發(fā)布時間：2020-09-28 10:06

　　 油井管在服役工況下不僅會受到腐蝕性介質(zhì)的侵蝕,還會受到內(nèi)壓、外壓、彎曲以及振動等交變載荷引起的疲勞破壞。油井管在兩者的共同作用下產(chǎn)生腐蝕疲勞現(xiàn)象,最終導(dǎo)致管體加速斷裂,進(jìn)而影響油田的安全生產(chǎn)。由此可見,精確評估油井管的腐蝕疲勞壽命對保證油田安全與穩(wěn)定生產(chǎn)具有至關(guān)重要的意義。但是,油井管的腐蝕疲勞壽命對材料因素、試樣表面因素和環(huán)境因素都非常敏感,導(dǎo)致油井管的腐蝕疲勞壽命具有一定的分散性,所以對其做到精確評估是非常困難的。因此,在評估油井管腐蝕疲勞壽命的同時給出可靠性評估才更具有工程意義。針對上述問題,本文采取不確定方法對油井管的腐蝕疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測,該方法與傳統(tǒng)的確定性方法不同之處在于,其將油井管在服役條件下的各種不確定因素視為隨機(jī)變量并作為輸入?yún)?shù)。結(jié)合實驗法和解析法作為具體的實施方法,再利用統(tǒng)計學(xué)和概率論中的概念和方法對油井管腐蝕疲勞壽命的分散性進(jìn)行了具體分析,最終得到一種預(yù)測模型。通過該預(yù)測模型可以預(yù)測出油井管在任意給定載荷譜的作用下具有任意指定可靠度的腐蝕疲勞壽命,并且預(yù)測結(jié)果具有可驗證性。本文選取油田中常用的TP140高強(qiáng)度套管鋼作為研究對象。首先進(jìn)行了4組應(yīng)力等級且每組應(yīng)力等級多樣本的等幅腐蝕疲勞實驗,分析了材料的等幅腐蝕疲勞壽命分散性,并結(jié)合Manson-Coffin應(yīng)力壽命模型計算得出可靠度為0.1%、5%、50%、95%、99.9%的S-N曲線及其數(shù)學(xué)表達(dá)式;然后設(shè)計了驗證所需的任意載荷譜,結(jié)合S-N數(shù)學(xué)模型和Miner線性累積損傷準(zhǔn)則預(yù)測出對應(yīng)可靠度材料的變幅腐蝕疲勞預(yù)測壽命;最后,在同一載荷譜的作用下進(jìn)行多樣本變幅腐蝕疲勞實驗,得到材料的變幅腐蝕疲勞實驗壽命,將其與預(yù)測壽命進(jìn)行分析比對,得出以下結(jié)論:⑴TP140鋼在同一應(yīng)力等級作用下的等幅腐蝕疲勞壽命服從對數(shù)正態(tài)分布;⑵分析計算得到TP140鋼的P-S-N曲線及其數(shù)學(xué)表達(dá)式;⑶TP140鋼的變幅腐蝕疲勞預(yù)測壽命和變幅腐蝕疲勞實驗壽命均服從對數(shù)正態(tài)分布;⑷TP140鋼的變幅腐蝕疲勞預(yù)測壽命與變幅腐蝕疲勞實驗壽命基本一致。以上結(jié)論表明,本文提出的油井管腐蝕疲勞預(yù)測方法是有效的,并且具有經(jīng)濟(jì)性和實用性。其對腐蝕疲勞理論,具有完善和補(bǔ)充的作用,對石油天然氣開發(fā)過程中油氣井安全、防止油井管腐蝕疲勞斷裂提供了理論指導(dǎo),具有重要的工程應(yīng)用價值。
【學(xué)位單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TE983
【部分圖文】：

勞壽命的同時給出可靠性評估才更具有工程實際意義。在腐蝕疲勞壽命預(yù)測模型中采用統(tǒng)計學(xué)和概率論的概念和方法是描述腐蝕疲勞過程中的不確定性和腐蝕疲勞壽命分散性的一種有效手段。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 油井管腐蝕疲勞研究現(xiàn)狀金屬材料的腐蝕疲勞失效行為是航空航天、海洋鉆井、化工以及石油行業(yè)中常見的失效行為之一[21]。腐蝕疲勞的定義是金屬構(gòu)件在腐蝕環(huán)境和交變應(yīng)力載荷共同作用下發(fā)生開裂或斷裂而提前失效的現(xiàn)象[22]。20 世紀(jì)初期，Haigh 發(fā)現(xiàn)并提出了材料會受到腐蝕疲勞破壞的觀點，但是并沒有做詳細(xì)說明。直至 20 年代中期，McAdam 引入了“腐蝕疲勞”名詞并發(fā)表了相關(guān)論文。該論文發(fā)表之后，引起了國內(nèi)外眾多科研工作者的興趣，并紛紛投入到腐蝕疲勞研究的新領(lǐng)域中[23]。迄今為止，有關(guān)金屬腐蝕疲勞方面的研究成果頗豐，大概可以將其歸結(jié)為以下兩個方面[7]。

勞壽命的同時給出可靠性評估才更具有工程實際意義。在腐蝕疲勞壽命預(yù)測模型中采用統(tǒng)計學(xué)和概率論的概念和方法是描述腐蝕疲勞過程中的不確定性和腐蝕疲勞壽命分散性的一種有效手段。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 油井管腐蝕疲勞研究現(xiàn)狀金屬材料的腐蝕疲勞失效行為是航空航天、海洋鉆井、化工以及石油行業(yè)中常見的失效行為之一[21]。腐蝕疲勞的定義是金屬構(gòu)件在腐蝕環(huán)境和交變應(yīng)力載荷共同作用下發(fā)生開裂或斷裂而提前失效的現(xiàn)象[22]。20 世紀(jì)初期，Haigh 發(fā)現(xiàn)并提出了材料會受到腐蝕疲勞破壞的觀點，但是并沒有做詳細(xì)說明。直至 20 年代中期，McAdam 引入了“腐蝕疲勞”名詞并發(fā)表了相關(guān)論文。該論文發(fā)表之后，引起了國內(nèi)外眾多科研工作者的興趣，并紛紛投入到腐蝕疲勞研究的新領(lǐng)域中[23]。迄今為止，有關(guān)金屬腐蝕疲勞方面的研究成果頗豐，大概可以將其歸結(jié)為以下兩個方面[7]。

工況下的使用壽命。②采取相應(yīng)的防護(hù)措施來延長金屬材料在服役工況下的使用壽命。③以上 2 個研究內(nèi)容的目的在于延長材料的使用壽命，簡稱“延壽”，而延壽的前提先精確地預(yù)測材料的使用壽命，簡稱“定壽”。本篇文章是在前人已取得成果的基礎(chǔ)上究油井管腐蝕疲勞的“定壽”問題。目前，人們對金屬材料的腐蝕疲勞壽命預(yù)測研究主要建立在 da/dN- 曲線和 S-N 曲的基礎(chǔ)上。

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8 傅朝陽;鄭家q

本文編號：2828661