連續(xù)油管疲勞壽命計算畢業(yè)論文

1、. . . . i / 42摘要摘要連續(xù)油管(CT)是相對于常規(guī)螺紋聯(lián)接油管而言的，它又稱為撓性油管、蛇形管或盤管。連續(xù)油管(CT)技術廣泛應用于油氣田修井、鉆井、完井、測井、增產(chǎn)等作業(yè)，在油氣田勘探與開發(fā)中發(fā)揮越來越重要的作用。研究、開發(fā)與推廣應用連續(xù)油管作業(yè)技術，將會進一步提高勘探開發(fā)效益。連續(xù)油管工作條件比較惡劣,受力狀態(tài)比較復雜。失效形式可分為變形失效,斷裂失效,表面損傷失效,其疲勞斷裂失效占的比例較大。疲勞壽命是衡量其可靠性的關鍵指標。連續(xù)油管的疲勞是應力狀態(tài)較復雜的多軸低周疲勞,目前該疲勞壽命預測理論還不成熟, 為此,在前人疲勞研究方法的基礎上,建立了連續(xù)油管的疲勞壽命預測模型。在

2、該模型中,將連續(xù)油管的復雜應力轉(zhuǎn)化為等效的單向拉伸應力,將連續(xù)油管的低周疲勞應變-壽命關系轉(zhuǎn)化為應力-壽命關系,得到了一個半經(jīng)驗壽命公式。用國外連續(xù)油管的部分疲勞實驗數(shù)據(jù)驗證，結(jié)果表明,建立的壽命預測模型計算壽命值與實驗值基本接近,模型基本正確。分析了影響連續(xù)油管壽命的因素以與提高連續(xù)油管使用壽命的方法。研究表明，壓、油管外徑、油管壁厚、卷筒直徑、導向拱半徑、氏模量、抗拉強度等嚴重影響了連續(xù)油管的壽命。因此，可采用增大卷筒直徑和導向拱半徑、盡量增加大直徑連續(xù)油管的壁厚以與優(yōu)先選用小直徑的連續(xù)油管等辦法來提高連續(xù)油管的使用壽命。關鍵詞: 連續(xù)油管； 受力分析 ； 工作特性 ； 疲勞壽命ABSTR

3、ACTABSTRACT. . . . ii / 42The coiled tubing(CT) shall be defined relative to conventional thread connection tubingcoiled tubing(CT) is used extensively in well wokrover，well drilling，well completion，well logging and well stimulation in oil-gas field. It plays a more and moreimportant part in explora

4、tion and produetion.It will improve the efficiency of exploration and exploitation，studying，developing and using CT technology.Working conditions of coiled tubing is bad, the stress state is more complex. Failure forms can be divided into distortion, fracture failure and surface damage, the failure

5、of the proportion of the fatigue fracture failure. Fatigue life is the key indicators to measure its reliability. The fatigue of coiled tubings are more complex stress state of multiaxial fatigue, the low cycle fatigue life prediction theory still not mature, therefore, on the fatigue study method i

6、s established, on the basis of coiled tubing fatigue life prediction model. In this model, the transformation of coiled tubing complex stress the uniaxial tensile stress for the equivalent of coiled tubings, low cycle fatigue strain-life relationship into stress, and the relationship between life an

7、d life experience. With foreign coiled tubing parts fatigue test data validation, the results show that the prediction model is established with the experimental value life value calculation, the basic model is correct.The factors having effect on the CT fatigue life are analyzed and the methods of

8、improving the CT life are given.Internal pressure，CT OD，CT wall thickness，reel diameter，gooseneck radius，youngs modulus and tensile strength affect the fatigue life of CT severely. Increasing the diameters of the reel and gooseneck as much as possible，increasing the wall thickness of large-diameter

9、CT. and selecting small-diameter CT firstly can improve the fatigue life.KeyKey wordswords：coiled tubing； force analysis；mechanics characteristic ；fatigue life. . . . iii / 42. . . . I / 42目錄目錄第一章 前言.11.1 連續(xù)油管發(fā)展概況 11.2 國外應用概況 31.2.1 國外應用現(xiàn)狀 .31.2.2 國應用現(xiàn)狀 41.3 國外連續(xù)管疲勞壽命研究狀況 61.4 研究連續(xù)油管疲勞壽命的意義 8第二章 連續(xù)油

10、管受力分析與工作特性 92.1 連續(xù)油管與其用途 92.1.1 連續(xù)油管作業(yè)機簡介 92.1.2 連續(xù)油管分類 102.1.3 連續(xù)油管用途 102.2 連續(xù)油管應力分析 122.3 連續(xù)油管工作特性分析 142.3.1 連續(xù)油管彎曲分析 142.3.2 連續(xù)油管抗壓強度分析 17第三 連續(xù)油管疲勞壽命計算.193.1 連續(xù)油管失效分析 193.1.1 連續(xù)油管失效形式 193.1.2 連續(xù)油管失效原因 203.1.3 避免連續(xù)油管失效建議 213.2 連續(xù)油管疲勞壽命計算 223.2.1 連續(xù)油管疲勞壽命計算概述 223.2.2 連續(xù)油管危險點應力分析 243.2.3 連續(xù)油管疲勞壽命預測模

11、型 253.2.4 分析與討論 263.3 影響連續(xù)管疲勞壽命因素分析 293.4 提高連續(xù)油管使用壽命方法 30第四章 結(jié)論.34致.35參考文獻.36. . . . 1 / 42第一章第一章 前前言言1.11.1 連續(xù)油管發(fā)展概況連續(xù)油管發(fā)展概況連續(xù)油管(Coi1ed Tubing，簡稱 CT)又稱撓性油管、盤管或柔管。是相對于常規(guī)單根螺紋連接油管而言的,是一種纏繞在卷筒上,可以連續(xù)下入或起出的一根無螺紋連接的長油管(可達 7 925 m)。從連續(xù)管的制造上來說，連續(xù)管(Coild Tubing，CT)是由若干段長度在百米以上的柔性管通過對焊或斜焊工藝焊接而成的無接頭連續(xù)管,長度一般達幾百

12、米至幾千米,又被稱為撓性油管、蛇形管或盤管。連1,2續(xù)管是一種高強度和高韌性的管材，卷在滾筒上，被廣泛應用于修井、測井和鉆井等領域。連續(xù)油管作業(yè)最初的概念是在油氣井的生產(chǎn)油管下入小直徑的連續(xù)油管完成特定的修井作業(yè)，如洗井、打撈等。從井中起出的連續(xù)油管卷繞在大直徑的卷筒上,以便運移。連續(xù)油管作業(yè)無論從作業(yè)操作和采油生產(chǎn)看都比常規(guī)螺紋連接油管有很多優(yōu)點，節(jié)省起下油管時間，消除了上卸單根的繁重勞動,可以連續(xù)向井下循環(huán)修井液、定量定點實施井下修井液的置換和充填 ,減少油層傷害和作業(yè)安全等。連續(xù)油管是一項正在引起油氣工業(yè)界高度重視的新技術。典型的連續(xù)油管長達 7620m，是一根連續(xù)管狀的高強度、低碳合金

13、鋼(氏模量 203.SGPa、屈服強度492.0-632.2MPa)連續(xù)管柱。傳統(tǒng)的油氣井鉆井作業(yè)中，操作者要使用平均長度為9.144m 的鉆桿一節(jié)一節(jié)地連接起來并通過井架支撐。使用連續(xù)油管則可將繞在3180mm 卷筒上的連續(xù)管柱連續(xù)地從井中下入和起出。與常規(guī)技術相比，連續(xù)油管技術經(jīng)濟實用且作業(yè)效率高，在油氣工業(yè)中已獲得廣泛認可。 現(xiàn)代連續(xù)油管技術源于第二次世界大戰(zhàn)期間盟軍的“PLUTO”計劃，該計劃完成后，盟軍在英國和法國之間鋪設了一條穿越英吉利海峽、總長近 49000m 的海底輸油管道。這條輸油管道共由 23 條管線組成，其中 17 條為纏繞在若干個直徑為 12m 3滾筒上的鉛質(zhì)管線；另外

14、 6 條是徑為 76.2mm、由數(shù)根 6m 長的管節(jié)對縫焊接而成的鋼管。40 年代后期，連續(xù)油管的發(fā)明專利已開始相繼發(fā)布。 現(xiàn)代連續(xù)油管作業(yè)技術迄今己有 30 多年的歷史，其發(fā)展過程大致可分為三個階段，即：60 年代初至 70 年代初的初期快速發(fā)展階段、70 年代初至 80 年代的發(fā)展“停滯”階段和 80 年代以后的擴大發(fā)展階段。 (1)初期快速發(fā)展階段1962 年，美國加里福尼亞石油(California Oil)公司和波紋石油工具(Bowen Oil Tools)公司聯(lián)合研制了第一臺連續(xù)油管輕便修井裝置，所用連續(xù)油管外徑為33.4mm，主要用于墨西哥海灣油、氣井的沖砂洗井作業(yè)。由于連續(xù)油管

15、作業(yè)技術從一開始投入使用便顯示了其諸如不需上卸扣、接單根，從而可節(jié)省起下油管的時間，并可連續(xù)向井下循環(huán)液體，減少對地層的傷害等優(yōu)點，連續(xù)油管作業(yè)技. . . . 2 / 42術在 60 年代初至 70 年代初得到迅速發(fā)展，在油、氣田生產(chǎn)中的應用不斷擴大。1964 年，美國布朗石油工具公司(Brown Tools Co.)建立了連續(xù)油管生產(chǎn)線，生產(chǎn)外徑為 19.05mm 的連續(xù)油管，此后不久又開始生產(chǎn)外徑為 25.4mm 的連續(xù)油管。波紋公司于 1967 年建立了連續(xù)油管生產(chǎn)線，主要生產(chǎn)外徑為 12.7mm 和 19.05mm 的連續(xù)油管。到了 70 年代初，又開始生產(chǎn)外徑為 25.4mm 的連

16、續(xù)油管。西南管材公司(Southwesten Pipe Inc.)于 1969 年開始生產(chǎn)連續(xù)油管，采用屈服強度為 345-379MPa 的鋼板，并改進制造工藝，從各個方面提高了連續(xù)油管的性能。 在連續(xù)油管的發(fā)展過程中，其應用裝備也隨著不斷發(fā)展和完善。繼第一臺連續(xù)油管輕便修井裝置之后，1964 年，布朗石油工具公司和埃索(ESSO)石油公司共同研制出一種修井用注入頭，使用的連續(xù)油管外徑為 19.05mm，用于陸上和海上油井清砂作業(yè)。1967 年，波紋石油工具公司研制出 12 臺“5M”型連續(xù)油管作業(yè)機，使用外徑為 12.7mm 的連續(xù)油管，其提升能力為 22.3kN。1968 年，波紋石油工具

17、公司又開發(fā)出“8M”型連續(xù)油管作業(yè)機，使用外徑為 19.05mm 的連續(xù)油管，其提升能力為35.6kN。至 70 年代初，已有 200 多臺連續(xù)油管作業(yè)機廣泛用于油、氣井的清砂和注氮作業(yè)。1964-1967 年，油、氣工業(yè)用連續(xù)油管外徑為 19.05-25.4mm，1967 年至 470 年代初則主要使用外徑為 12.7-25.4mm 的連續(xù)油管。這一期間，連續(xù)油管主要用于淺井作業(yè)。 (2)發(fā)展“停滯”階段 20 世紀 70 年代初，人們將外徑為 25.4mm 的連續(xù)油管從常規(guī)淺井的沖砂和噴射作業(yè)擴大應用到深井作業(yè)，但由于當時連續(xù)油管的材料強度(屈服強度為 345379MPa)與其直焊縫強度不

18、能滿足重復循環(huán)與深井作業(yè)時所需要的高軸向載荷要求，連續(xù)油管在深井中無法得到成功應用。進入 70 年代后，由于連續(xù)油管焊縫失效、設備故障與井下連續(xù)油管作業(yè)事故增多等多種綜合因素，人們開始對連續(xù)油管作業(yè)技術的可靠性與安全性持懷疑態(tài)度，連續(xù)油管作業(yè)技術的發(fā)展受到嚴重阻礙。 70 年代是連續(xù)油管技術發(fā)展史上的“灰色歲月” ，但到了 70 年代末至 80 年代初，美國連續(xù)油管作業(yè)機的制造廠商開始針對其設備在現(xiàn)場的應用情況，著重在連續(xù)油管作業(yè)設計和制造上進行技術改進，進而提高了設備的性能，擴大了連續(xù)油管作業(yè)機的適用管徑圍，并大大降低了設備的失效率。與此同時，美國連續(xù)油管制造廠商也開始投入力量改進連續(xù)油管制

19、造技術，并于 1978 年開發(fā)出外徑 31.75mm 的連續(xù)油管。 (3)擴大發(fā)展階段進入 20 世紀 80 年代后，連續(xù)油管作業(yè)技術出現(xiàn)了新的轉(zhuǎn)機。隨著鋼材材質(zhì)和管材制造技術的改進，以與連續(xù)油管作業(yè)設備性能的不斷更新，各連續(xù)油管制造廠商抓緊時機，不斷開發(fā)新的連續(xù)油管投入市場應用。1980 年，開始采用屈服強度為 482.3MPa 的鋼板軋制連續(xù)油管，明顯地改善了連續(xù)油管的性能。1983 年，在. . . . 3 / 42阿拉斯加，連續(xù)油管開始被用于擠注水泥作業(yè)。到了 80 年代中期，連續(xù)油管己被應用于各類泵送作業(yè)、輸送井下工具與替換生產(chǎn)管柱，各連續(xù)油管制造廠商致力于較大直徑連續(xù)油管的開發(fā)。8

20、0 年代后期，外徑為 38.1 mm 和 44.5mm 的連續(xù)油管相繼問世。 進入 20 世紀 90 年代后，連續(xù)油管作業(yè)技術發(fā)展迅速，連續(xù)油管作業(yè)已涉與所有常規(guī)修井作業(yè)領域，并向更廣、更復雜的應用領域擴展。至 1993 年底，全世界在用的連續(xù)油管作業(yè)機數(shù)量已達 561 臺，連續(xù)油管的年消耗量達 426 萬米，連續(xù)油管的最大作業(yè)深度達 7125m，并且更大直徑的連續(xù)油管不斷問世。1990 年，外徑為50.8mm 的連續(xù)油管投入完井作業(yè)；1992 年 1 月，外徑為 60.3mm 的連續(xù)油管問世；1993 年，外徑為 88.9mm 的連續(xù)油管已用于深井試油；1994 年，連續(xù)油管的最大直徑已達

21、114.3mm。至今，連續(xù)油管作業(yè)已涉與鉆井、完井、試油、采油、修井和集輸?shù)榷鄠€作業(yè)領域。1992 年初，美國石油學會開始編制“連續(xù)油管作業(yè)和應用”作為 API 的推薦作法，以宣傳和規(guī)有關連續(xù)油管的工程、設計、制造、配套、安裝、試驗與操作。目前，世界上幾大主要連續(xù)油管與連續(xù)油管作業(yè)機的制造廠商均集中在美國，它們是精密油管技術公司(Precision Tube Technology)、優(yōu)質(zhì)油管公司(QualityTubing Inc)和西南管材公司(Southwesten Pipe Inc)三續(xù)油管制造公司與Bowen， Hydra Rig(1991 年與 Drexel 公司合并)和 Otis

22、等連續(xù)油管作業(yè)機制造公司。 51.21.2 國外應用概況國外應用概況.1 國外應用現(xiàn)狀國外應用現(xiàn)狀進入 90 年代后，連續(xù)油管作業(yè)技術向更多的領域推廣應用。連續(xù)油管常規(guī)的作業(yè)項目穩(wěn)步發(fā)展，新開發(fā)的作業(yè)項目迅速增加。在美國普拉德霍灣油田西部作業(yè)區(qū)，每年使用連續(xù)油管作業(yè)超過 1000 井次，其中包括油井打撈、清洗、安裝可膨脹式封隔器和橋塞、擠注水泥、測井、注氮舉升和噴射泵操作等作業(yè)。在 Magnus 油田，1990 年連續(xù)油管僅用于注氮舉升作業(yè)，到了 1993 年，該油田的連續(xù)油管作業(yè)項目己擴展到諸如負壓射孔和過油管射孔、磨銑積垢、打水泥塞封堵層段與封堵報廢井、洗井等七種項目，作業(yè)

23、項目比 1990 年增加了 7 倍，作業(yè)次數(shù)僅 1991 年就是 1990 年的 4 倍。6,7(1)常規(guī)的作業(yè)項目穩(wěn)步發(fā)展作為主要常規(guī)作業(yè)項目的連續(xù)油管注氮、洗井和注酸共占連續(xù)油管作業(yè)量的75%，其中僅洗井一項就占總作業(yè)量的 58%。在加拿大和美國，僅在 1992 年安裝的連續(xù)油管就達 700 條。自 1991 年起，連續(xù)油管用作速度管柱的設計與安裝長度就己. . . . 4 / 42超過 6096m。 (2)新開發(fā)的作業(yè)項目迅速增加1991 年 l 月，法國 Efl 公司在巴黎盆地用連續(xù)油管對現(xiàn)有一口直井進行第二次鉆井加深試驗成功。同年，美國 Oryx 公司在得克薩斯用連續(xù)油管側(cè)鉆水平井試

24、驗成功。至 1993 年，全世界共用連續(xù)油管打出 37 口試驗井，其中 41%是側(cè)鉆水平井，27%為垂直加深井，32%是新鉆井。1995 年，Ensco 公司在荷蘭東部 Dalne 氣田采用連續(xù)油管欠平衡鉆井工藝鉆水平井獲得成功，極推動了連續(xù)油管鉆井技術的發(fā)展。1992 年后期，在普拉德霍灣油田西部作業(yè)區(qū)，用裝有可纏繞式氣舉閥、外徑為60.3mm 的連續(xù)油管對一口油井進行氣舉完井作業(yè)成功，開創(chuàng)了連續(xù)油管可纏繞式氣舉完井作業(yè)的先例。1992 年，一根長為 1524m、外徑為 88.9mm 的連續(xù)油管被安裝在路易斯安那州的水深為 23m 的近海油田用作輸送管線。此后，又在墨西哥灣與其它地區(qū)安裝了幾

25、條類似的管線。到目前為止，用于生產(chǎn)油管的連續(xù)油管已有44.45mm、50.8mm、603mm、73mm、和88.9mm 等 5 種，并且隨著水平井和大斜度井技術的發(fā)展，連續(xù)油管己成為油田作業(yè)中運送井下工具和水平井測井不可多得的理想工具。為了加強連續(xù)油管技術應用的基礎理論和工藝研究，美國石油學會每隔兩年都要舉行一次連續(xù)油管技術應用成果發(fā)布會。.2 國應用現(xiàn)狀國應用現(xiàn)狀我國引進和利用連續(xù)油管作業(yè)技術始于 70 年代，1977 年，我國引進了第一臺波紋公司生產(chǎn)的連續(xù)油管作業(yè)機，在油田開始利用連續(xù)油管進行氣井小型酸化、注氮排殘酸、氣舉降液、沖砂、清蠟等一些簡單作業(yè)，累計進行數(shù)百口井的應

26、用試驗，取得了明顯效果，積累了初步的經(jīng)驗，隨后在全國各油田推廣應用。目前，據(jù)不完全統(tǒng)計，國共有引進的連續(xù)油管作業(yè)機 21 臺，主要分布在、長慶、勝利、華北、中原、 、 、遼河、吐哈、大港、和克拉瑪依等油田，詳細分布見表 1 一 1。 、遼河、華北自引進連續(xù)油管以來累計作業(yè)井次均己超過 1000 井次。油田自 1985 年引進連續(xù)油管作業(yè)裝置以來，共在百余口井中進行了修井等多種井下作業(yè)，主要用于氣舉、清蠟、洗井、沖砂、擠水泥封堵和鉆水泥塞等。吐哈油田自 1993 年引進連續(xù)油管作業(yè)機以來，作業(yè)井次達 40 一 60 井次，用連續(xù)油管進行測井的最大井深已達到 4300m。總的來講，國連續(xù)油管作業(yè)機

27、主要應用于以下幾個方面:沖砂洗井、鉆橋塞、氣舉、注液氮、清蠟、排液、擠酸和配合測試。用得比較多的是沖砂堵、氣舉排液和清蠟，占 95%以上。連續(xù)油管作業(yè)在我國油田受到普遍歡迎。但是，總的來講，各油田僅有 1 一 3 臺作業(yè)設備，連續(xù)油管作業(yè)技術沒有得到充分認識，作業(yè)工藝圍仍然很有限。從實際應用角度來看，雖然我國引用連續(xù)油管作業(yè)技術的時間較早，但多年來，由于缺乏必要的技術交流，國目前對這項技術與其工藝掌握得并不十分透徹，. . . . 5 / 42又加上連續(xù)油管作業(yè)配套工具不齊全，以與沒有一批經(jīng)過專門培訓的熟練操作者，致使這項技術在我國的實際應用情況不理想，影響了連續(xù)油管作業(yè)技術在實際生產(chǎn)中普與和

28、推廣應用。表表 1 1 一一 1 1 國陸上油田連續(xù)油管作業(yè)分布表國陸上油田連續(xù)油管作業(yè)分布表油田單位數(shù)量（臺）作業(yè)工藝引進時間作業(yè)井次（累計）長慶井下技術作業(yè)處1沖砂、打撈、氣舉助排（排液）199332土哈井下技術作業(yè)公司2洗井、氣舉助排、壓裂井沖沙解堵解卡1993，200240-60井下技術作業(yè)公司3洗井、氣舉排液、鉆磨、酸化解堵 1977，19981000 多井下技術作業(yè)公司1通井、沖砂洗井、帶壓洗井、氣舉、壓裂解卡、振動解堵199592試油試采公司2替噴、氣舉、氮氣排液、洗井、沖砂解卡、解除蠟堵蠟卡1985，2002309遼河工程技術處3解堵和清蠟1985、1987、19911000

29、多準東石油技術1氣舉誘噴、求產(chǎn)、沖砂解卡 199381華北井下作業(yè)技術公司3氣舉排液、求產(chǎn) 1985，1998，2000 1000 左右克拉瑪依試油處12004大港油田井下作業(yè)公司1酸化解堵、熱洗解堵、解卡、液氮排液誘噴、沖砂1994131勝利油田1油田1中原油田11998合 計213000 多現(xiàn)場使用中遇到的主要問題有：連續(xù)油管被腐蝕或銹蝕現(xiàn)象嚴重。連續(xù)油管表. . . . 6 / 42面有砂眼、凹坑、劃痕或連續(xù)油管泄漏。連續(xù)油管被卡斷或拉斷。連續(xù)油管被皺折或癟脹。作業(yè)車底盤離合器斷裂。注入頭驅(qū)動主軸被折斷或鏈條緊軸被折斷。注入頭的鏈條被損壞。排管器離合器的摩擦片失效。液壓系統(tǒng)故障。深度指示

30、位置不準確。1.31.3 國外連續(xù)管疲勞壽命研究狀況國外連續(xù)管疲勞壽命研究狀況為了推廣應用好連續(xù)油管，有效地解決連油管在使用中出現(xiàn)的故障。三十多年，國外專家學者對連續(xù)油管進行了大量的試驗和研究，取得了許多有益的進展。在現(xiàn)場實踐和實驗觀察的基礎上，總結(jié)歸納出部分力學分析計算模型，同時也研制出適應連續(xù)油管作用的井下工具。自連續(xù)油管問世以來，國外就對連續(xù)油管進行了研究。六十年代到七十年代末，主要研究連續(xù)油管的物理機械性能，并研制了不同尺寸、屈服強度的連續(xù)油管。從七十年代末到八十年代初，連續(xù)油管制造商對連續(xù)油管的牽引起下和卷繞設備的設計與操作規(guī)做了許多改進，改善了地面設備的性能和可靠性，顯著地降低了設

31、備的損壞率。八十年代制造商對連續(xù)油管加工工藝與熱處理進行研究， 8提高了連續(xù)油管的疲勞強度和使用壽命。八十年代后期至九十年代,國外一些連續(xù)管制造商進行大量理論和試驗研究工作,建立了連續(xù)管壽命預測計算機模型,可以較好預測連續(xù)管的疲勞壽命。國外實際設計制造疲勞試驗裝置對連續(xù)管的疲勞壽命加以預測和檢測的有美國 Tulsa 大學、Southwestern Pipe 與 Stewart 和 Stevenson 三家公司。1991 年美國西南管材公司對油田常用的 1. 25in(31.75mm)的連續(xù)管不同的材質(zhì),熱處理方法,壓和壁厚做了實驗。實驗結(jié)果表明:同種加工與熱處理工藝在不同壓下管徑的增加是彎曲拉

32、伸失效循環(huán)周次的線性函數(shù);同一種的材料、管徑、加工與熱處理工藝下,當環(huán)向應力相等兩種管徑的失效次數(shù)幾乎是一樣的;在一樣的管徑、壁厚和壓條件下,隨著管材s 的提高,循環(huán)失效次數(shù)增加,油管使用壽命增長。此外,國外還開展了對連續(xù)管低周疲勞預測模型的研究。Tipton,Newman 和 New burnt 根據(jù)實驗結(jié)果分析了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)連續(xù)管在壓較小的情況下估計的結(jié)果較為理想,但隨著部壓力的進一步增高,由周向應力引起的損傷機理用線性累積損傷理論則很難解釋。Collins 提出了等效應力和等效總應變幅的概念。等效

33、總應變幅是多軸彈塑性應力狀態(tài)函數(shù),根據(jù)等效應變幅和單軸應力狀態(tài)下得到的低周疲勞 S-N 曲線就可以估算壽命的;利用修正的 Goodman 方程或基于特定材料數(shù)據(jù)的經(jīng)驗公式,可將等效單軸平均應力失效循環(huán)周次轉(zhuǎn)換成等效完全滯后失效循環(huán)周次。1993 年,Otis 工程公司的 Avakov 等人對壓為 0-51.75MPa 不同壓力水平下的三種材料(QT-70, SYMAX-80 和 SYMAX-100)的連續(xù)管進行了疲勞試驗。研究認為,由壓力引起的靜剪切應力分量對疲勞壽命的影響是. . . . 7 / 42非線性的,因此傳統(tǒng)的失效理論己不適于描述或估計連續(xù)管的壽命,于是提出了基于以等效應變作為主應

34、變的失效準則,建立了連續(xù)管的壽命預測模型。1995 年,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)管的工作命進行了預測。認為對連續(xù)管的實際工作壽命,必須在理論估計壽命的基礎上乘上一些經(jīng)驗系數(shù),如工作腐蝕系數(shù)、連續(xù)管的屈服強度補償系數(shù)、壽命估計可靠性系數(shù)和應力集中系數(shù)。該方法雖然比較適合于實際工程應用,但經(jīng)驗系數(shù)過多,預測壽命值與實際壽命仍存在較大的誤差。國開展連續(xù)管技術和裝備的研究與開發(fā)始于 20 世紀 90 年代初,主要由中國石油集團科學技術研究院江漢機械研究所承擔。江漢機械研究所開展了連續(xù)管橢圓度恒磁檢測技術與裝置研究和連續(xù)管缺陷綜合檢測傳感器的磁路設計單元技術的研究。石油大學

35、朱小平探討連續(xù)管在反復卷繞彎曲條件下的疲勞壽命問題,給出連續(xù)管卷繞彎曲疲勞壽命計算方法,并討論卷繞卷筒半徑和油管尺寸對連續(xù)管壽命的影響。中國石油大學王優(yōu)強和嗣偉等,利用模糊貝葉斯(Bayes)理論方法確定連續(xù)管疲勞壽命概率分布模型,得出疲勞壽命預測模型和影響壽命的主要因素。江漢石油學院鐘守炎等根據(jù)試驗數(shù)據(jù)和運用 TableCurve3D 軟件建立了連續(xù)管直徑增長預測模型。華中科技大學吳義峰等研究了連續(xù)管直徑恒磁測量原理與方法,給出了測量裝置的構(gòu)成和實驗數(shù)據(jù),分析了其測量精度。西南石油大學林元華等對連續(xù)管載荷、工作力學特性與水力學特性與殘余應變的連續(xù)管井下屈曲行為理論進行了研究。建筑工程學院的王

36、優(yōu)強和石油大學的嗣偉將連續(xù)管的低周疲勞應變壽命關系轉(zhuǎn)化應力壽命關系,得到一個半經(jīng)驗壽命公式。宋印生等在對連續(xù)管的彎曲拉應力、徑向應力、周向應力以與等效應力分析的基礎上,建立了連續(xù)管疲勞壽命預測模型等。與國外相比，還有不少差距，主要存在以下幾個方面的問題:(l)系統(tǒng)研究不夠。對連續(xù)油管的機械物理性能、應力、井下壓力等研究較少，現(xiàn)場人員還沒有認識到這項研究的重要性。(2)缺乏必要的連續(xù)油管疲勞壽命、應力、摩阻分析的試驗裝置，現(xiàn)場應用連續(xù)油管缺乏理論依據(jù)。(3)連續(xù)油管主要應用在修井作業(yè)，還未應用到鉆井上，且相應配套的連續(xù)油管工具、鉆井技術差。(4)使用連續(xù)油管在修井、完井等作業(yè)中的費用偏高，存在讓

37、用戶不能接受的成本問題。1.41.4 研究連續(xù)油管疲勞壽命的意義研究連續(xù)油管疲勞壽命的意義根據(jù)國外發(fā)展方向，采用連續(xù)油管技術進行水平井欠平衡鉆井將成為油田增產(chǎn)、難動用儲量開采和提高最終采收率的主導技術。特別在構(gòu)造小、井距小的油田中增產(chǎn)和稠油開發(fā)與難動儲量的開采中將發(fā)揮積極作用。不論是在直井還是水. . . . 8 / 42平井，連續(xù)油管技術都是一種更加經(jīng)濟的作業(yè)手段，能夠大大降低作業(yè)成本和對作業(yè)環(huán)境的損害。法國、美國、加拿大和德國等先導試驗表明，連續(xù)油管技術在己鉆井眼鉆直井或水平井，以與在淺油層鉆新井都是經(jīng)濟可行的。連續(xù)油管也可以用來在現(xiàn)有井中開窗側(cè)鉆、取心或電測、下尾管并固井、沖洗作業(yè)等。在

38、完井過程中，可使用鉆并用連續(xù)油管作業(yè)機直接進行射孔、增產(chǎn)措施、地層誘噴以與下入連續(xù)油管作為生產(chǎn)管柱進行生產(chǎn)等。利用連續(xù)油管進行老井重入，為油公司提供了利用現(xiàn)有井筒開采其他儲層與深部儲層的機會，并可以達到提高井的產(chǎn)量、減少邊底水的錐進、重新構(gòu)造二次與三次采油過程中的泄流形式等目的，同時節(jié)省了打新井的鉆井、完井投入。利用連續(xù)油管鉆小井眼井，可以大幅度降低勘探開發(fā)的費用，預計將降低勘探鉆井成本 1/3，降低開發(fā)鉆井成本 1/2。國遼河、等油田稠油資源豐富，采用連續(xù)油管鉆井技術鉆短半徑多層多9,10側(cè)向水平井開采具有獨特的優(yōu)勢，不僅有利于防止邊水水竄和底水推進，更有利于提高單井產(chǎn)量和采收率。我國在連續(xù)

39、管這一領域的研究尚屬剛剛起步。對連續(xù)管的疲勞壽命預測、可靠性進行了一些研究,但主要集中在預測疲勞壽命的理論研究階段。這些研究均是以小試樣實驗為手段建立的半經(jīng)驗性的壽命預測模型,且以疲勞壽命預測為主,而對連續(xù)管失效的微觀機理的認識還很不夠。加上缺乏必要的試驗裝置,使國在這方面的數(shù)據(jù)幾乎沒有。因此，如何引進、吸收和開發(fā)連續(xù)油管疲勞壽命試驗裝置技術，對連續(xù)管的疲勞壽命進行預測，是擺在我國科研人員面前的又一新的課題。總之，研究、開發(fā)與推廣應用連續(xù)油管疲勞壽命試驗裝置技術，更好地為油田生產(chǎn)服務，具有積極的現(xiàn)實意義。研究連續(xù)油管疲勞壽命問題直接影響修井、鉆井等作業(yè)的效益。為了我國引進、開發(fā)應用好連續(xù)油管，

40、研究連續(xù)油管疲勞壽命是石油工業(yè)界當務之急的問題。. . . . 9 / 42第二章第二章連續(xù)油管受力分析與工作特性連續(xù)油管受力分析與工作特性2.12.1 連續(xù)油管與其用途連續(xù)油管與其用途.1 連續(xù)油管作業(yè)機簡介連續(xù)油管作業(yè)機簡介連續(xù)油管作業(yè)機是一種輕便的液壓驅(qū)動設備，用來運送和回收在大徑油管、套管或井眼中作業(yè)的連續(xù)油管柱，如圖 2 一 1 所示。其基本功能是在進行連續(xù)油管作業(yè)時，起下連續(xù)油管柱，作業(yè)完成后將起出的連續(xù)油管卷繞在卷筒上以便運輸。目前現(xiàn)有的連續(xù)油管外徑圍介于 3/4in 到 41/2in 之間。連續(xù)油管作業(yè)機的基本部件如下:(1)連續(xù)油管下管機頭;(2)連續(xù)油管卷軸

41、;(3)井口防噴器;(4)液壓驅(qū)動裝置;(5)控制臺;(6)附加設備:如液泵、氮氣泵、儲液罐和管線等。圖圖 2 2 一一 1 1 液動連續(xù)油管設備的機械組成液動連續(xù)油管設備的機械組成連續(xù)油管下管機頭的三個基本功能為:(1)為連續(xù)油管下井提供推力，以克服井壓力和井筒摩擦力;(2)在各種條件下控制連續(xù)油管下入速度;(3)承受整個連續(xù)油管的重量。連續(xù)油管卷軸用于存放和下放油管;井口防噴器，即 BOP 系統(tǒng)，用于防噴;液壓驅(qū)動裝置用來控制連續(xù)油管的各部件;控制臺上安裝有用于控制和監(jiān)控連續(xù)油管設備部件的控制器和儀表。 .2 連續(xù)油管分類連續(xù)油管分類. . . . 10 / 42目前為

42、止，關于連續(xù)油管的分類，還沒有具體標準。根據(jù)國外有關連續(xù)油管的報道資料，目前從鋼材大體可分三類。(l)碳鋼連續(xù)油管 此種連續(xù)油管的屈服強度為 482MPa，抗拉強度為 552MPa，延伸率為 30%，管體表面硬度為 HRC22。(2)鉻鋁合金鋼連續(xù)油管此種連續(xù)油管的屈服強度為 690 一 760MPa，一般要比碳鋼連續(xù)油管高出 40%。鉻鋁合金鋼連續(xù)油管在現(xiàn)場長期使用后，經(jīng)維修焊接油管本身部分屈服強度也可達到 550MPa，仍能在現(xiàn)場繼續(xù)使用。(3)欽合金鋼連續(xù)油管欽合金連續(xù)油管具有重量輕、強度高的優(yōu)點。據(jù)國外使用情況分析，在深井中多采用抗拉強度高的 Beta 一 C 級連續(xù)油管，其機械性能見

43、表 2 一 1。表表 2 2 一一 1 1 欽合金鋼連續(xù)油管機械性能欽合金鋼連續(xù)油管機械性能級別屈服強度(Mpa)抗拉強度(Mpa)延伸率(%)2 級2763452012 級48055018Beta 一 C 級級967103612除上述的三種連續(xù)油管外，近年來，國外還研制出了玻璃纖維和碳素纖維等復合材料的連續(xù)油管，其重量和防耐腐蝕性能均優(yōu)于欽合金鋼連續(xù)油管，但由于存在制造成本高與維護保養(yǎng)困難等相關問題，估計在短時間還不能推廣應用。.3 連續(xù)油管用途連續(xù)油管用途連續(xù)油管作業(yè)技術在 30 多年的應用實踐中證明，采用連續(xù)油管可對陸上和海上油、氣井進行沖砂洗井、酸化、清蠟、擠注水泥、氣

44、舉、打撈、鉆水泥塞、低速壓裂與管線清洗等多種作業(yè)，在大斜度井與水平井的鉆井、完井、測井與修井作業(yè)中，連續(xù)油管作業(yè)技術正發(fā)揮著愈來愈重要的作用。調(diào)查表明，隨著。60.3mm 和中 1273mm 兩種標準連續(xù)油管的相繼投入使用，連續(xù)油管在速度管柱和標準生產(chǎn)油管的應用方面開始顯示其獨具的優(yōu)越性和發(fā)展?jié)摿Α?1)沖砂洗井連續(xù)油管最常見的用途之一是將殘存在生產(chǎn)油管或套管中的砂粒、泥漿和其它巖屑沖洗出來。用水泥車或其它液泵將清水、油或其它液體通過連續(xù)油管泵入井進行沖洗。(2)清蠟連續(xù)油管作業(yè)機同熱油熔蠟車配套使用，循環(huán)熱水、油或循環(huán)清蠟劑以溶解蠟垢物質(zhì)，效果很好。這種清蠟方法可以清除常規(guī)清蠟方法無法清除的

45、蠟堵，既. . . . 11 / 42簡便又經(jīng)濟，還大延長了清蠟周期。（3）酸化一般油井投產(chǎn)時，必須對油井中封隔器以下或射孔井段進行酸化處理。采用連續(xù)油管可對地層注酸和調(diào)節(jié)所需的酸化壓力。(4)壓井通過連續(xù)油管循環(huán)注清水、鹽水或壓井液是一種已被證實了的壓井方法。(5)氣舉求產(chǎn)利用連續(xù)油管作業(yè)機注液氮、泡沫工藝技術開辟了深井完井、重新完井與修井的新領域，特別是對于 4600m 以上的深井，可選擇一種或幾種液氮裝置與連續(xù)油管裝置并用，進行常規(guī)修井和井下強化作業(yè)。 (6)鉆塞當通過連續(xù)油管循環(huán)液體不能沖洗出致密的砂層、水泥、水銹以與各固體填充物時，可用連續(xù)油管帶動井下小型動力鉆具來鉆開堵塞物，這是一

46、種很有效的方法。(7)擠水泥封堵采用連續(xù)油管可進行下述類型的擠水泥作業(yè):(l)擠注環(huán)形空間;(2)補注水泥(水錐和氣錐);(3)封堵漏失層;(4)報廢井的封堵作業(yè)。(8)斜井和水平井測井連續(xù)油管具有較強的剛性，可將側(cè)井儀器進入到任何井段進行側(cè)井作業(yè)，并可循環(huán)流體以提高測井質(zhì)量，同時還可消除電纜的沖擊問題。用連續(xù)油管已可進行中子測井、密度測井，伽馬射線測井、聲波測井、井徑測井等測井作業(yè)。(9)起下和坐封膨脹式封隔器在完井、二次完井、修井、增產(chǎn)增注、測試和井下封堵等作業(yè)中，用連續(xù)油管起下和坐封膨脹式封隔器，既適用，又方便，并且在坐封和解封時不需要旋轉(zhuǎn)運動。(10)完井隨著連續(xù)油管向較大直徑發(fā)展，特

47、別是外徑為 60.3nnIl 的連續(xù)油管出現(xiàn)以后，國外一些公司開始采用連續(xù)油管來替代常規(guī)生產(chǎn)油管進行完井作業(yè)。連續(xù)油管特別適用于水平井的完井與射孔作業(yè)。(11)連續(xù)油管作清洗管線 油氣管線會因積蠟或水垢而堵塞。目前的解決辦法是挖開堵塞段修復或更換，耗時費錢。國外有采用連續(xù)油管作業(yè)機清洗含蠟輸油管線的成功應用實例。除了上述應用外，連續(xù)油管作業(yè)技術還有如下應用: 131)井底電視攝像。利用連續(xù)油管將攝像機運送到井底進行井底攝像;2)小井眼井鉆井。采用較大直徑的連續(xù)油管可進行小井眼井鉆井與取心;. . . . 12 / 423)老井第二次鉆井或加深鉆井;4)套管“開窗”側(cè)鉆。連續(xù)油管可用于對現(xiàn)有井筒

48、進行開窗側(cè)鉆;5)欠平衡鉆井以與鉆水平井和大位移井;6)輸送管線。連續(xù)油管可用作集輸管線。2.22.2 連續(xù)油管應力分析連續(xù)油管應力分析連續(xù)油管的應力是由其、外部液體壓力與軸向拉伸或壓縮載荷產(chǎn)生的。外力所產(chǎn)生的應力場可用 3 個主應力來描述，即軸向應力，徑向應力與周向應力，如圖 2 一 2 所示。圖圖 2 22 2 連續(xù)油管受力狀態(tài)圖連續(xù)油管受力狀態(tài)圖(l) 軸向應力 連續(xù)油管的軸向應力是由作用在其上的軸向載荷產(chǎn)生的。前面已經(jīng)分析知連續(xù)油管的軸向載荷，于是，當連續(xù)油管受拉時，軸向應力為: (2 一 1)/aaFA式中: 一連續(xù)油管的軸向應力，N/;a2m一連續(xù)油管的軸向力，N:前面己算出;aF

49、A 一連續(xù)油管的橫截面積，;由計算，其中為連續(xù)油2m220()iArr0r管外半徑，m; 為連續(xù)油管半徑，m。ir當連續(xù)油管所受軸向壓力(凡為負)的絕對值大于螺旋屈曲臨界載荷時，連續(xù)油管在井中發(fā)生螺旋屈曲，如圖 2 一 3 所示。下面考慮螺旋屈曲引起的附加14,15彎曲應力。. . . . 13 / 42圖圖 2 2 一一 3 3 連續(xù)油管受軸向壓力大于壓曲臨界載荷時彎曲狀態(tài)連續(xù)油管受軸向壓力大于壓曲臨界載荷時彎曲狀態(tài)1 1 一套管或油管一套管或油管;2;2 一連續(xù)油管一連續(xù)油管由 Lubinski 提出的兩個方程確定了螺旋屈曲的曲率 C 與軸向力之間的關系:aF (2 一 2)22224/(

50、4)CRR (2 一 3)228/aFEI由式(2 一 3)解得并代入式(2 一 2)得:22/ (2 一 4)22aaF RCEIF R則屈曲產(chǎn)生的彎矩為: (2 一 5)bMEIC將式(2 一 4)代入(2 一 5)得: (2 一 6)22abaEIF RMEIF R彎曲應力為: (2 一 7)0/bbM rI將式(2 一 6)代入(2 一 7)得: (2 一 8)022abaEF RrEIF R式(2 一 8)中同 2EI 相比非常小，可忽略不計，對連續(xù)油管而言，這一近2aF R似使增加不到 1%，則式(2 一 8)為:b. . . . 14 / 42 (2 一 9)0/(2 )baF

51、RrI當連續(xù)油管受壓時，總的軸向應力在截面上的分布是不同的。由軸向載荷產(chǎn)生的壓應力沿連續(xù)油管截面是恒定的。而彎曲應力在截面的一側(cè)為拉應力，在另一側(cè)則為壓應力。最大的軸向應力在彎曲應力產(chǎn)生壓應力的一側(cè)，則最大軸向應力為: (2 一 10)01()2aaRrFAI(2) 徑向應力與周向應力徑向應力與周向應力可用拉梅方程(Lames)計算得到，即: (2 一 11)222200002222200()()iiiiriir pr ppp r rrrrrr (2 一 12)222200002222200()()iiiiiir pr ppp r rrrrrr式中: 一 與之間管壁任意處的半徑。rir0r最大

52、應力點發(fā)生在油管表面或外表面，將式(2 一 11)與(2 一 12)改寫可得到油管外表面的應力。當時:irr (2 一 13)rip 222000220()2iiirrpr prr (2 一 14)當0rr時:0rp (2 一 15)222002202()iiiir prrprr （2 一 16)2.32.3 連續(xù)油管工作特性分析連續(xù)油管工作特性分析.1 連續(xù)油管彎曲分析連續(xù)油管彎曲分析1）連續(xù)油管下入時最小彎曲半徑計算連續(xù)油管從油管滾筒放出，經(jīng)導向架、注入頭，進入油井，歷經(jīng) 3 次拉伸一一彎曲交替變形。因此，它在一次起、下作業(yè)過程就要經(jīng)受 6 次拉伸一彎曲交替變形。這些拉伸一

53、彎曲交替變形發(fā)生的位置見圖 24. . . . 15 / 42圖圖 2 2 一一 4 4 連續(xù)油管作業(yè)機工作簡圖連續(xù)油管作業(yè)機工作簡圖在下井操作中，當牽引鏈條把連續(xù)油管拉離卷筒時，卷筒液馬達的反向扭矩阻止油管離開，此時油管受拉，把連續(xù)油管首次彎曲一拉直，圖中示為彎曲動作1。當連續(xù)油管進人導引架時，油管由直變彎、導引架彎曲半徑從 54 英寸(1.37 米)到98 英寸(2.49 米)，油管發(fā)生塑性彎曲變形，圖中示為彎曲動作 2。連續(xù)油管越過導引架進入鏈條牽引總成時又被拉直，圖中示為彎曲動作 3。這三個動作組成一次連續(xù)油管的彎曲循環(huán)。當把連續(xù)油管從并中起出并卷繞在卷筒上的時候按相反 16的順序發(fā)生

54、同樣的彎曲動作，連續(xù)油管遭受另一次彎曲循環(huán)。眾所周知，管子在一定的彎曲半徑下彎曲，其變形是處于彈性變形圍的。在彈性極限，管子能承受最小彎曲半徑 R 可按下式計算：(/2)/sRE D(2 一 17)式中:E管材的彈性模量，Pa； D管子外徑，mm；管材的屈服強度，Pa。s現(xiàn)在我國引進的連續(xù)油管管材一般為 ASMT，A 一 606 鋼，其中=482.58MPa，E=208.34GPa。運用軟件計算結(jié)果列于表 2-4.s表表 2-22-2 連續(xù)油管彎曲半徑連續(xù)油管彎曲半徑. . . . 16 / 42連續(xù)油管規(guī)格(ni)外徑(mm)最小彎曲半徑(mm)3/419.054112125.4054831

55、 1/431.7568541 1/2 38.1082241 3/444.459595250.80109662 3/859.6912885如果管子彎曲時彎曲半徑小于表 2-2 所列的值，那它將產(chǎn)生塑性變形。如果管同時還存在壓，則外徑將增大。我國各油田引進的連續(xù)油管作業(yè)機所選用的連續(xù)油管外徑一般為 lin 和 11/4in，尤以 11/4in 為多。選用的注入頭導向架曲率半徑均為 1828.8mm。油管滾筒的徑均為 1524mm，最大外徑(在油管滾筒纏滿 4000m 連續(xù)油管時)為 2540mm。因此，對照表 2-2 即可發(fā)現(xiàn)，連續(xù)油管在起、下作業(yè)時均將發(fā)生交變的彎曲塑性變形。但是，從圖 2-4

56、又可看出在起、下油管作業(yè)時，管子只是在瞬時處于彎曲塑性變形。由于油管部一般均有高、中壓液體或氣體，因此油管是在彎曲和壓拉伸的三重作用下，將產(chǎn)生瞬時的交變的塑性變形。國外稱之為卷曲蠕變。2）連續(xù)油管在作業(yè)中的屈曲在連續(xù)油管下入過程中，由于管柱本身的重力的影響和管柱與井壁摩擦的影響，使得管柱在受壓時由初始的近似直線狀態(tài)(穩(wěn)定狀態(tài))變?yōu)榍€狀態(tài)(另一種穩(wěn)定狀態(tài))，這就是管柱的屈曲。連續(xù)油管下井過程中可能產(chǎn)生縱向彎曲變形和損壞。當連續(xù)油管入井時，為克服阻力要在地面對油管施加軸向壓力。當連續(xù)油管的首尾兩端承受壓力負荷時，其狀況是一根無橫向支撐的細長桿，壓力超過臨界負荷時，將造成油管的縱向彎曲。連續(xù)油管首

57、先變成在單一平面的波距不等的正弦波形，隨著軸向壓力增加，最后變成螺旋形，如圖 2 一 5 所示。連續(xù)油管彎曲成螺旋形，引起附加的徑向接觸力，使管子與井壁的摩擦力增加，軸向力越大其摩擦力越大。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)油管在井的該鎖定就稱為做螺旋鎖定。. . . . 17 / 42圖圖 2 2 一一 5 5 連續(xù)油管在井發(fā)生縱向彎曲示意圖連續(xù)油管在井發(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。甚至續(xù)油管工作特性分析當油管被牽引鏈條拉直時，它仍將長時間保留螺旋形，其螺距大約是一個卷筒卷繞長度，這種變形叫做“殘余彎曲”

58、 。 “殘余彎曲”加大了連續(xù)油管縱向彎曲的敏感性。.2 連續(xù)油管抗壓強度分析連續(xù)油管抗壓強度分析連續(xù)油管在工作過程中井下段的應力是由其、外部液體壓力聯(lián)合作用與軸向拉伸或壓縮載荷與彎曲等因素產(chǎn)生的。外力所產(chǎn)生的應力場可用 3 個主應力來描述，即軸向應力，徑向應力與周向應力(如圖 2 一 2)。但由于連續(xù)油管的工作條件不同，3 個主應力的大小和方向也相應不同。 17上面已經(jīng)計算出連續(xù)油管所受應力(軸向應力，徑向應力，周向應力 )，于是，對連續(xù)油管采用 Mises 屈服條件，用應力公式可表示為:2222()()()2rraas (2 一 18)式中:為屈服極限，MPa;其余意義同前。

59、s一般情況下，連續(xù)油管在工作時，壓，大于外壓，故油管表面的周向應ipop力要大于外表面的周向應力(有少數(shù)情況相反)。計算表明，用 Mises 屈服準則判定屈服首先產(chǎn)生在油管的表面。因此，必須考慮油管部的屈服極限，即抗壓強度。為簡化計算，將式(2 一 14)改寫成: (2 一 19)00ippp. . . . 18 / 42 (2 一 20)222200()/()iirrrr將式(2 一 13)與(2 一 19)代入(2 一 18)得: (2 一 21)20iiapBpC式中:21a2(231)(1)oaBp2222(1)(1)ooaasCpp由式(2-21)可解得:242iBBaCpa (2

60、一 22) 說明，本文的抗壓強度的計算未考慮下列因素的影響:(1)在油管使用期間直徑的變化(一般情況為直徑的增大);(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;(3)在油管使用期間由于塑性疲勞的存在而引起的有效屈服應力的下降;(4)在卷筒和導引架上塑性彎曲引起的殘余應力;(5)連續(xù)油管橢圓度。因此，實際運用中應考慮一定的安全系數(shù)，工業(yè)上一般使用 1.25 的安全系數(shù)。從上述公式可以看出:連續(xù)油管的抗壓強度隨外徑的增加而降低，隨軸向拉伸載荷的增加而增加;. . . . 19 / 42第三章第三章連續(xù)油管疲勞壽命計連續(xù)油管疲勞壽命計算算3.13.1 連續(xù)油管失效分析連續(xù)油管失