含圓錐形腐蝕坑油管的剩余強度分析資料

1、含圓彳準形腐心;油管的勺酈析鋼管雜志2016年第4期摘要:采用理論分析和實物評價試驗相結合的方法研究了含圓錐形腐蝕坑油管的剩余強度0結果表明:腐蝕坑深度對油管的抗內壓失效性能影響最大對抗外壓擠毀性臺匕 目匕的影響次之對抗拉性臺匕 目匕的影響最??；采用腐蝕坑均勻排布法臺匕 目匕較好地預測含圓錐形腐蝕坑油管的剩余強度0關鍵詞:油管腐蝕剩余強度；抗拉強度抗擠強度圓錐形腐蝕坑；腐蝕坑深度隨著油田開發(fā)進入中后期油氣井腐蝕損壞問題日益嚴重成為困擾石油開采工業(yè)的一大難題0油管一旦發(fā)生腐蝕將會降低油管的力學性臺匕 目匕甚至引發(fā)油管斷落入井的腐蝕事故1-2。目刖國內外針對油管腐蝕損壞開展了大里研究但主要集中在油

2、管腐蝕機理和防護技術方面對于油管腐蝕后的剩余強度研究較少3-7。開展油管腐蝕后的剩余強度研究對管的抗拉強度0對13根38.9mrrX645mm110鋼級舊油管的幾何尺寸及腐蝕坑深度進行測量并在內壓爆破試驗機上對舊油管的抗內壓爆破性臺匕 目匕進行評價013根舊油管的幾何尺寸及內壓失效試驗結果見表20從表2可以看出:13根舊油管的內壓失效壓力均滿足AP舊ull5C2 1999套管、油管和鉆桿使用性臺匕 目匕12標準要求(96.3MPia),最大值較最小值高出44.0%0內壓失效壓力最大的舊油管苴 ,、腐蝕坑深度占名義壁厚的17%）；內壓失效壓力最小的舊油管苴 /、腐蝕坑深度占名義壁厚的57%）。5

3、Z的厚徑比(t/D)較4Z高出12.5%但最大腐蝕坑深度較4Z高出2.616mm1 ,因此內壓失效壓力反較4Z低2.1MPa；9Z的t/D較4Z高出19.3%最大腐蝕坑深度相近所以內壓失效壓力較4Z高33.7MPa1。苴 /、余樣管的腐蝕坑深度與內壓失效壓力值也呈較好的反比關系0這在一定程度上(因影響套管的內壓性能因素較多比如屈服強度、t/D等)說明舊油管的抗內壓性臺匕 目匕與腐蝕坑深度關系較大0對13根88.9mmX645mm110鋼級舊油管的幾何尺寸和腐蝕坑深度進行測縣 里并在外壓擠毀試驗機上性能進行評價013根舊擠毀試驗結果見表30舊油管的抗外壓擠毀性根(占53.8%)不滿足APIT(9

4、3.3MPaD,最大為123.1MPa最小僅為11.9MPa (較標準樣管的腐蝕坑深度與抗循反比關系這是因為能的因素較多一比如屈徑不圓度、壁厚不均度根8)8.91mm00813標準要求(超出標準要求319%),要求值低84MPa0，但苴余擠強度之問并不嚴格遵影響油管抗外壓擠毀性服強度、殘余應力、外、t/D等0綜上所述38油管的最大壁厚為3mm相差107%最大外85.00m卡,相差6%0影響管為材料的抗拉強度、外內壓強度的因素主要為及壁厚影響管體抗擠的屈服強度、外徑、壁舊油管實物性臺匕 目匕的評價和壁厚的影響1日出腐蝕坑深度對油管的抗內壓失效性臺匕 目匕影響最大對抗外壓擠毀性臺匕 目匕的影響次之

5、對抗拉性臺匕 目匕的影響最小0此外在測里了31根舊油管表面的腐蝕坑尺寸后發(fā)現(xiàn)該批舊油管腐蝕坑深度占名義壁厚超過30%）的根數(shù)占總抽檢根數(shù)的16%);因此均勻壁厚腐蝕法和腐蝕坑均勻排布法均以腐蝕坑深度占30%）名義壁厚的樣管進行分析可以代表該批80%）以上舊油管的剩余強度現(xiàn)狀02舊油管剩余強度理論分析采用均勻壁厚腐蝕法、概率分布法及腐蝕坑均勻排布法對舊油管的剩余強度(包括抗拉強度、抗內壓強度、抗擠強度)進行理論計算并將以上3種理論計算結果與實物性臺匕 目匕進行對比選擇一種理論模型作為含腐蝕缺陷油管剩余強度的預測模型0(1)均勻壁厚腐蝕法0均勻腐蝕也叫全面腐蝕即腐蝕分布在整個金屬表面上從重里來說均

6、勻腐蝕代表了腐蝕對舊油管的最大破壞0以88.90mimX (3.45mm油管為例對于腐蝕坑最大深度為30%）名義壁厚的多占八、腐蝕或均勻腐蝕來說強度計算公式中的徑采用85.04mn1。(2)概率分布法0對蝕坑深度進行測里計為1.21mm按此T均值進88.90mm6.45mm管為例壁厚厚度的18.8%則強厚采用521mm實樂外徑(3)腐蝕坑均勻排布全相同均為圓錐形面腐蝕坑均勻排布如個腐蝕坑截面苴 /、計算上任意一個腐蝕坑的面坑的總面積S總損失的(2):S損失二D22?2arcsnbD二2ts損失二DS S損失(2腐蝕坑深度h取1.935mm1 (直徑b取25mm(該批油徑）；考慮腐蝕坑引起的二3

7、1.8(mm2,S總損失=35壁厚采用4.52mm實樂外該批舊油管外表面的腐算出腐蝕坑的T均深度行強度計算0以腐蝕坑T均深度占名義度計算公式中的實樂壁采用86.48mrrio法0假設腐蝕坑形狀完且均勻分布在油管外表圖1所示；任意選取一模型如圖2所示0截面積S損失與截面上腐蝕計算見公式(1)360-D2-hb2(1)S總損失)油管外徑D取88.9mm名義壁厚的30%),腐蝕坑管實測T均腐蝕坑直壁厚損失則S損失0.1(mm2,S剩余二S腐蝕前面積-S總損失=1319.7 （ mm2。 根據(jù) S乘U余=D/2-t等效可推算出油管的有效壁厚t 等效為5.01mm（4 ） 實物性能 （3（r準則）。3（

8、r準則是先假設 組檢測數(shù)據(jù)只含有隨機誤差，對其進行計算處 理得到標準偏差，按一定概率確定一個區(qū)間 認為凡超過這個區(qū)間的誤差，就不屬于隨機誤 差而是粗大誤差，含有該誤差的數(shù)據(jù)應予以剔 除。采用3（7準則對實物試驗數(shù)據(jù)進行處理，并 取仙-36值作為實物試驗預測值。（r=niE （ xi- ）2n-1 姨 （3） 式中 （T 一 標準差； 11 均值；n 測量次數(shù)。以拉伸試驗為例，將拉伸試驗數(shù)據(jù)（表1） 代入公式 （3）,計算的標準差為110.5kN , 平 均值為1440kN , 則 仙-36 值 為11C9kN2.1含腐蝕坑舊油管抗拉強度分析采用均勻壁厚腐蝕法、概率分布法及腐蝕坑均 勻排布法對舊

9、油管的抗拉強度進行理論計算 管體抗拉強度的計算見公式 （4）,并依據(jù)3（r準 則對實物拉伸試驗數(shù)據(jù)（表1 ） 進行處理，結 果見表4。 從表 4可以看出：在3種舊油管的抗拉強度理論計算中，采用均勻壁厚腐蝕法計接近因此推薦采用腐蝕坑均勻排布法預測舊油管的抗內壓強度0P2=0.8)75(2Y2?t/D)(5)式中P2抗內壓強度MPca；Y2材料實際屈服強度MPai；t實際壁厚mm1 02.3含腐蝕坑舊油管抗擠強度分析根據(jù)均勻壁厚腐蝕法、概率分布法及腐蝕坑均勻排布法對舊油管的抗擠強度進行理論計算擠壓強度的計算見公式(6),并依據(jù)3 (T準則對實物外壓擠毀試驗數(shù)據(jù)(表3)進行處理計算結果見表60從表6

10、可以看出:在3種舊油管的抗擠強度理論計算中采用均勻壁厚腐蝕法計算出來的抗擠強度最小概率分布法計算出來的抗擠強度最大腐蝕坑均勻排布法計算出來的抗擠強度介于刖兩者之問0采用3種理論計算方法1日到的抗擠強度均較實物試驗結果(見表3依據(jù)3 (T準則)大0這是因為3 (T準則是以測里次數(shù)充分大為、戶， 刖提的而且對正態(tài)或近似正態(tài)分布的樣本數(shù)據(jù)處理最有效本次抽檢的13根f389mrrX64jmm110鋼級舊油管抗擠強度離散度較高不符合正態(tài)分布要求不適用于3 (T準則因此采用實物抗擠強度平均值與3種理論計算方法進行對比對比結果表明:腐蝕坑均勻排布法計算出來的抗擠強度與實物抗擠強度平均值(94.5MP,)最為

11、接近因此推薦采用腐蝕坑均勻排布法預測舊油管的抗擠強度0P3=Y3(BtD-A)-C(6)式中DQ抗擠強度MP,a；P3VQ材料實際屈服強度MP.a；A、B、Y3C經驗參數(shù)；苴 /、中A=0.02623：3+0.506()9 x10-6Y3B=2.8762+0.1申79X10-5Y3X 0.21301 X(10-10Y32-().53132：10-16Y33C=-46593+0.0486-7Y3-00483乂10-7Y32-0.36989義10)-13、3303討論均勻壁厚腐蝕法事先假定腐蝕分布在整個金屬外表面按實測的最大腐蝕坑深度作為壁厚損失里然后以此壁厚進行強度計算因此代表了最苛刻的腐蝕狀態(tài)；概率分布法是對油管外表面的腐蝕坑深度進行概率統(tǒng)計分析計算腐蝕坑的平均深度然后以此平均值作為壁厚損失里進行強度計算；腐蝕坑均勻排布法是預先假設腐蝕坑形狀均為圓錐形且均勻分布在油管外表面然后按實樂面積推算油管剩余壁厚并計算剩余強度0承載面積關系較大因要腐蝕方式時采用均的剩余抗拉強度計算較主時應該采用腐蝕坑度的計算0油管的抗內感在有嚴重腐蝕坑存破先漏因此宜用腐蝕壓強度的計算只有在時才會發(fā)生膨脹開裂測最小抗內壓強度較為擠強度的一個重要因素主時宜用均勻壁厚腐擠強度計算0而當發(fā)生用腐蝕坑均勻排布法進算04結論(1)單個腐蝕坑深度性臺匕 目匕影響最大對抗