连续油管疲劳损伤的磁记忆检测试验研究

连续油管工作在大位移塑性变形条件下,受力复杂,工况恶劣。其破坏形式多种多样,尤以疲劳居多。根据连续油管的工作原理,利用磁记忆检测方法,进行连续油管全尺寸疲劳试验,研究连续油管在内压、轴向拉伸及弯曲等交变载荷作用下,疲劳破坏过程的磁记忆特征信号变化规律,采用区域积分面积-寿命关系曲线,分析大位移塑性变形下的连续油管疲劳损伤过程的磁记忆信号特征值的规律。试验表明:磁记忆特征值可以很好的描述连续油管疲劳损伤程度,为现场连续油管服役过程工作寿命及损伤程度的判定提供依据。     

油气储罐罐壁焊缝静载拉伸检测试验研究*

为建立磁记忆信号与罐体焊接缺陷演变的对应关系,获得以非接触方式检测焊缝处的磁记忆信号来实现对罐体的早期预警和无损检测技术,开展罐壁焊缝试样静载拉伸试验,研究油气储罐在静载拉伸过程中焊缝的磁记忆信号变化规律,并结合有限元模拟仿真进行磁场分布规律的分析。结果表明:磁记忆信号梯度值会在焊缝缺陷处产生突变;随着裂纹深度的增加,磁记忆信号梯度峰峰值呈线性增加,并且峰值随着拉伸载荷的增加而线性增加。     

气井井下油管泄漏地面声波检测试验研究

为探究井下油管泄漏声波法检测技术及方法,开展油管泄漏室内试验。在分析油管泄漏声波产生机制的基础上,提出油管泄漏声波地面检测技术及其实施方式。搭建室内全尺寸油管泄漏检测系统,并进行一系列模拟试验;在时频域内分析试验采集的声波信号,结果表明,油管泄漏声波信号时域绝对均值(AMV)及有效值(RMS)特征随着泄漏孔径及压差的增加而增大;该信号是宽频信号,其能量主要集中在1~130 Hz;检测信号的时域特征AMV和RMS、频域分布特征、自相关分析主峰值等,可作为判断泄漏发生的特征量;利用自相关分析能实现单探头对井下油管泄漏的检测与定位,具有较高精度。     

45#钢金属磁记忆信号变化特征分析

为研究铁磁试件在不同应力下的磁化特征，对无预制缺陷的45#钢平板试件进行拉伸试验，并在线测量了不同应力水平下试件表面的漏磁场分布，分析了试件表面漏磁场分布与应力分布之间的关系，以及应力对磁记忆信号的影响；在磁记忆特征值提取方面，利用传统的磁场梯度K值，可以有效的检验应力集中部位，实验证明，可以通过此特征值对试件的安全性做出检测及评估。     

套管损伤磁记忆检测信号定量研究

在油气生产过程中,井下套管损伤会造成井况恶化,致使正常井转变为套损井。为了防止套损井的出现和安全事故的发生,有必要对套管进行早期损伤检测。采用金属磁记忆检测技术,开展了实验研究。实验中,通过对套管内壁环切,将套管壁厚设计为等值递增和不等值递增两种形式;根据实验数据,对磁记忆检测信号梯度值、信号梯度波峰值及信号梯度峰宽值等特征参量与壁厚、壁厚变化量的定量关系进行拟合。结果表明:磁记忆检测信号梯度值、信号梯度波峰值及信号梯度峰宽值等特征参量,可以很好的表征套管壁厚的变化情况;信号梯度值与套管壁厚呈线性递增关系;信号梯度波峰值和信号梯度峰宽值均与套管壁厚变化量呈线性递增关系。该试验结果有助于完善磁记忆检测技术的定量化研究和利用磁记忆原理检测套管损伤的评价体系。     

N80油管接箍螺纹联接的应力分析与失效评估北大核心CSCD

油管与接箍的螺纹联接部分是保证油管正常工作的关键纽带。基于弹塑性力学理论,利用ABAQUS有限元软件建立了N80油管接箍的轴对称模型,对油管接箍的上扣过程进行了数值模拟,并结合实际工况分析了不同井深条件下油管接箍螺纹的应力状况,得到了油管与接箍螺纹的失效特征。结果表明:上扣过程中油管和接箍螺纹的Mises应力呈两端高中间低的形式分布,过盈上扣3圈时接箍两端的螺纹已经进入塑性状态;实际工况下,油管螺纹的Mises应力随着井深的增加呈下降趋势,井口处油管两端的螺纹已经超过屈服强度,而接箍螺纹的Mises应力随着井深的增加而增大,3 000 m井深时接箍两端的螺纹均已进入塑性状态,易发生粘扣而导致密封失效。     

钻具材料疲劳损伤的磁记忆检测试验研究

为及时准确地确定钻具疲劳损伤及应力集中位置,确定疲劳损伤程度,对42CrMo钢缺口试件进行拉扭疲劳试验及磁记忆在线检测。试验中实时采集磁记忆信号的切向分量,分析其梯度变化趋势,并提取Hp(x)max,Hp(x)sub,Kmax,Ksub等4个磁记忆信号特征参量,研究这4个特征参量在整个疲劳循环过程中的变化规律,并比较在线卸载与在线加载检测各特征参量的异同。试验结果表明,在整个疲劳过程中,各磁记忆信号特征参量具有不同的变化规律,很好地诠释了材料的拉扭疲劳过程,表征出不同疲劳阶段材料的应力集中程度。     

N80油管接箍螺纹联接的应力分析与失效评估

油管与接箍的螺纹联接部分是保证油管正常工作的关键纽带。基于弹塑性力学理论,利用ABAQUS有限元软件建立了N80油管接箍的轴对称模型,对油管接箍的上扣过程进行了数值模拟,并结合实际工况分析了不同井深条件下油管接箍螺纹的应力状况,得到了油管与接箍螺纹的失效特征。结果表明:上扣过程中油管和接箍螺纹的Mises应力呈两端高中间低的形式分布,过盈上扣3圈时接箍两端的螺纹已经进入塑性状态;实际工况下,油管螺纹的Mises应力随着井深的增加呈下降趋势,井口处油管两端的螺纹已经超过屈服强度,而接箍螺纹的Mises应力随着井深的增加而增大,3 000 m井深时接箍两端的螺纹均已进入塑性状态,易发生粘扣而导致密封失效。     

20(G)板不同焊接缺陷的磁记忆信号检测分析

使用TSG-2M-8型应力集中磁记忆测试仪对15块材质为20钢的焊接试块表面磁场进行扫描测试,通过与射线、超声、TOFD三种试块无损检测结果对比分析,发现磁记忆信号能有效反应气孔、未焊透、未熔合等焊接缺陷。存在气孔、未焊透、夹渣等缺陷时,磁场强度曲线会出现过零点,存在裂纹或未熔合等缺陷时,磁场强度曲线则出现峰值。可利用该特征对在役特种设备焊缝进行无损检测。     

高压管汇磁致伸缩导波缺陷检测模拟研究

针对高压管汇导波缺陷检测问题，基于磁致伸缩效应，借助COMSOL有限元仿真软件，建立高压管汇直管段的导波缺陷检测模型，探究导波的激励条件及缺陷检测效果，分析不同参数对缺陷附近磁感应强度分布的影响。研究结果表明:在频率为10 kHz的正弦电流信号激励下，可产生沿管道轴向传播的T（0，1）模态导波，并能辨别缺陷处的回波信号。改变缺陷的尺寸参数时，缺陷附近的磁感应强度随着缺陷深度增加呈增大趋势，随轴向宽度增加呈减小趋势，不同形状的缺陷对应的磁感应强度存在一定的差异；改变激励条件，磁感应强度均随激励电流、激励频率的增加呈不断增加趋势。     

水力压裂冲蚀磨损对连续管剩余寿命影响研究

针对水力压裂中连续管内壁冲蚀磨损严重和连续管易失效的问题,基于液-固两 相流和冲蚀理论,建立了连续管内部砂砾冲蚀模型。采用Grant和Tabakoff模型求解砂 砾冲蚀速率,借助实验数据验证了CFD数值模型。利用该模型研究了连续管在不同弯曲 度、砂砾粒度、压裂液注入量、质量流量、压裂液粘度对连续管内壁的冲蚀特性。研究 表明:弯曲连续管比直连续管冲蚀磨损严重,且弯曲度对连续管内壁的冲蚀磨损影响较 大。随着注入量的增加,壁厚平均损失值和壁厚损失峰值呈现快速递增趋势。支撑剂固 体颗粒的粒度对连续管内壁的冲蚀磨损影响较大,粒度为40目时连续管冲蚀速率最大。 随质量流量的增加,连续管剩余寿命呈线性下降。随压裂液粘度的增加,连续管内壁冲 蚀速率总体呈现下降趋势。     

连续管复合裂纹的应力强度因子有限元分析

针对解析法计算连续管复合裂纹应力强度因子繁琐的问题，引入扩展有限元法（XFEM）进行分析。应用有限元软件ABAQUS计算不同裂纹角度对应的连续管Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ型裂纹的裂尖应力强度因子KⅠ，KⅡ，KⅢ，分析了裂纹角度对应力强度因子的影响，并模拟得到了受单向拉伸载荷的连续管裂纹扩展的整个过程。研究结果表明:扩展有限元解与计算解很接近，验证了利用扩展有限元法计算复合型应力强度因子的有效性。随着裂纹夹角θ的增大，裂尖处KⅠ不断减小、KⅡ始终很小，可以忽略、KⅢ先增大后减小、总应力强度因子K不断减小。通过扩展有限元法计算出裂尖应力强度因子，可有效预测含裂纹CT80连续管的安全性。     

综合管廊燃气舱燃气爆炸冲击波传播特征研究*

为研究综合管廊燃气舱燃气爆炸冲击波的传播特征,采用数值模拟方法研究首次超压峰值和首次流速峰值的变化规律,建立首次流速峰值与首次超压峰值和填充长度的耦合关系,分析不同填充长度情况下燃气爆炸后的超压和水平流速的变化规律。结果表明:燃气爆炸后,燃气舱内存在多个超压峰值,峰值间存在明显的时间差。冲击波到达各测点的时间与燃气填充长度成反比关系。水平流速曲线随着时间的变化以0为基点上下振荡,存在正向峰值和反向峰值。随着燃气填充长度的增加,流速下降趋势变快。首次超压峰值随传播距离的增加先增大后减小再增大,随着填充长度的增加,产生超压峰值最大值的位置由接近填充长度结束的位置转移到燃气舱封闭端。首次流速峰值随传播距离的增加先增大后减小。首次流速峰值与首次超压峰值呈现正比关系,通过拟合得到流速峰值与超压峰值及填充长度的耦合关系。研究结果可为燃气舱燃气爆炸后的流速分布研究以及燃气舱防火分区的设计提供参考。     

防喷盒聚氨酯胶筒密封性能及其主控因素分析*

为使连续管防喷盒密封胶筒满足深井、高压气井等工况的密封需求,基于有限元方法建立胶筒密封模型,以胶筒密封面上的有效接触应力作为密封性能的评估指标,研究胶筒的结构、材料和工况等参数对防喷盒胶筒密封性能的影响,明确防喷盒胶筒密封性能的主控因素。结果表明:井筒介质压力、胶筒硬度、胶筒与连续管的间隙和摩擦系数是影响胶筒密封性能的主要因素,且井筒介质压力增大,防喷盒胶筒的密封性能增强,当胶筒硬度为75,85 HA、间隙为1.5 mm、摩擦系数为0.1时,胶筒的密封效果更好。连续管的运动方向对胶筒的密封性能有影响,连续管的运动速度对胶筒的密封性能基本无影响。     

循环弯曲和内压作用下连续油管壁厚变化规律试验研究

连续油管作业期间,除受到循环弯曲载荷作用外,管内还常受内压作用,从而产生严重的塑性变形,会出现壁厚减薄和截面椭圆化,而大多数情况的疲劳裂纹都是源于壁厚减薄处。采用自制的连续油管疲劳试验机进行室内试验,模拟全尺寸连续油管在实际工况中受到的循环弯曲和内压作用,利用超声波测厚仪检测不同循环次数下的油管壁厚值。在300mm最大弯曲行程、20MPa内压下,连续油管壁厚变化率成抛物线下降趋势,得到壁厚变化率与循环次数拟合关系,可为预判连油管工作寿命提供依据。     

圆拱形缺陷对砂岩力学特征影响的试验研究

为研究含圆拱形预制缺陷砂岩的力学特征,在板状黄砂岩试样内预制了不同α值的圆拱形缺陷。采用YNS-2000型电液伺服控制试验系统和数字照相采集系统研究了不同圆拱形缺陷倾角α对黄砂岩力学特征和破坏模式的影响规律。研究结果表明:试样峰值强度、平均模量和割线模量随着α的增大呈先减小后增大再减小趋势,α=30°试样峰值强度和峰值应变均最小,α=75°试样峰值强度和应变均达到最大;预制圆拱形缺陷α对试样起裂应力、起裂位置和破坏模式均具有重要影响,随着α值的增大,试样起裂应力总体呈先减小后增大再减小趋势,当α=30°时,试样的平均起裂应力最小,其值为10.90 MPa;当α=75°时,试样的平均起裂应力最大,其值为18.91 MPa。     

基于核磁共振技术不同煤样吸附CH4实验研究*

为研究CH4在高、中、低阶3种煤样（无烟煤、焦煤、长焰煤）中的吸附特性及分布规律,采用低场核磁共振技术在不同吸附时间、不同压力条件下分别进行不同煤样的吸附甲烷实验。从微观上分析时间效应、变质效应、压力效应对煤吸附CH4的影响规律及甲烷在煤上各个孔径阶段分布变化。结果表明:随着吸附时间的增大,3种煤样的吸附态T2谱振幅积分均增加,大小依次为无烟煤＞焦煤＞长焰煤,吸附速率呈先快后慢的趋势,而游离态的T2谱振幅积分和区间范围逐步减少;随着注气压力的增加,3种煤样的吸附态和游离态的T2谱振幅积分和区间范围逐渐增大,吸附态T2谱积分曲线符合等温吸附方程,游离态T2谱积分曲线与压力呈正相关;吸附态甲烷主要集中在微小孔中,游离态甲烷主要集中在大孔和裂隙中。