3.4.2.3. Фактические результаты стендовых испытаний на усталостные нагрузки и практический опыт их применения опыт показывает:
- с увеличением количества циклов изгиба величина соответствующих осевых деформаций возрастает незначительно;
- влияние давления на усталостный износ выражается нелинейной зависимостью. Резкий скачок усталостного износа происходит при достижении величины внутреннего давления 0,21 Н/м2 (3000 фунт/кв. дюйм);
- усталостный износ происходит в основном за счет совместного воздействия цикличных изгибающих нагрузок и давления, что приводит к увеличению диаметра и овальности поперечного сечения труб и отражает степень усталостного износа труб;
внутреннее давление оказывает преобладающее влияние на срок службы труб при одновременном действии цикличных изгибающих нагрузок (рис. 10);
срок службы труб увеличивается с уменьшением их диаметра. Это увеличение происходит за счет резкого скачка при высоком значении внутреннего давления: при давлении 0,35 Н/м2 (5000 фунт/кв. дюйм) наружный диаметр от 38,1 2,8 мм (1,5» 0,109») до 31,8 2,8 мм (1,25» 0,109»), срок службы гибких НКТ возрастает на 171% (табл. 2).
Таблица 2
Влияние изменения диаметра на срок службы
гибких НКТ
Уменьшение диаметра гибких НКТ |
Увеличение срока службы гибких НКТ при давлении, кг/см2 (фунт/кв. дюйм) |
|||
от |
до |
17,5 (250) |
175 (2500) |
350 (5000) |
1,50 |
1,25 |
38% |
42% |
171% |
1,75 |
1,50 |
38% |
39% |
168% |
Срок службы труб возрастает с увеличением толщины стенки труб: при давлении 0,35 Н/м2 (5000 фунт/кв. дюйм), наружный диаметр 31,8 мм (1,25»), при увеличении толщины стенки от 2,2 мм (0,087») до 2,8 мм (0,109») срок службы НКТ возрастает на 127 % (табл. 3).
313
280
245
259
120
288
Рис. 10. Сравнение срока службы гибких НКТ в зависимости от их усталостного износа (диаметр 44.45 мм (1,75’’))2.8 мм (0,109 ‘’)
Момент фактического разрушения труб определяется для каждого значения внутреннего давления по количеству циклов изгиба, приводящих к началу трещинообразования:
для определения срока службы труб необходимо принимать коэффициент запаса, равный 70-80%;
разработана статистическая модель для определения кумулятивного усталостного износа и соответствующего срока службы гибких НКТ;
- количество рабочих циклов и величина давления регистрируются через каждые 15,2 м (50 футов) (табл. 11);
- на каждую секцию длиной 15,2 м (50 футов) оказывают влияние различные факторы, в зависимости от величины давления. Расчет срока службы гибких НКТ ведется в процентном отношении в зависимости от величины этих факторов;
после суммирования всех результатов для каждой секции выдается окончательный результат расчетного срока службы всей колонны гибких НКТ.
Фактическое разрушение от усталостного износа соответствует прогнозируемому началу трещинообразования, и количество рабочих циклов до разрушения от усталостного износа зависит в основном от внутреннего давления в трубах при условии аналогичности других условий (диаметр труб, толщина стенки, радиус направляющего желоба и диаметр внутреннего основания барабана).
Таблица 11.
Результаты регистрации данных об усталостном износе гибких НКТ
Интервал, фунты |
Давление, фунт/кв.дюйм |
|||
0 |
0 – 100 |
1000 – 3000 |
3000 |
|
Количество циклов |
||||
0 |
23 |
5 |
|
|
500 |
23 |
5 |
|
|
1000 |
23 |
5 |
|
|
1500 |
23 |
5 |
|
|
2000 |
22 |
5 |
1 |
|
2500 |
22 |
5 |
1 |
|
3000 |
23 |
5 |
|
|
3500 |
23 |
5 |
|
|
4000 |
22 |
5 |
1 |
|
4500 |
22 |
5 |
1 |
|
5000 |
20 |
5 |
4 |
|
5500 |
20 |
5 |
4 |
|
6000 |
10 |
14 |
30 |
30 |
6500 |
2 |
2 |
25 |
55 |
7000 |
|
3 |
2 |
4 |
7500 |
|
|
|
|
8000 |
|
|
|
|
8500 |
|
|
|
|
Примечание: Необходимо суммировать эти данные с предыдущими регистрационными данными. В интервале 6000 – 6500 футов находится потенциально опасная зона усталостного износа.
В результате развития усталостного износа происходит увеличение диаметра труб и степени их овальности. Предельные значения этих параметров определяют сроки отбраковки труб. На основе обобщения данных могут быть рекомендованы следующие предельные факторы:
- максимальный диаметр гибких НКТ – 0,32 м (1,06 фут) от их номинального диаметра;
минимальный диаметр гибких НКТ – 1,29 м (0,96 фут.) от их номинального диаметра;
максимальная овальность – 5 – 10%.