,复合管基层和复合管衬管的封焊属于异种金属的焊接;不锈钢管与复合管衬管的打底焊属于同种金属的焊接;不锈钢管与复合管基层的填充焊属于异种金属的焊接.由此得知,每种焊接材料和焊接工艺的选择由复合管的衬管、基层和不锈钢的材料决定.     

外压作用下套管抗挤强度研究

为提高套管挤毁压力的计算精度,应用统计方法对213根套管全尺寸挤毁试验数据进行了方差分析。结果表明,径厚比、屈服强度是套管抗挤强度的主要影响因素,不圆度、壁厚不均度、残余应力等因素对套管抗挤强度的影响呈随机性分布。利用有限元方法对外径不圆度、壁厚不均度和残余应力的不同组合进行模拟分析得出,数值相同的外径不圆度、壁厚不均度及平均残余应力组合不同时,套管的挤毁压力相差很大。提出了新的套管挤毁压力计算公式,计算表明精度可满足工程要求。     

内堆焊INCONEL625管道的壁厚公差问题分析

通过理论分析和实验结合的方法,对内堆焊INCONEL625管道的壁厚公差问题进行探讨,得出了具体建议,可对现场生产提供一定指导。