连续油管的应力和寿命分析

分析了连续油管在起、下作业时的受力情况，指出那时发生了瞬时弯曲塑性变形，由于它在作业时同时承受由管内工作压力产生的响向应力，作业时的拉伸应力和弯曲应力，因此，在复合的交变应力作用下，管径将增大，文中综合了国外有关公司的实验数据，分析了管径增大与拉伸－弯曲循环次数，管内工作压力和管材性能之间的关系，指出了连续油管的应力和寿命的一般规律。     

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%。     

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。     

连续油管累积损伤疲劳寿命分析

根据连续油管储存及使用状况,分析了连续油管滚筒直径,导向器半径、连续油管的外径与壁厚、连续油管材质、连续油管所受载荷和使用环境等因素及其对寿命的影响。针对国内连续油管应用的环境和状况,给出了连续油管所受应力的计算公式,并应用损伤力学的迈纳线性累积损伤理论,推导出连续油管疲劳寿命的估算公式,并给出实例予以说明。     

预弯曲连续油管及其疲劳寿命预测

介绍了一种提高连续油管疲劳寿命的新技术--预弯曲连续油管技术,对预弯曲连续油管进行了受力分析和强度校核,分析了现场作业过程中预弯曲连续油管应力循环特征。在对称循环和脉动循环下的疲劳实验数据基础上,用拟合法和插值法建立了任意循环下预弯曲连续油管的疲劳寿命预测模型,简单对比了预弯曲连续油管和直连续油管的疲劳寿命。初步计算表明:预弯曲连续油管技术可以成倍地提高连续油管的疲劳寿命。     

连续油管疲劳寿命预测模型的建立

连续油管的疲劳是应力状态较复杂的多轴低周疲劳 ,目前该疲劳寿命预测理论还不成熟 ,为此 ,在前人疲劳研究方法的基础上 ,建立了连续油管的疲劳寿命预测模型。在该模型中 ,将连续油管的复杂应力转化为等效的单向拉伸应力 ,将连续油管的低周疲劳应变 -寿命关系转化为应力 -寿命关系 ,得到了一个半经验寿命公式。用国外连续油管的部分疲劳实验数据对公式进行对比验证 ,结果表明 ,建立的寿命预测模型计算寿命值与实验值基本接近 ,模型基本正确。     

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。     

连续油管的疲劳试验

由于连续油管管径的增加，连续油管的用途和各种应用也相应的扩大，油管就要承受更大的压力。所以，对连续油管疲劳寿命的理解和模拟，仍然是受人们关注的一个主要研究领域。本文提出了一种方法和一套试验装置，开发这套试验装置是为了使ＣＴ疲劳试验得以简化和标准化。     

复合材料连续管设计技术研究

综合分析了国外复合连续管技术现状,并根据连续管钻井工况要求,设计了一种由内衬层、结构层和外保护层组成的三层结构复合材料连续管:内衬层采用改性聚偏氟乙烯或聚氨酯连续拉挤成型,耐腐蚀,耐磨损,防渗漏;结构层采用高强玻璃纤维为增强体,改性酚醛或聚醚酮为粘结树脂,通过连续编织拉挤成型,能承受管体轴向拉力及压力、内压和扭矩;外保护层采用改性聚四氟乙烯微粒或聚酰胺微粒增强聚氨酯注射成型,耐磨损,耐腐蚀。采用ANSYS有限元软件对结构层进行了强度分析,结果表明,采用高强度玻璃纤维和改性树脂通过连续编织拉挤成型工艺制备复合材料连续管结构层是可行的。      

连续油管的挤毁压力分析

随着连续油管在高压井和超深井中作业次数的增多,连续油管的压力挤毁问题日益突出。现文根据连续油管在井下的应力状态,推导了理想圆截面管的外部挤毁压力公式和椭圆截面管在无内压和存在内压２种情况下的外部挤毁压力公式。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

连续油管发展现状与趋势

从连续油管的材料、制造技术及作业技术等方面概述了连续油管的发展和应用情况,重点分析了TMCP态超高强度连续油管、调质型连续油管、耐腐蚀连续油管的技术发展趋势。分析指出,连续油管的市场前景良好,并且随着油气的深入开采和井况的日益复杂,从而对连续油管的规格及性能提出了更高要求;当前主要形成高强度低合金钢系列的连续油管,并出现了高耐蚀合金、复合材质以及调质型等多个系列的发展方向;未来连续油管的规格将向更大直径和长度的方向发展,性能向更高强度、更长疲劳寿命和更优耐蚀性方向发展,同时将更加关注产品的经济性及可制造性。     

连续管疲劳寿命预测软件开发及应用

连续管在作业过程中,复杂的周期性载荷作用、腐蚀、机械损伤、制造缺陷和人为误操作等都会导致连续管寿命的缩短。为此,基于Qt平台、疲劳寿命理论和国内外大量经验数据开发出了连续管疲劳寿命预测软件。通过该软件计算分析了连续管弯曲半径、壁厚和内压等对其疲劳寿命的影响,并进行了可行性验证。分析结果表明:该软件能够有效地计算出连续管疲劳寿命值;连续管内部压力的增大使其疲劳寿命的缩短由快速到缓慢,当内压增大到一定值时,连续管基本失去承载能力;选择合适的滚筒尺寸可以延长连续管的使用寿命;建议选用壁厚较大或者变壁厚的连续管。该软件的开发对连续管在工程中的应用和安全评估具有重要的指导意义。