【正文】 另一種更有效。相反，在深井中作業(yè)的管柱可能延英尺所示值超過實際值，從而可能提前報廢管柱。 “延英尺”法因在許多方面有缺陷，目前已不通用。第一種方法是標準“延英尺”(累計運行英尺數(shù))法。作者編寫的計算機軟件除能進行疲勞壽命計算外，還能進行軸向載荷分析、工作特性分析、摩阻壓降計算、疲勞壽命敏感性分析等。針對上述形變所產(chǎn)生的屈服，井口段管串負載最大，以及局部高壓等情況，采取合理、有效的控制措施，對提高連續(xù)油管使用壽命，削減連續(xù)油管作業(yè)風(fēng)險具有重要意義 。通過導(dǎo)向架后進入牽引鏈條總成，連續(xù)油管重新被拉直。連續(xù)油管每起下一次總共包含 6 個彎曲動作，下入井內(nèi)時，連續(xù)油管由注入頭牽引拉離滾筒，滾筒液壓馬達施加一定的反向拉力將連續(xù)油管拉直。f)　工作條件的影響(腐蝕)　井筒工作環(huán)境中經(jīng)常伴有腐蝕性流體,比如,酸性物質(zhì)和硫化氫,這些物質(zhì)將對連續(xù)管造成非常嚴重的損壞,降低連續(xù)管的工作壽命。隨著卷繞半徑的增加,連續(xù)管循環(huán)次數(shù)增加。d)　屈服強度　管材屈服強度越大,連續(xù)管工作壽命越長。b)　連續(xù)管直徑　分析試驗表明,壁厚不變,增大連續(xù)管的直徑,連續(xù)管循環(huán)次數(shù)減少。a)　內(nèi)壓　連續(xù)管內(nèi)壓的增大相應(yīng)地將引起環(huán)向應(yīng)力的增大,導(dǎo)致連續(xù)管具有較短的工作壽命。概括起來，影響連續(xù)油管疲勞壽命的主要因素有以下幾點：（1）連續(xù)油管內(nèi)壓；（2）連續(xù)油管直徑；（3）連續(xù)油管壁厚；（4）屈服強度；（5）卷筒和導(dǎo)向架尺寸；（6）工作條件 (腐蝕影響)；（7）對焊節(jié)點 (應(yīng)力集中)。因此在一般情況下，連續(xù)油管的疲勞損壞主要發(fā)生在導(dǎo)軌處，而不是發(fā)生在滾筒上。（1）從滾筒上下來不彎曲；（2）在導(dǎo)軌上彎曲（入井時） ；（3）離開導(dǎo)軌不彎曲（入井時） ；（4）從井中起出時，在導(dǎo)軌上彎曲；（5）離開導(dǎo)軌不彎曲（從井中起出） ；（6）在滾筒上彎曲。(3)建立了連續(xù)油管的壽命預(yù)測模型,得到了預(yù)測連續(xù)油管工作壽命的半經(jīng)驗公式,經(jīng)實驗驗證基本正確。 由綜上所述可得出如下結(jié)論(1)利用連續(xù)油管的等效應(yīng)力將復(fù)雜應(yīng)力轉(zhuǎn)化為等效的單向拉伸應(yīng)力,即將多軸低周疲勞問題簡化為單軸低周疲勞問題。連續(xù)油管循環(huán)次數(shù)隨著內(nèi)壓的增大而急劇降低，內(nèi)壓越大，周向應(yīng)力和單軸交變應(yīng)力越大，致使連續(xù)油管失效時的循環(huán)次數(shù)降低。另一方面是因為影響連續(xù)油管疲勞壽命的因素很多,實驗本身誤差也可能較大。說明本模型是基本正確的。表 31　模型驗證與結(jié)果對比油管直徑D/mm壁厚t/mm彎曲半徑R/mm內(nèi)　壓p/MPa實尺試驗循環(huán)數(shù) Nr/次標準實驗機實驗循環(huán)數(shù) Ns/次預(yù)測循環(huán)數(shù)Np/次誤　差/% 1 219 597 522 669 * 1 219 525 517 474 * 1 219 423 333 355 * 1 219 212 190 1 219 123 128 117 * 1 219 362 367 1 219 262 295 1 219 216 212 1 219 170 146 1 219 99 99 1 219 49 55 1 219 311 342 1 219 235 219 *號的為全尺寸實驗數(shù)據(jù)與壽命預(yù)測數(shù)據(jù)的相對誤差,其余為標準試驗機實驗數(shù)據(jù)與壽命預(yù)測值之間的相對誤差。第 6 列數(shù)據(jù)為用連續(xù)油管標準疲勞實驗裝置實驗獲得的數(shù)據(jù)。對比情況如表 31 及圖 31。1wib??21wib??????? 分析與討論根據(jù)該模型進行了預(yù)測連續(xù)油管疲勞壽命的相關(guān)計算.。i wi?一拉伸強度為 的材料的斷面收縮率，基準材料斷面收縮bb率。2MN??2wib?????? (3 一 12)2210lnMEN??????????? (3 一 13)22l10nwi ibb?????????????以上兩式中: 一斷面收縮率，由實驗得到，對 QT 一 700 連續(xù)油管材料，實驗?表明斷面收縮率為 53%。b其它符號意義同上。?連續(xù)油管在經(jīng)過卷筒和導(dǎo)向拱一次后，連續(xù)油管將經(jīng)受 1 次 作用和 2 次 作r?g用，由此造成的損傷，根據(jù) Miner 線性累積損傷理論得: (3 一 7)12//N?設(shè)連續(xù)油管在 和 的共同作用下經(jīng)過 N 次行程而疲勞失效，則根據(jù)線性累積r?g損傷理論，失效時的總損傷為 l，則有: (3 一 8)12(//)??即: (3 一 9)12///N從式(3 一 6)分別解得 和 后代入上式，得到連續(xù)油管的壽命: (3 一 10)2Mrg????材料轉(zhuǎn)換后的預(yù)測壽命為 :N? (3 一 11)22wiMrgb???????????式中: 一基準材料最終拉伸強度。根據(jù)疲勞強度理論有下g?2N列關(guān)系: (3 一 6)221rgMN???式中: 一連續(xù)油管的中位壽命。a??? 連續(xù)油管疲勞壽命預(yù)測模型設(shè)連續(xù)油管在卷筒上的等效應(yīng)力水平 的單獨作用下的總循環(huán)壽命為 。? ??b)導(dǎo)向拱上彎曲的連續(xù)油管的等效應(yīng)力公式可表示為: (3 一 5)ga?????式中: 一導(dǎo)向拱上彎曲的連續(xù)油管的等效應(yīng)力，MPa。a, ?意義同上。而對于某一連續(xù)油管來說，一般其卷筒直徑和導(dǎo)向拱彎曲半徑是固定不變的，即該連續(xù)油管在工作過程中所承受的彎曲應(yīng)力可看作是一不變量，雖然在壓力變化時連續(xù)油管的‘應(yīng)力狀態(tài)會發(fā)生變化，但在等效應(yīng)力公式中可以將彎曲應(yīng)力作為一常數(shù)項來處理 。意義同上。p一連續(xù)油管的內(nèi)壓，MPa。R 一導(dǎo)向拱半徑，mm。E 一彈性模量，MPa。g一連續(xù)油管在導(dǎo)向拱上彎曲引起的彎曲拉應(yīng)力，MPa。由于連續(xù)油管內(nèi)部液體壓力產(chǎn)生的應(yīng)力沿連續(xù)油管圓周方向是基本相同的，而彎曲應(yīng)力則隨離中性軸距離的大小而變化，因此連續(xù)油管的最危險點必處在遠離中性軸的連續(xù)油管內(nèi)外表面上。該方法雖然比較適合于實際工程應(yīng)用，但經(jīng)驗系數(shù)過多，所以預(yù)測壽命值與實際壽命之間仍存在較大的誤差 。Wu通過綜合分析各影響因素，采用經(jīng)驗系數(shù)的方法對連續(xù)油管的工作壽命進行了估計。在該模型中，連續(xù)油管材料的疲勞強度以低周疲勞下的應(yīng)變一壽命曲線表征，疲勞壽命分布為對數(shù)正態(tài)分布，變差系數(shù)取 ，累積損傷用 Miner 準則和等效應(yīng)變來描述。Avakov 等人對內(nèi)壓為 0 不同壓力水平下的三種材料(QT 一 70， SYMAX 一 80 和 SYMAX~100)的連續(xù)油管進行了疲勞試驗，研究認為:由壓力引起的靜剪切應(yīng)力分量對疲勞壽命的影響是非線性的，因此傳統(tǒng)的失效理論已經(jīng)不適合于描述或估計連續(xù)油管的壽命。其中等效總應(yīng)變幅是多軸彈塑性應(yīng)力狀態(tài)的函數(shù)，根據(jù)等效應(yīng)變幅和單軸應(yīng)力狀態(tài)下得到的低周疲勞 S 一 N 曲線就可以估算壽命。(2)連續(xù)油管的疲勞壽命預(yù)測現(xiàn)狀對連續(xù)油管低周疲勞的研究，TiptnoNweman 和 Newburn 根據(jù)實驗結(jié)果分析了目前用于研究多軸低周疲勞的大量失效理論，根據(jù)疲勞損傷的 Miner 線性累積理論建立了壽命估計模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對內(nèi)壓較小的情況下估計的結(jié)果較為理想，但隨著連續(xù)油管內(nèi)部壓力的進一步增高，由周向應(yīng)力引起的損傷機理用線性累積損傷理論則很難再去解釋。GarudBrown 和 Mi11er 分別對多軸疲勞的研究進行了評述，認為目前雖然提出了較多的多軸低周疲勞失效判據(jù)，但還沒有找到一個普遍適用的判據(jù)。但對于多軸應(yīng)力下的低周疲勞問題應(yīng)用上述理論得出的結(jié)果卻與試驗值之間存在較大的誤差。人們在對單軸低周疲勞研究的基礎(chǔ)上，已廣泛開展了對多軸低周疲勞的研究。對連續(xù)油管工作過程中的疲勞，因現(xiàn)場實際應(yīng)用中一般彎曲循環(huán)次數(shù)均在 1000 次以下，所以屬于典型的低周疲勞或應(yīng)變疲勞問題。 1971 年 Wetzel 在 Manson 一 Coffin 研究的基礎(chǔ)上，提出了根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變分析估算疲勞壽命的方法一一局部應(yīng)力應(yīng)變法。1952 年 Manson 和 Coffin 在大??18量試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上提出了表達塑性應(yīng)變和疲勞壽命關(guān)系的 Mnaosn 一 Coffin 方程，奠定了低周疲勞的基礎(chǔ)。1920 年 Griffiht 開創(chuàng)了斷裂力學(xué)，被稱為“斷裂力學(xué)之父” 。因此國內(nèi)外都己經(jīng)或正在投入大量人力物力來開展這方面的研究工作。 連續(xù)油管疲勞壽命計算概述(l)低周疲勞研究方法綜述現(xiàn)代工程機械金屬材料結(jié)構(gòu)在使用過程中的失效，據(jù)統(tǒng)計約有 50%一 90%是由疲勞破壞引起的。 連續(xù)油管疲勞壽命計算連續(xù)油管在帶壓作業(yè)中所受到的超過彈性極限的嚴重彎曲應(yīng)變會引起連續(xù)油管周期性的塑性變形，從而在連續(xù)油管內(nèi)外表面產(chǎn)生疲勞裂紋并迅速擴展，導(dǎo)致連續(xù)油管使用壽命大大縮短。(2)盡量減少腐蝕性作業(yè)次數(shù)，或作業(yè)后立即采取清洗防護措施。而造成連續(xù)油管早期失效的主要原因有腐蝕性作業(yè)和人為操作失誤引起的連續(xù)油管機械損傷。 避免連續(xù)油管失效建議連續(xù)油管正常失效的主要原因，一是連續(xù)油管本身的質(zhì)量問題。2)腐蝕性作業(yè)連續(xù)油管抗腐蝕能力一般較低，在增產(chǎn)作業(yè)中，常使用酸性介質(zhì)或其他腐蝕性化學(xué)藥品，雖然加入一定量的緩蝕劑，但仍然存在腐蝕。連續(xù)油管在內(nèi)壓條件下循環(huán)彎曲時，連續(xù)油管會發(fā)生膨脹現(xiàn)象，管徑增大，管壁變薄。c 通過導(dǎo)向架后進入牽引鏈條總成，連續(xù)油管重新被拉直。連續(xù)油管柱起出或下入井內(nèi)時都包含 3 個彎曲動作:a 連續(xù)油管通過注入頭牽引拉離滾筒，滾筒液壓馬達施加一定的反向拉力將油管拉直，這是最基本的一次彎曲動作?，F(xiàn)場也發(fā)現(xiàn)有相當一部分連續(xù)油管的表面有咬傷痕跡。如果注入頭對連續(xù)油管夾持不緊，則造成連續(xù)油管打滑，不能順利完成注入作業(yè)。3)注入頭夾緊部分咬傷連續(xù)油管。另外，連續(xù)油管在下井前如果對井下情況不了解或井下有落物等，在連續(xù)油管作業(yè)過程中都會出現(xiàn)意想不到的失效廠如井下落物對連續(xù)油管表面的磨損和劃痕。包括對連續(xù)油管的檢驗和對井下情況的檢驗。也有的因木制滾筒腐爛導(dǎo)致連續(xù)油管缺少支撐而產(chǎn)生擠壓皺折或折斷。如某油田的作業(yè)機年作業(yè)十幾次，作業(yè)過程受到雨淋，在庫中明顯看到在滾筒外層的連續(xù)油管全部生銹變黃。(2)連續(xù)油管使用管理問題1)存放不當。4)劃痕得不到及時修補。任何一個工藝處理不當，都會給連續(xù)油管留下缺陷。另外，連續(xù)油管在生產(chǎn)制造過程中，工藝過程比較復(fù)雜。3)材料性能低，制造工藝復(fù)雜。沖擊韌性差，造成大量失效事故。失效分析發(fā)現(xiàn)，焊縫失效一般表現(xiàn)為脆性斷裂失效，其主要原因是焊接及焊后熱處理選擇不當，在焊縫產(chǎn)生了未熔合或灰斑缺陷。由于我國焊接技術(shù)上的差距，使得焊接達不到要求。2)現(xiàn)場焊接質(zhì)量差?，F(xiàn)場取樣測量也發(fā)現(xiàn)，外徑 的連續(xù)油管，平均壁厚 ，而實測最大壁厚為 ，最小?僅 。一方面，連續(xù)油管在制造時壁厚就不均勻。在注入過程中由于夾持過緊而在表面留下壓痕等。3)機械損傷。2)磨損。(3)表面損傷失效表面損傷主要包括 3 個方面:l)腐蝕。由于連續(xù)油管要不斷地導(dǎo)入或繞下滾筒，并通過彎曲形導(dǎo)向架，因而會受到交變循環(huán)應(yīng)力作用，而井中往往又有腐蝕介質(zhì)的侵蝕。氫脆斷口的宏觀特征是在斷口邊緣上可觀察到白點或白色亮環(huán)。4)氫脆斷裂。如在含硫量較高的油氣井中工作時，硫化物應(yīng)力腐蝕開裂。如連續(xù)油管焊縫的脆性斷裂。如連續(xù)油管在下入井中速度過快時，遇到井下堵塞導(dǎo)致其卡斷，或在起出作業(yè)過程中由于井下落物導(dǎo)致其拉斷等。(2)斷裂失效在連續(xù)油管的失效中斷裂占的比例較大，特別是疲勞斷裂，危害也較嚴重。當實際彎曲半徑遠遠小于許用彎曲半徑時，會引起連續(xù)油管的永久性彎曲(俗稱死彎)。(1)變形失效對連續(xù)油管，主要是塑性變形失效。因此，弄清連續(xù)油管失效的主要原因，從而采取相應(yīng)措施提高連續(xù)油管的使用壽命，對促進石油工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。而在作業(yè)數(shù)量不大的情況下，每臺作業(yè)機平均每年都要消耗 4000m 左右的連續(xù)油管。第三章 連續(xù)油管疲勞壽命計算 連續(xù)油管失效分析連續(xù)油管柱是連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)中用量大、質(zhì)量要求高的管材。因此，實際運用中應(yīng)考慮一定的安全系數(shù)，工業(yè)上一般使用 的安全系數(shù)。(4)在卷筒和導(dǎo)引架上塑性彎曲引起的殘余應(yīng)力。(2)在油管使用期間由于腐蝕、拉伸和直徑的增大而引起的壁厚的變化。因此，必須考慮油管內(nèi)部的屈服極限，即抗內(nèi)壓強度。s一般情況下，連續(xù)油管在工作時，內(nèi)壓 ，大于外壓 ，故油管內(nèi)表面的周ipop向應(yīng)力要大于外表面的周向應(yīng)力(有少數(shù)情況相反)。??17上面已經(jīng)計算出連續(xù)油管所受應(yīng)力(軸向應(yīng)力 ，徑向應(yīng)力 ，周向應(yīng)力 )，????于是，對連續(xù)油管采用 Mises 屈服條件，用應(yīng)力公式可表示為 :222()()()rras? ??????? (2 一 18)式中: :為屈服極限，MPa。外力所產(chǎn)生的應(yīng)力場可用 3 個主應(yīng)力來描述，即軸向應(yīng)力 ，徑向應(yīng)力 及周向應(yīng)力 (如圖 2 一 2)。 “殘余彎曲”加大了連續(xù)油管縱向彎曲的敏感性。圖 2 一 5 連續(xù)油管在井內(nèi)發(fā)生縱向彎曲示意圖連續(xù)油管卷繞在卷筒上產(chǎn)生的塑性變形會永久殘留在金屬晶粒構(gòu)造內(nèi)。在該點就形成了惡性循環(huán)，增加的任何附加力都將由于該點的磨擦而損失殆盡。連續(xù)油管首先變成在單一平面內(nèi)的波距不等的