一种X80管线钢焊接接头疲劳裂纹扩展门槛值的研究

采用疲劳试验、显微分析方法和力学性能分析等手段,对焊接热输入为20 kJ/cm的一种X80管线钢焊接接头在不同应力比条件下的疲劳裂纹门槛值进行了研究。研究结果表明,随着应力比的增加,疲劳裂纹扩展速率da/dN增大,疲劳裂纹扩展门槛值呈逐渐降低的趋势。在热输入为20 kJ/cm时,焊缝的组织以针状铁素体为主,含少量多边形铁素体,有很好的韧性。     

X70管道钢在碳酸盐/碳酸氢盐溶液中的疲劳裂纹扩展试验研究

完成了一组X70管道钢预制裂纹试件在碳酸盐/碳酸氢盐溶液中阴极保护条件和3种载荷频率(0.1、1.0、5.0 Hz)下的疲劳裂纹扩展试验。结果表明,在较高的载荷频率下,裂纹的扩展以机械作用为主,高pH值的腐蚀环境的影响不明显;如果载荷频率较低,高pH值环境则会促进裂纹的加速扩展。出乎意料的是,其中有2个试件的裂纹在预裂后停止了扩展,而在裂尖表面出现了蚀坑和开裂,这一现象进一步说明循环载荷可以破坏钝化膜的形成,从而导致表面裂纹萌生。     

4140钢焊接HAZ疲劳裂纹的延迟与扩展

利用２．５的过载继电器在应力比Ｒ＝０和０．５的等幅载荷和正载荷作用下，得到室温下下列状态材料：４１４０母材，焊后热处理后４１４０母材，焊态ＨＡＺ和后热处理ＨＡＺ的疲劳裂纹扩展特性。     

16MnR钢高温疲劳裂纹扩展行为试验研究

为了研究高温条件下材料的疲劳裂纹扩展规律,对16MnR钢在25、150、300和425℃4种温度条件下的力学性能及疲劳裂纹扩展速率进行了测试与分析。试验结果表明:16MnR钢在150和300℃的疲劳裂纹扩展速率比25和425℃时低,300℃时疲劳裂纹扩展速率最低,300℃以上时随着温度的升高裂纹扩展速率增大,425℃时疲劳裂纹扩展速率最高。得出的结论为在高温条件下相类似材料的疲劳寿命评估提供了理论依据。     

D级抽油杆20CrMo钢疲劳裂纹扩展速率及门槛值

通过对D级抽油杆20CrMo钢疲劳断裂的实验研究,得出抽油杆的螺纹段、杆体、过渡段和扳手方段疲劳裂纹的扩展速率及门槛值。同时分析了不同应力比对材料疲劳裂纹扩展速率及门槛值的影响。     

I/III复合加载模式下疲劳裂纹扩展曲线分析

为了研究套管在钻井过程中的受力状况,以P110钻井套管用钢为对象,根据疲劳裂纹扩展理论,着重利用修正的紧凑拉伸试样,研究在I/III型分量下,不同裂纹倾角对材料疲劳裂纹扩展速率的影响。结果显示：当裂纹倾角为15°时,扩展过程中裂纹完全按照倾角15°扩展;当裂纹倾角为30°时,扩展过程中裂纹发生偏转没有实现完全30°扩展。研究表明,在复合疲劳裂纹扩展过程中,裂纹倾角越大,裂纹扩展方向越容易改变。     

拉伸作用下轴疲劳长裂纹扩展寿命分析

考察了拉伸作用下不同类型表面裂纹模型(圆弧裂纹、椭圆裂纹和直裂纹)应力强度因子对轴疲劳长裂纹扩展寿命的影响,认为在计算具有表面裂纹轴类构件的疲劳寿命时,把裂纹处理为受深度比、纵横比2参数控制的椭圆裂纹比处理为仅受深度比控制的圆弧裂纹和直裂纹更加合理。在计算过程中,针对断裂韧度、裂纹扩展速率参数等的不确定性,按照它们各自的随机分布特征,应用Monte Carlo法分别对其进行抽样,采用Paris公式计算了轴寿命。     

Q345R钢厚板焊接接头断裂疲劳性能试验研究

对60mm厚度的Q345R钢手工焊焊接接头的金相组织、断裂性能和疲劳性能进行了试验研究,讨论了厚板焊接接头在母材、焊缝和热影响区的断裂韧度JIC和不同深度下的疲劳裂纹扩展速率变化情况。结果表明:①Q345R钢厚板焊接接头焊缝区组织为细化均匀的铁素体和少量珠光体,热影响区和母材组织均为粗大铁素体和少量珠光体。②焊缝的断裂韧度(309.35kJ/m2)较母材(227.97kJ/m2)和热影响区(237.26kJ/m2)好,热影响区和母材断裂韧度接近。③在相同应力强度因子幅下,焊缝区材料的疲劳裂纹扩展速率低于母材,坡口中间层疲劳裂纹扩展最慢。④热影响区不同深度试样的疲劳裂纹扩展速率一致,比母材稍慢。⑤应力比对热影响区疲劳裂纹扩展速率没有影响,但对焊缝区试样有一定影响,当应力强度因子幅小于30MPa槡m时,应力比大,裂纹扩展速率快。     

API X52焊管管母及其焊接接头的疲劳裂纹扩展速率

对两种X52管线钢管母及其焊接接头的疲劳裂纹扩展速率进行了测试，发现两种焊管管母虽有50MPa以上强度差，但几乎有相同的疲劳裂纹扩展速率。而且，两种焊管焊缝及热影响区的疲劳裂纹扩展速率均低于管母，但在排除焊接残余应力导致的裂纹闭合效应后，两种焊管焊接接头的疲劳裂纹扩展速率均与管母相当。     

管线钢断裂和疲劳裂纹扩展特性研究

对厚度分别为3mm、6mm、9mm、12mm、1mm的紧凑拉伸(CT)试样进行了断裂韧性试验,研究了X60管线钢的断裂特性.研究结果表明,由于试件厚度与分层裂纹间有强烈的耦合效应,表观断裂韧性不随厚度的变化而变化,靠增加试样厚度无法获得材料的平面应变断裂韧性,应用穿透裂纹的表观断裂韧性数据进行管道的安全评定不可靠;考虑塑性区修正的有效应力强度因子K_e与弹塑性J积分参量K_J在失稳扩展前保持了良好的等效性.对厚度分别为2mm、4mm和14mm的CT试样的疲劳裂纹扩展试验表明,高韧性管道钢的疲劳裂纹扩展存在显著的厚度效应,厚度效应敏感区在4 mm以内.     

基于有限元法对小椭圆度连续管挤毁压力研究

连续管在滚筒上缠绕和卸绕,由最初的近乎理想圆不断地椭圆化。与理想圆相比,椭圆化在很大程度上降低了连续管的挤毁压力。建立了小椭圆度连续管的有限元模型,并加载分析,将其结果与试验数据相比较,可以发现,该模型有着较高的可靠性。此外,通过该模型计算φ88.9 mm×4.83 mm、材料屈服强度514 MPa连续管不同椭圆度下的挤毁强度,并回归该规格连续管挤毁强度与椭圆度关系式。     

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。     

连续管钻定向井工具面角调整方法研究

为了解决连续管钻井定向过程中存在的工具面角调整偏差问题,提出了两段式定向施工设计方法.以斜面扭方位计算模式为理论基础,根据工具面角的调整特点,建立了双圆弧定向轨道设计模型,利用数值迭代法对其轨道约束方程组进行求解,从而得到符合定向设计要求的井眼轨道方案.实例计算结果表明,工具面角调整符合定向调整特点,设计的井眼轨道光滑,满足各项井眼约束条件.研究结果表明,两段式定向施工方法理论设计切实可行,符合定向要求,解决了连续管定向偏差问题,具有现场实际应用价值.      

超高强度CT120连续管研制及性能研究

为满足深层油气及页岩气开发需求,开发了屈服强度高于110 ksi的超高强度连续管产品。分析了超高强度连续管的制造难点,并对研制的Φ50.8 mm×4.44 mm CT120钢级连续管进行了检测分析。结果表明:CT120连续管屈服强度880 MPa,抗拉强度955 MPa,硬度小于328HV,管体焊接质量、塑性均控制较好,组织以多边形铁素体和粒状贝氏体为主,各项性能指标均满足设计要求;同时,管体具有较高的抗内、外压能力和弯曲疲劳寿命,爆破压力达200.2 MPa,挤毁压力达172.2 MPa,疲劳寿命达到192次。通过对CT120连续管综合性能研究,为该产品在油田的推广应用及作业工艺制定提供数据支撑。     

基于微磁的连续管电磁检测技术研究

微磁检测技术是一种无需外界磁化、无需退磁,利用缺陷自身产生的漏磁场进行无损检测的新技术。根据连续管在线检测要求,基于微磁检测技术和电涡流检测技术,研制了连续管电磁检测仪器样机,对连续管使用过程中常见的腐蚀、裂纹缺陷和椭圆度缺陷共同进行了检测。分析了连续管微磁检测的原理,建立了微磁检测等效磁导率模型,设计了椭圆度检测的算法,利用第6个传感器对测量结果进行了优化及校验。样机的现场试验结果表明,检测仪器的缺陷分辨率为0.1 mm,检测速度可达1 m/s,椭圆度检测精度高达1%,检测效率高、速度快,性能稳定可靠。     

连续油管性能研究与产品开发

在研究分析连续油管材料主要特点和使用要求的基础上,采用C-Si-Mn-Cr-Mo-Nb合金系高强度低碳微合金钢,通过ERW制管技术和热处理技术,开发出了满足API 5C7标准要求的CT80钢级φ31.75 mm×3.175 mm连续油管产品。理化性能检测结果表明:管体纵向屈服强度平均583MPa,抗拉强度703 MPa,延伸率约29.5%;内压为34.47 MPa时疲劳循环次数达到615次,优于国外同类产品;管体及焊缝抗HIC性能良好,裂纹长度率(CLR)、裂纹厚度率(CTR)和裂纹敏感率(CSR)均为零。     

LXGFC40型连续油管作业机结构研究

现有的连续油管作业机存在对中井口困难、位移调节范围小、运输不便等缺点.研制了LXGFC40型连续油管作业机.井架为单节桅形双开口结构,液压缸起升,便于对中井口.天车的位置可通过液压力调整,以便调整注入头的位置.前支架的滚杆结构使井架放倒后绞车的钢丝绳受力,便于排绳.试验证明,该作业机能够满足深度2 000 m井的作业要求,适应复杂路况,操作方便.     

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连续油管作业简单省时、安全可靠、节约成本，在水平井作业中具有其他设备不可替代的优点。但由于连续油管与钻具、常规油管相比的轻、柔属性使其在井下受力特殊复杂。文章通过介绍连续油管受力分析方法，用于分析井下受力，也可预测大斜度井中连续油管的动作。     

连续油管打捞连续油管关键工具研究与应用

针对用常规管柱打捞连续油管作业效率低、风险和施工强度高等问题,在调研连续油管作业技术现状的基础上,提出了连续油管打捞连续油管的思路,针对现场技术需求研发了专用打捞工具。通过模块化结构设计,在专用打捞工具中集成了鱼顶旋转引入、鱼顶检测、鱼顶抓获及剪切等功能机构,使其能够适应连续油管打捞连续油管的工况。模拟计算和室内试验证明,专用打捞工具的性能达到了设计要求。该专用打捞工具在塔里木油田X–1井?88.9 mm生产管柱内进行了13次打捞连续油管的作业,累计捞获井内严重遇卡的?38.1 mm连续油管2 851.87 m,捞获率100%,作业效率是常规管柱打捞作业的4倍,验证了专用打捞工具性能的稳定性。研究结果表明,连续油管专用打捞工具能够满足打捞连续油管的要求,可提高打捞连续油管的成功率和作业效率。      

连续管损伤磁记忆检测信号定量研究

连续管在恶劣工况下作业时,容易造成管壁减薄,从而引发安全事故。为此,采用磁记忆检测技术开展连续管刻伤试验。对连续管进行等宽不同深度的环形刻伤,根据试验数据对磁记忆信号特征参量与刻伤深度的定量关系进行拟合并得到相应公式。引入Fisher判别思想对刻伤进行多参数综合评价并建立判别准则。分析结果表明:磁记忆检测信号的梯度峰峰值和梯度波峰值与刻伤深度呈线性递增关系;梯度峰面积与刻伤深度呈指数递增关系,而梯度峰面积对数值与刻伤深度呈线性递增关系。研究成果为磁记忆检测技术应用于连续管损伤检测提供了理论支持。