含圆锥形腐蚀坑油管的剩余强度分析资料

1、含圆彳准形腐心;油管的勺郦析钢管杂志2016年第4期摘要:采用理论分析和实物评价试验相结合的方法研究了含圆锥形腐蚀坑油管的剩余强度0结果表明:腐蚀坑深度对油管的抗内压失效性能影响最大对抗外压挤毁性台匕 目匕的影响次之对抗拉性台匕 目匕的影响最小；采用腐蚀坑均匀排布法台匕 目匕较好地预测含圆锥形腐蚀坑油管的剩余强度0关键词:油管腐蚀剩余强度；抗拉强度抗挤强度圆锥形腐蚀坑；腐蚀坑深度随着油田开发进入中后期油气井腐蚀损坏问题日益严重成为困扰石油开采工业的一大难题0油管一旦发生腐蚀将会降低油管的力学性台匕 目匕甚至引发油管断落入井的腐蚀事故1-2。目刖国内外针对油管腐蚀损坏开展了大里研究但主要集中在油

2、管腐蚀机理和防护技术方面对于油管腐蚀后的剩余强度研究较少3-7。开展油管腐蚀后的剩余强度研究对管的抗拉强度0对13根38.9mrrX645mm110钢级旧油管的几何尺寸及腐蚀坑深度进行测量并在内压爆破试验机上对旧油管的抗内压爆破性台匕 目匕进行评价013根旧油管的几何尺寸及内压失效试验结果见表20从表2可以看出:13根旧油管的内压失效压力均满足AP旧ull5C2 1999套管、油管和钻杆使用性台匕 目匕12标准要求(96.3MPia),最大值较最小值高出44.0%0内压失效压力最大的旧油管苴 ,、腐蚀坑深度占名义壁厚的17%）；内压失效压力最小的旧油管苴 /、腐蚀坑深度占名义壁厚的57%）。5

3、Z的厚径比(t/D)较4Z高出12.5%但最大腐蚀坑深度较4Z高出2.616mm1 ,因此内压失效压力反较4Z低2.1MPa；9Z的t/D较4Z高出19.3%最大腐蚀坑深度相近所以内压失效压力较4Z高33.7MPa1。苴 /、余样管的腐蚀坑深度与内压失效压力值也呈较好的反比关系0这在一定程度上(因影响套管的内压性能因素较多比如屈服强度、t/D等)说明旧油管的抗内压性台匕 目匕与腐蚀坑深度关系较大0对13根88.9mmX645mm110钢级旧油管的几何尺寸和腐蚀坑深度进行测县 里并在外压挤毁试验机上性能进行评价013根旧挤毁试验结果见表30旧油管的抗外压挤毁性根(占53.8%)不满足APIT(9

4、3.3MPaD,最大为123.1MPa最小仅为11.9MPa (较标准样管的腐蚀坑深度与抗循反比关系这是因为能的因素较多一比如屈径不圆度、壁厚不均度根8)8.91mm00813标准要求(超出标准要求319%),要求值低84MPa0，但苴余挤强度之问并不严格遵影响油管抗外压挤毁性服强度、残余应力、外、t/D等0综上所述38油管的最大壁厚为3mm相差107%最大外85.00m卡,相差6%0影响管为材料的抗拉强度、外内压强度的因素主要为及壁厚影响管体抗挤的屈服强度、外径、壁旧油管实物性台匕 目匕的评价和壁厚的影响1日出腐蚀坑深度对油管的抗内压失效性台匕 目匕影响最大对抗外压挤毁性台匕 目匕的影响次之

5、对抗拉性台匕 目匕的影响最小0此外在测里了31根旧油管表面的腐蚀坑尺寸后发现该批旧油管腐蚀坑深度占名义壁厚超过30%）的根数占总抽检根数的16%);因此均匀壁厚腐蚀法和腐蚀坑均匀排布法均以腐蚀坑深度占30%）名义壁厚的样管进行分析可以代表该批80%）以上旧油管的剩余强度现状02旧油管剩余强度理论分析采用均匀壁厚腐蚀法、概率分布法及腐蚀坑均匀排布法对旧油管的剩余强度(包括抗拉强度、抗内压强度、抗挤强度)进行理论计算并将以上3种理论计算结果与实物性台匕 目匕进行对比选择一种理论模型作为含腐蚀缺陷油管剩余强度的预测模型0(1)均匀壁厚腐蚀法0均匀腐蚀也叫全面腐蚀即腐蚀分布在整个金属表面上从重里来说均

6、匀腐蚀代表了腐蚀对旧油管的最大破坏0以88.90mimX (3.45mm油管为例对于腐蚀坑最大深度为30%）名义壁厚的多占八、腐蚀或均匀腐蚀来说强度计算公式中的径采用85.04mn1。(2)概率分布法0对蚀坑深度进行测里计为1.21mm按此T均值进88.90mm6.45mm管为例壁厚厚度的18.8%则强厚采用521mm实乐外径(3)腐蚀坑均匀排布全相同均为圆锥形面腐蚀坑均匀排布如个腐蚀坑截面苴 /、计算上任意一个腐蚀坑的面坑的总面积S总损失的(2):S损失二D22?2arcsnbD二2ts损失二DS S损失(2腐蚀坑深度h取1.935mm1 (直径b取25mm(该批油径）；考虑腐蚀坑引起的二3

7、1.8(mm2,S总损失=35壁厚采用4.52mm实乐外该批旧油管外表面的腐算出腐蚀坑的T均深度行强度计算0以腐蚀坑T均深度占名义度计算公式中的实乐壁采用86.48mrrio法0假设腐蚀坑形状完且均匀分布在油管外表图1所示；任意选取一模型如图2所示0截面积S损失与截面上腐蚀计算见公式(1)360-D2-hb2(1)S总损失)油管外径D取88.9mm名义壁厚的30%),腐蚀坑管实测T均腐蚀坑直壁厚损失则S损失0.1(mm2,S剩余二S腐蚀前面积-S总损失=1319.7 （ mm2。 根据 S乘U余=D/2-t等效可推算出油管的有效壁厚t 等效为5.01mm（4 ） 实物性能 （3（r准则）。3（

8、r准则是先假设 组检测数据只含有随机误差，对其进行计算处 理得到标准偏差，按一定概率确定一个区间 认为凡超过这个区间的误差，就不属于随机误 差而是粗大误差，含有该误差的数据应予以剔 除。采用3（7准则对实物试验数据进行处理，并 取仙-36值作为实物试验预测值。（r=niE （ xi- ）2n-1 姨 （3） 式中 （T 一 标准差； 11 均值；n 测量次数。以拉伸试验为例，将拉伸试验数据（表1） 代入公式 （3）,计算的标准差为110.5kN , 平 均值为1440kN , 则 仙-36 值 为11C9kN2.1含腐蚀坑旧油管抗拉强度分析采用均匀壁厚腐蚀法、概率分布法及腐蚀坑均 匀排布法对旧

9、油管的抗拉强度进行理论计算 管体抗拉强度的计算见公式 （4）,并依据3（r准 则对实物拉伸试验数据（表1 ） 进行处理，结 果见表4。 从表 4可以看出：在3种旧油管的抗拉强度理论计算中，采用均匀壁厚腐蚀法计接近因此推荐采用腐蚀坑均匀排布法预测旧油管的抗内压强度0P2=0.8)75(2Y2?t/D)(5)式中P2抗内压强度MPca；Y2材料实际屈服强度MPai；t实际壁厚mm1 02.3含腐蚀坑旧油管抗挤强度分析根据均匀壁厚腐蚀法、概率分布法及腐蚀坑均匀排布法对旧油管的抗挤强度进行理论计算挤压强度的计算见公式(6),并依据3 (T准则对实物外压挤毁试验数据(表3)进行处理计算结果见表60从表6

10、可以看出:在3种旧油管的抗挤强度理论计算中采用均匀壁厚腐蚀法计算出来的抗挤强度最小概率分布法计算出来的抗挤强度最大腐蚀坑均匀排布法计算出来的抗挤强度介于刖两者之问0采用3种理论计算方法1日到的抗挤强度均较实物试验结果(见表3依据3 (T准则)大0这是因为3 (T准则是以测里次数充分大为、户， 刖提的而且对正态或近似正态分布的样本数据处理最有效本次抽检的13根f389mrrX64jmm110钢级旧油管抗挤强度离散度较高不符合正态分布要求不适用于3 (T准则因此采用实物抗挤强度平均值与3种理论计算方法进行对比对比结果表明:腐蚀坑均匀排布法计算出来的抗挤强度与实物抗挤强度平均值(94.5MP,)最为

11、接近因此推荐采用腐蚀坑均匀排布法预测旧油管的抗挤强度0P3=Y3(BtD-A)-C(6)式中DQ抗挤强度MP,a；P3VQ材料实际屈服强度MP.a；A、B、Y3C经验参数；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义10)-13、3303讨论均匀壁厚腐蚀法事先假定腐蚀分布在整个金属外表面按实测的最大腐蚀坑深度作为壁厚损失里然后以此壁厚进行强度计算因此代表了最苛刻的腐蚀状态；概率分布法是对油管外表面的腐蚀坑深度进行概率统计分析计算腐蚀坑的平均深度然后以此平均值作为壁厚损失里进行强度计算；腐蚀坑均匀排布法是预先假设腐蚀坑形状均为圆锥形且均匀分布在油管外表面然后按实乐面积推算油管剩余壁厚并计算剩余强度0承载面积关系较大因要腐蚀方式时采用均的剩余抗拉强度计算较主时应该采用腐蚀坑度的计算0油管的抗内感在有严重腐蚀坑存破先漏因此宜用腐蚀压强度的计算只有在时才会发生膨胀开裂测最小抗内压强度较为挤强度的一个重要因素主时宜用均匀壁厚腐挤强度计算0而当发生用腐蚀坑均匀排布法进算04结论(1)单个腐蚀坑深度性台匕 目匕影响最大对抗