含圓錐形腐蝕坑油管的剩余強(qiáng)度分析資料

1、含圓彳準(zhǔn)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(shí)物評(píng)價(jià)試驗(yàn)相結(jié)合的方法研究了含圓錐形腐蝕坑油管的剩余強(qiáng)度0結(jié)果表明:腐蝕坑深度對(duì)油管的抗內(nèi)壓失效性能影響最大對(duì)抗外壓擠毀性臺(tái)匕 目匕的影響次之對(duì)抗拉性臺(tái)匕 目匕的影響最小；采用腐蝕坑均勻排布法臺(tái)匕 目匕較好地預(yù)測(cè)含圓錐形腐蝕坑油管的剩余強(qiáng)度0關(guān)鍵詞:油管腐蝕剩余強(qiáng)度；抗拉強(qiáng)度抗擠強(qiáng)度圓錐形腐蝕坑；腐蝕坑深度隨著油田開(kāi)發(fā)進(jìn)入中后期油氣井腐蝕損壞問(wèn)題日益嚴(yán)重成為困擾石油開(kāi)采工業(yè)的一大難題0油管一旦發(fā)生腐蝕將會(huì)降低油管的力學(xué)性臺(tái)匕 目匕甚至引發(fā)油管斷落入井的腐蝕事故1-2。目刖國(guó)內(nèi)外針對(duì)油管腐蝕損壞開(kāi)展了大里研究但主要集中在油

2、管腐蝕機(jī)理和防護(hù)技術(shù)方面對(duì)于油管腐蝕后的剩余強(qiáng)度研究較少3-7。開(kāi)展油管腐蝕后的剩余強(qiáng)度研究對(duì)管的抗拉強(qiáng)度0對(duì)13根38.9mrrX645mm110鋼級(jí)舊油管的幾何尺寸及腐蝕坑深度進(jìn)行測(cè)量并在內(nèi)壓爆破試驗(yàn)機(jī)上對(duì)舊油管的抗內(nèi)壓爆破性臺(tái)匕 目匕進(jìn)行評(píng)價(jià)013根舊油管的幾何尺寸及內(nèi)壓失效試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表20從表2可以看出:13根舊油管的內(nèi)壓失效壓力均滿足AP舊ull5C2 1999套管、油管和鉆桿使用性臺(tái)匕 目匕12標(biāo)準(zhǔn)要求(96.3MPia),最大值較最小值高出44.0%0內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)壓失效壓力較4Z高33.7MPa1。苴 /、余樣管的腐蝕坑深度與內(nèi)壓失效壓力值也呈較好的反比關(guān)系0這在一定程度上(因影響套管的內(nèi)壓性能因素較多比如屈服強(qiáng)度、t/D等)說(shuō)明舊油管的抗內(nèi)壓性臺(tái)匕 目匕與腐蝕坑深度關(guān)系較大0對(duì)13根88.9mmX645mm110鋼級(jí)舊油管的幾何尺寸和腐蝕坑深度進(jìn)行測(cè)縣 里并在外壓擠毀試驗(yàn)機(jī)上性能進(jìn)行評(píng)價(jià)013根舊擠毀試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)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(biāo)準(zhǔn)樣管的腐蝕坑深度與抗循反比關(guān)系這是因?yàn)槟艿囊蛩剌^多一比如屈徑不圓度、壁厚不均度根8)8.91mm00813標(biāo)準(zhǔn)要求(超出標(biāo)準(zhǔn)要求319%),要求值低84MPa0，但苴余擠強(qiáng)度之問(wèn)并不嚴(yán)格遵影響油管抗外壓擠毀性服強(qiáng)度、殘余應(yīng)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(qiáng)度、外內(nèi)壓強(qiáng)度的因素主要為及壁厚影響管體抗擠的屈服強(qiáng)度、外徑、壁舊油管實(shí)物性臺(tái)匕 目匕的評(píng)價(jià)和壁厚的影響1日出腐蝕坑深度對(duì)油管的抗內(nèi)壓失效性臺(tái)匕 目匕影響最大對(duì)抗外壓擠毀性臺(tái)匕 目匕的影響次之

5、對(duì)抗拉性臺(tái)匕 目匕的影響最小0此外在測(cè)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(guò)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(jìn)行分析可以代表該批80%）以上舊油管的剩余強(qiáng)度現(xiàn)狀02舊油管剩余強(qiáng)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(duì)舊油管的剩余強(qiáng)度(包括抗拉強(qiáng)度、抗內(nèi)壓強(qiáng)度、抗擠強(qiáng)度)進(jìn)行理論計(jì)算并將以上3種理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)物性臺(tái)匕 目匕進(jìn)行對(duì)比選擇一種理論模型作為含腐蝕缺陷油管剩余強(qiáng)度的預(yù)測(cè)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(gè)金屬表面上從重里來(lái)說(shuō)均

6、勻腐蝕代表了腐蝕對(duì)舊油管的最大破壞0以88.90mimX (3.45mm油管為例對(duì)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(lái)說(shuō)強(qiáng)度計(jì)算公式中的徑采用85.04mn1。(2)概率分布法0對(duì)蝕坑深度進(jìn)行測(cè)里計(jì)為1.21mm按此T均值進(jìn)88.90mm6.45mm管為例壁厚厚度的18.8%則強(qiáng)厚采用521mm實(shí)樂(lè)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(gè)腐蝕坑截面苴 /、計(jì)算上任意一個(gè)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(shí)樂(lè)外該批舊油管外表面的腐算出腐蝕坑的T均深度行強(qiáng)度計(jì)算0以腐蝕坑T均深度占名義度計(jì)算公式中的實(shí)樂(lè)壁采用86.48mrrio法0假設(shè)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(jì)算見(jiàn)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(shí)測(cè)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(shí)物性能 （3（r準(zhǔn)則）。3（

8、r準(zhǔn)則是先假設(shè) 組檢測(cè)數(shù)據(jù)只含有隨機(jī)誤差，對(duì)其進(jìn)行計(jì)算處 理得到標(biāo)準(zhǔn)偏差，按一定概率確定一個(gè)區(qū)間 認(rèn)為凡超過(guò)這個(gè)區(qū)間的誤差，就不屬于隨機(jī)誤 差而是粗大誤差，含有該誤差的數(shù)據(jù)應(yīng)予以剔 除。采用3（7準(zhǔn)則對(duì)實(shí)物試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并 取仙-36值作為實(shí)物試驗(yàn)預(yù)測(cè)值。（r=niE （ xi- ）2n-1 姨 （3） 式中 （T 一 標(biāo)準(zhǔn)差； 11 均值；n 測(cè)量次數(shù)。以拉伸試驗(yàn)為例，將拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)（表1） 代入公式 （3）,計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)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(duì)舊

9、油管的抗拉強(qiáng)度進(jìn)行理論計(jì)算 管體抗拉強(qiáng)度的計(jì)算見(jiàn)公式 （4）,并依據(jù)3（r準(zhǔn) 則對(duì)實(shí)物拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)（表1 ） 進(jìn)行處理，結(jié) 果見(jiàn)表4。 從表 4可以看出：在3種舊油管的抗拉強(qiáng)度理論計(jì)算中，采用均勻壁厚腐蝕法計(jì)接近因此推薦采用腐蝕坑均勻排布法預(yù)測(cè)舊油管的抗內(nèi)壓強(qiáng)度0P2=0.8)75(2Y2?t/D)(5)式中P2抗內(nèi)壓強(qiáng)度MPca；Y2材料實(shí)際屈服強(qiáng)度MPai；t實(shí)際壁厚mm1 02.3含腐蝕坑舊油管抗擠強(qiáng)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(duì)舊油管的抗擠強(qiáng)度進(jìn)行理論計(jì)算擠壓強(qiáng)度的計(jì)算見(jiàn)公式(6),并依據(jù)3 (T準(zhǔn)則對(duì)實(shí)物外壓擠毀試驗(yàn)數(shù)據(jù)(表3)進(jìn)行處理計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表60從表6

10、可以看出:在3種舊油管的抗擠強(qiáng)度理論計(jì)算中采用均勻壁厚腐蝕法計(jì)算出來(lái)的抗擠強(qiáng)度最小概率分布法計(jì)算出來(lái)的抗擠強(qiáng)度最大腐蝕坑均勻排布法計(jì)算出來(lái)的抗擠強(qiáng)度介于刖兩者之問(wèn)0采用3種理論計(jì)算方法1日到的抗擠強(qiáng)度均較實(shí)物試驗(yàn)結(jié)果(見(jiàn)表3依據(jù)3 (T準(zhǔn)則)大0這是因?yàn)? (T準(zhǔn)則是以測(cè)里次數(shù)充分大為、戶， 刖提的而且對(duì)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(jí)舊油管抗擠強(qiáng)度離散度較高不符合正態(tài)分布要求不適用于3 (T準(zhǔn)則因此采用實(shí)物抗擠強(qiáng)度平均值與3種理論計(jì)算方法進(jìn)行對(duì)比對(duì)比結(jié)果表明:腐蝕坑均勻排布法計(jì)算出來(lái)的抗擠強(qiáng)度與實(shí)物抗擠強(qiáng)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(yù)測(cè)舊油管的抗擠強(qiáng)度0P3=Y3(BtD-A)-C(6)式中DQ抗擠強(qiáng)度MP,a；P3VQ材料實(shí)際屈服強(qiáng)度MP.a；A、B、Y3C經(jīng)驗(yàn)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(gè)金屬外表面按實(shí)測(cè)的最大腐蝕坑深度作為壁厚損失里然后以此壁厚進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算因此代表了最苛刻的腐蝕狀態(tài)；概率分布法是對(duì)油管外表面的腐蝕坑深度進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算腐蝕坑的平均深度然后以此平均值作為壁厚損失里進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算；腐蝕坑均勻排布法是預(yù)先假設(shè)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(shí)樂(lè)面積推算油管剩余壁厚并計(jì)算剩余強(qiáng)度0承載面積關(guān)系較大因要腐蝕方式時(shí)采用均的剩余抗拉強(qiáng)度計(jì)算較主時(shí)應(yīng)該采用腐蝕坑度的計(jì)算0油管的抗內(nèi)感在有嚴(yán)重腐蝕坑存破先漏因此宜用腐蝕壓強(qiáng)度的計(jì)算只有在時(shí)才會(huì)發(fā)生膨脹開(kāi)裂測(cè)最小抗內(nèi)壓強(qiáng)度較為擠強(qiáng)度的一個(gè)重要因素主時(shí)宜用均勻壁厚腐擠強(qiáng)度計(jì)算0而當(dāng)發(fā)生用腐蝕坑均勻排布法進(jìn)算04結(jié)論(1)單個(gè)腐蝕坑深度性臺(tái)匕 目匕影響最大對(duì)抗