T_CPI 13005-2023《连续油管全尺寸疲劳试验方法》标准制定与解析.pdf

标准研究92024,Vol.62,No.192024,Vol.62,No.1T/CPI 13005-2023连续油管全尺寸疲劳试验方法标准制定与解析宋海辉1,2，祝少华1,2，李博锋1,2,3，薛磊红1,2（1.中油国家石油天然气管材工程技术研究中心有限公司 陕西 宝鸡 721008；2.中国石油宝鸡石油钢管有限责任公司 陕西 宝鸡 721008；3.陕西省高性能连续管重点实验室 陕西 宝鸡 721008）摘要：为了规范连续油管全尺寸疲劳试验程序，结合多年试验经验，以 T/CPI 13005-2023连续油管全尺寸疲劳试验方法 标准制定为切入点，分别从标准制定的必要性、编制过程、主要技术内容等方面对该项标准进行解析，以期为我国连续油管疲劳试验以及产品生产和研究提供标准依据，促进行业发展。关键词：连续油管；疲劳试验；标准中图分类号：F406文献标识码：B文章编号：1003-0514(2024)01-0009-03T/CPI 13005-2023Coiled tubing full-size fatigue test methodstandard formulation and analysis Song Haihui1,2，Zhu Shaohua1,2，Li Bofeng1,2,3，Xue Leihong1,2（1.Chinese National Engineering Research Center for Petroleum and Natural Gas Tubular Goods Co.，Ltd.，Baoji 721008，China；2.CNPC Baoji Petroleum Steel Pipe Co.，Ltd.，Baoji 721008，China；3.Shaanxi Province Key Laboratory of High Performance Coiled Tubing，Baoji 721008，China）Abstract：In order to standardize the full-size fatigue test procedure of coiled tubing,combined with many years of test experience,the standard T/CPI 13005-2023Coiled tubing full-size fatigue test methodwas formulated as the starting point,and the standard was analyzed from the aspects of the necessity of standard formulation,preparation process and main technical content.In order to provide a standard basis for the fatigue test and product development and research of coiled tubing in China,and promote the development of the industry.Key words：coiled tubing；fatigue test；standard收稿日期：2024-01-03作者简介：宋海辉（1991），男，工程师，主要从事钢管产品标准制修订工作。E-mail：0前言连续油管（Coiled Tubing，CT）也称挠性管、蛇形管或盘管，是一种采用低碳微合金钢经过焊接、成型、热处理等工序制成的长度可达数千米到万米的连续管1。连续油管缠绕在卷筒上，工作中可反复塑性变形、重复使用，广泛应用于修井、测井、钻井及油气集输管线等。其在作业过程中发生反复的塑性弯曲变形等低周疲劳循环是造成连续油管失效、决定连续油管使用寿命的关键因素，疲劳寿命是决定连续管使用寿命和作业安全的重要因素，因此，开展疲劳寿命研究对推动连续管作业技术的发展具有十分重要的意义2。连续油管疲劳寿命预测和评估则需要进行大量的连续油管疲劳寿命测试试验，形成试验数据库，试验数据的准确性对预bz2401正文.indd 9bz2401正文.indd 92024/2/26 15:17:342024/2/26 15:17:34冶金标准化与质量2024,Vol.62,No.110测模型开发具有重要的影响3。长期以来宝鸡石油钢管有限责任公司开展了大量的连续油管疲劳试验方法的研究，在结合前期多年来大量的疲劳试验经验的基础上，为规范行业疲劳试验过程，确保疲劳试验数据的准确性，宝鸡石油钢管有限责任公司牵头组织在中国石油和石油化工设备工业协会申报起草编制了 T/CPI 13005-2023连续油管全尺寸疲劳试验方法 团体标准，该标准已经于 2023 年 12 月发布实施。本文对 T/CPI 13005-2023连续油管全尺寸疲劳试验方法标准的制定进行解析，以期为我国连续油管生产、研究技术的发展提供标准支撑。1标准制定的必要性连续油管在实际作业过程中，连续管柱起出或下入井内时包含 3 个弯曲动作，在每次起下作业过程中，连续管经历 6 次弯曲塑性变形4，而这种大应变低周疲劳是影响连续油管寿命的主要因素，国内持续开展连续油管疲劳寿命预测模型研究，其中开展试验模拟是主要方法之一。但行业而目前没有相关试验方法标准，为进行实物验证试验带来不便，宝鸡钢管公司在结合多年来连续油管疲劳试验研究成果，提出了连续油管疲劳试验方法标准的制定立项，并联合中石油江汉机械研究所有限公司、长江大学等行业知名单位共同开展标准制定工作，规范行业疲劳试验方法，进而促进国内连续油管研究发展。2标准制定过程在标准制定过程中，对国外 API 5C8连续油管的维护与检测 进行了参考。3标准主要技术内容解读3.1试验原理试验原理模拟了连续油管在下井过程中发生的低周弯曲疲劳过程，通过对连续油管试样施加内压或无内压，将试样交替地在直模和具有一定弯曲半径的弯模之间，进行反复的弯曲和复位，直至试样发生开裂或泄漏，从而获得疲劳循环次数、管体变化、失效形式及失效位置等信息。3.2试验装置该试验装置所采用的是标准疲劳试验模型，通过改变弯曲模板的的尺寸，来适应不同的连续油管试样。借助弯曲次数和施加的压力，以及反复弯曲和矫直连续油管直到疲劳失效，来获得其疲劳寿命。连续油管疲劳试验机宜包括内压增压装置、液压加载装置、弯模、直模以及数据采集系统，其结构示意图如图 1 所示。试验机的弯模应由直线段、过渡段及测试段组成，其结构如图 2 所示，直线段长度应不小于 254 mm，过渡段长度应为 51 mm，测试段长度应为 559 mm，过渡段应采用曲率渐进的方式使直线段与测试段平滑过渡。弯模和直模应具有 V型槽结构，以固定试样，数据采集系统对试验数据信息进行采纳。数据采集系统中压力传感器的测量精度不应低于 0.2 MPa。图 1连续油管疲劳试验机示意图标准曲率50.8 mm 弧长过渡到标准曲率区弧长 558.8 mm直径端最短 254 mm图 2试验机弯模的结构3.3试样要求规定试样长度宜为（1.50.1）m。试样直度偏差不宜大于 10 mm。按照试验目的，典型的连续油管疲劳试样类型包含以下 4 类，也可根据协议选用其他类型试样。a）a 类试样。以考察纵向焊缝疲劳性能为目的的试样。b）b 类试样。以考察斜焊缝疲劳性能为目的bz2401正文.indd 10bz2401正文.indd 102024/2/26 15:17:342024/2/26 15:17:34标准研究112024,Vol.62,No.1的试样。c）c 类试样。以考察环焊缝疲劳性能为目的的试样。d）d 类试样。以考察管体上所带压坑、划伤、腐蚀坑和其他缺欠对疲劳寿命的影响为目的的试样。在试验前应对试样的两端连接堵头，其中一端堵头用于与内压增压装置连接，另一端用于密封。3.4试验内压及弯模类型选择疲劳试验机弯模尺寸的选取应根据连续油管导向器半径和滚筒筒体半径制作，该标准在制定中参考了 SY/T 6761-2014连续管作业机中关于连续油管直径与导向器半径、滚筒筒体半径对应关系，给出了不同管径试样对应的弯模半径，见表 1。表 1 不同管径试样对应的弯模半径 mm试样外径25.431.838.144.550.860.373.088.9弯模半径1 2201 2201 2201 8301 8302 4382 4382 438试验内压一般情况下一批试验宜选用 5 组内压进行试验，试验内压宜参照以下方式确定：a）压力 1：1 MPa；b）压力 2：内压所引起的环向应力为连续油管最小规定屈服强度的 7%；c）压力 3：内压所引起的环向应力为连续油管最小规定屈服强度的 30%；d）压力 4：内压所引起的环向应力为连续油管最小规定屈服强度的 45%；e）压力 5：内压所引起的环向应力为连续油管最小规定屈服强度的 60%。内压所引起的环向应力的计算参照了 GB/T 20657-2022石油天然气工业 套管、油管、钻杆和用作套管或油管的管线管性能公式及计算，按照公式（1）计算。常见类型的连续油管疲劳试验内压值见表 B.1。h=p(D-2t)/2t （1）式中h内压引起的环向应力，MPa；p内压,MPa；D外径,mm；t壁厚,mm。根据上述计算公式，标准附录中给出了常见类型连续油管的推荐试验压力表，以供快速查询。3.5试验程序在试样安装时，应考虑注意将试样拟考察的位置尽可能放置于压缩或拉伸变形的最大位置处。对于无内压加载条件要求的试验，可在试验时向试样内部注入 0.3 1 MPa 的增压介质，以便于观察试样开裂失效情况。试验循环周期宜设定为 20 30 s，加载速度为匀速加载。试样经历一次弯曲和一次复位计为一个循环周期或一次疲劳试验。3.6试验终止与数据记录在进行试验时，当监测到试验压力急剧下降，试样发生开裂或泄漏时试验终止。试验终止后对 a）疲劳循环的次数；b）泄漏处压缩面最大外径；c）泄漏处中性面最大外径；d）泄漏点位置（压缩面、中性面、拉伸面）；e）泄漏处长度；f）失效位置形貌图像等信息进行记录收集，以便于后期的试验数据分析。4结语本标准通过前期大量的试验研究和经验总结，并参照国外行业相关做法，确定并统一了连续油管疲劳试验方法程序，为我国连续油管产品开发和研究提供了有力的标准依据。本文对标准中的主要内容、制定依据及试验方法进行了详尽的解释和说明，以方便标准的使用和推广。参考文献1 黄鹏儒,王雷,冯雪楠,等.焊接热循环对连续油管焊接 HAZ 组织的影响 J.焊管，2019，（2）：6.2 乔凌云,李鸿斌,符利兵,等.CT110 变壁厚连续管断裂原因及使用寿命分析 J.焊管，2023，（011）：046.3 周兆明，谭金松，张健，等.连续油管疲劳寿命模型与试验机的发展概述 J.石油矿场机械，2020，（06）:06.4 毕宗岳,张晓峰,张万鹏,等.连续油管疲劳试验机设计与疲劳寿命试验 J.理化检验：物理分册，2012，（002）：048.bz2401正文.indd 11bz2401正文.indd 112024/2/26 15:17:342024/2/26 15:17:34