技术摘要：
本发明公开了一种连续油管疲劳寿命预测方法，本发明首先通过疲劳试验测得连续油管内压应变当量指数和缺陷应变集中指数，再根据特定的公式计算获得连续油管当量应变范围，最后由此预测连续油管疲劳寿命；本方法比现有的方法简单，易于掌握。本发明特别提出了损伤缺陷对 全部
背景技术：
连续油管是一种长度几千米、平时缠绕在卷筒上，使用时依靠专门作业机从卷筒 上拉直被下入油井内的钢管，作业完成后又被缠绕回卷筒上。连续油管用于石油钻井、酸 化、压裂、修井、采油、产能改造等等，连续油管作业机被称为万能石油工程作业机。连续油 管要反复经历缠绕和伸直，而弯曲幅度显著超过钢管弯曲屈服强度。因反复承受弯曲塑形 变形，连续油管将会发生应变疲劳。为了安全作业，就需要评估作业过程中连续油管疲劳损 伤，预测疲劳寿命。 连续油管损伤缺陷检测及疲劳寿命试验设备发展很快，例如连续油管椭圆度在线 检测装置 (申请号C N 2 0 1 2 1 0 2 4 1 4 1 4 ) 、半自动连续油管疲劳试验机 (申请号 CN200820028179)、一种连续油管裂纹在线检测设备(申请号CN201811051975)、连续油管在 线检测装置(申请号CN201811591963)、一种连续油管承载能力实验机(CN201810592329)、 一种连续油管多轴复合载荷低周疲劳试验装置(申请号CN200720149736)等，这些设备能够 检测连续油管服役损伤，或在实验室试验连续油管疲劳寿命，但缺乏根据检测获得的缺陷 数据预测连续油管疲劳寿命的专利方法。 现在一直在研究预测连续油管疲劳寿命，并发表了很多论文。基本都是按照 Manson-Coffin疲劳寿命预测模型估算连续油管疲劳寿命。连续油管疲劳属于应变疲劳，相 对于很大的塑性应变，弹性应变对疲劳的影响可以忽略不计，所以，连续油管疲劳公式可以 只考虑塑性应变部分。 只要计算出连续油管应变范围ε，就可以预测出疲劳寿命。导致连续油管疲劳的原 因就是连续油管反复经受弯曲应变，如果不考虑连续油管内部液体压力，那么就能够得到 连续油管承受的应变范围，然而实际上，连续油管内压力显著影响疲劳寿命，内压越大，疲 劳寿命越短，所以如何计算弯曲及内压共同作用时的应变就成了技术关键及难点。可以按 照通用的Mises屈服准则计算出连续油管在轴向、环向、径向三向应力下的连续油管当量 Mises应变，但连续油管实际疲劳载荷是非对称等效应变循环，这就需要采用平均应变对当 量Mises应变进行修正，修正方法就成为难点。自从The University of Tulsa的Teven M.Tipton教授在1996年就提出了一种方法以后，没有新方法出现。Tipton教授提出修正了 的连续油管有效应变εa，eff＝εa(1 ε Sm) ，εa为应变幅，εm为平均应变，S是连续油管的应变指 数。因为不同的材料，平均应变的影响是不同的，所以必须通过不同内压的连续油管疲劳试 验获得S， 式中σh是环向应力，sy为连续油管材料的屈服应力，Q和m为常 数。显然要预测连续油管疲劳寿命，就必须计算有效应变，并通过疲劳实验计算连续油管的 应变指数S及其有关的常数Q和m，重要的是Teven M.Tipton发表的文献没有详细说明连续 4 CN 111595704 A 说 明 书 2/7 页 油管应变指数S的测试与计算方法，这个方法很繁琐，并且很难预测服役损伤缺陷的连续油 管的疲劳寿命。购买的连续油管寿命预测软件没有提供数学模型，而且预测结果误差很大。 有些大学近些年也开展了连续油管疲劳寿命预测研究工作，其当量应变的修正方法声称采 取了Teven M.Tipton方法，只是采取不同的屈服准则计算连续油管当量应变，有的采用有 限元方法计算损伤缺陷的应变集中，但这些方法没有进行现场数据验证。
技术实现要素：
当前连续油管疲劳寿命预测方法复杂、误差大，有的缺乏实际验证。本发明的目的 在于提供一种连续油管疲劳寿命预测方法，预测连续油管疲劳寿命的关键是如何计算内压 与弯曲共同作用时的当量应变，本发明解决了缺乏简单易行的计算内压作用下连续油管应 变的难题，特别是解决了损伤缺陷对连续油管应变影响程度的评估难题。 为了达到上述目的，本发明包括以下步骤： 步骤一，通过疲劳试验测得连续油管内压应变当量指数m和缺陷应变集中指数μ； ]步骤二，根据内压应变当量指数m和缺陷应变集中指数μ，计算连续油管的当量应 变范围εeq； 步骤三，根据当量应变范围εeq预测连续油管疲劳寿命，计算公式为： 其中，Nf是连续油管疲劳寿命，ε′f是疲劳韧性系数，c是疲劳韧性指数。 连续油管内压应变当量指数m的获取方法如下： 根据疲劳试验获得不同内压下的连续油管疲劳寿命Nf，通过公式 计算获得当量应变范围εeq，其中，ε′f是疲劳韧性系数，c是疲劳韧性指数； 根据公式ε meq＝εb (2εf-εb)kp 推算得到内压应变当量指数m，其中，εb是连续油管的 弯曲应变范围，εf是连续油管材料断裂真应变，kp是内压比值。 缺陷应变集中指数μ的获取方法如下： 根据不同内压下含有不同严重程度缺陷连续油管疲劳试验获得疲劳寿命Nf，由 计算获得含缺陷连续油管当量应变范围εeq； 根据公式εeq＝εb,d (2εf-εb,d)k mp 推算获得缺陷集中弯曲应变范围εb,d； 根据公式ε μb,d＝εb (2εf-εb)kd 推算得到缺陷应变集中指数μ，其中，kd为连续管缺 陷比值。 连续油管当量应变范围εeq计算方法如下： εeq＝εb εp＝εb (2εf-εb)k mp 其中，εeq是连续油管的当量应变范围，εb是连续油管的弯曲应变范围，εp是作业内 压引起的连续油管应变范围增量；εf是连续油管材料断裂真应变，kp是内压比值，m是内压应 变当量指数。 当连续油管表面形成缺陷时，当量应变范围εeq计算公式中的弯曲应变范围εb采用 缺陷集中弯曲应变范围εb,d代替，连续油管当量应变范围εeq计算方法变更为： εeq＝εb,d εp＝ε (2ε-ε )k mb,d f b,d p 5 CN 111595704 A 说 明 书 3/7 页 其中，连续管缺陷集中弯曲应变范围εb,d计算方法为 ε μb,d＝εb εd＝εb (2εf-εb)kd 其中，εb是连续油管的弯曲应变范围，εd是缺陷引起的弯曲应变范围增量，kd为连 续管缺陷比值，μ是缺陷应变集中指数。 连续管缺陷比值kd的计算方法如下： 其中， 为缺陷深度hd与连续管壁厚t的比值； 是缺陷在连续管横截面上的投影 面积Ad与连续管横截面积A的比值； 是缺陷深度hd与缺陷在连续管轴向的长度Ld的比值。 连续油管的弯曲应变范围εb通过如下公式得到： 其中，D是连续油管的外径,t是连续油管壁厚,R是连续油管作业时承受的弯曲半 径。 内压比值kp为作业时连续管内部压力p与连续管内压屈服强度ps的比值，表达式 为： 其中，σs是连续油管材料屈服强度，t是连续油管壁厚。 计算含缺陷连续油管内压比值kp时，连续油管壁厚t可以采用缺陷处的有效壁厚td 代替，即 式中，t是连续油管原始壁厚， 是连续油管的缺陷体积比值，即在长度等于1个周 长或多个周长的范围内连续管缺陷体积Vd与连续管原始体积V的比值； 是连续油管的缺 陷深度比值,即缺陷深度hd与连续管原始壁厚t的比值； 是连续油管的缺陷宽度比值，即 缺陷在连续管周向的宽度Bd与连续管周长πD的比值； 是连续油管的缺陷长度比值，即在 长度等于1个周长或多个周长的范围内，缺陷在连续油管轴向的长度Ld与连续管周长πD的 6 CN 111595704 A 说 明 书 4/7 页 比值。 与现有技术相比，本发明首先通过疲劳试验测得连续油管内压应变当量指数和缺 陷应变集中指数，再根据特定的连续油管疲劳寿命计算预测公式预测连续油管疲劳寿命； 本方法比现有的方法简单，易于掌握。本发明特别提出了损伤缺陷对连续油管应变影响程 度的计算方法，该方法简单，应用方便。本发明提出了在内压作用下含缺陷连续油管当量应 变的计算方法，解决了计算预测连续油管疲劳寿命的关键难点。
本发明公开了一种连续油管疲劳寿命预测方法，本发明首先通过疲劳试验测得连续油管内压应变当量指数和缺陷应变集中指数，再根据特定的公式计算获得连续油管当量应变范围，最后由此预测连续油管疲劳寿命；本方法比现有的方法简单，易于掌握。本发明特别提出了损伤缺陷对 全部
背景技术：
连续油管是一种长度几千米、平时缠绕在卷筒上，使用时依靠专门作业机从卷筒 上拉直被下入油井内的钢管，作业完成后又被缠绕回卷筒上。连续油管用于石油钻井、酸 化、压裂、修井、采油、产能改造等等，连续油管作业机被称为万能石油工程作业机。连续油 管要反复经历缠绕和伸直，而弯曲幅度显著超过钢管弯曲屈服强度。因反复承受弯曲塑形 变形，连续油管将会发生应变疲劳。为了安全作业，就需要评估作业过程中连续油管疲劳损 伤，预测疲劳寿命。 连续油管损伤缺陷检测及疲劳寿命试验设备发展很快，例如连续油管椭圆度在线 检测装置 (申请号C N 2 0 1 2 1 0 2 4 1 4 1 4 ) 、半自动连续油管疲劳试验机 (申请号 CN200820028179)、一种连续油管裂纹在线检测设备(申请号CN201811051975)、连续油管在 线检测装置(申请号CN201811591963)、一种连续油管承载能力实验机(CN201810592329)、 一种连续油管多轴复合载荷低周疲劳试验装置(申请号CN200720149736)等，这些设备能够 检测连续油管服役损伤，或在实验室试验连续油管疲劳寿命，但缺乏根据检测获得的缺陷 数据预测连续油管疲劳寿命的专利方法。 现在一直在研究预测连续油管疲劳寿命，并发表了很多论文。基本都是按照 Manson-Coffin疲劳寿命预测模型估算连续油管疲劳寿命。连续油管疲劳属于应变疲劳，相 对于很大的塑性应变，弹性应变对疲劳的影响可以忽略不计，所以，连续油管疲劳公式可以 只考虑塑性应变部分。 只要计算出连续油管应变范围ε，就可以预测出疲劳寿命。导致连续油管疲劳的原 因就是连续油管反复经受弯曲应变，如果不考虑连续油管内部液体压力，那么就能够得到 连续油管承受的应变范围，然而实际上，连续油管内压力显著影响疲劳寿命，内压越大，疲 劳寿命越短，所以如何计算弯曲及内压共同作用时的应变就成了技术关键及难点。可以按 照通用的Mises屈服准则计算出连续油管在轴向、环向、径向三向应力下的连续油管当量 Mises应变，但连续油管实际疲劳载荷是非对称等效应变循环，这就需要采用平均应变对当 量Mises应变进行修正，修正方法就成为难点。自从The University of Tulsa的Teven M.Tipton教授在1996年就提出了一种方法以后，没有新方法出现。Tipton教授提出修正了 的连续油管有效应变εa，eff＝εa(1 ε Sm) ，εa为应变幅，εm为平均应变，S是连续油管的应变指 数。因为不同的材料，平均应变的影响是不同的，所以必须通过不同内压的连续油管疲劳试 验获得S， 式中σh是环向应力，sy为连续油管材料的屈服应力，Q和m为常 数。显然要预测连续油管疲劳寿命，就必须计算有效应变，并通过疲劳实验计算连续油管的 应变指数S及其有关的常数Q和m，重要的是Teven M.Tipton发表的文献没有详细说明连续 4 CN 111595704 A 说 明 书 2/7 页 油管应变指数S的测试与计算方法，这个方法很繁琐，并且很难预测服役损伤缺陷的连续油 管的疲劳寿命。购买的连续油管寿命预测软件没有提供数学模型，而且预测结果误差很大。 有些大学近些年也开展了连续油管疲劳寿命预测研究工作，其当量应变的修正方法声称采 取了Teven M.Tipton方法，只是采取不同的屈服准则计算连续油管当量应变，有的采用有 限元方法计算损伤缺陷的应变集中，但这些方法没有进行现场数据验证。
技术实现要素：
当前连续油管疲劳寿命预测方法复杂、误差大，有的缺乏实际验证。本发明的目的 在于提供一种连续油管疲劳寿命预测方法，预测连续油管疲劳寿命的关键是如何计算内压 与弯曲共同作用时的当量应变，本发明解决了缺乏简单易行的计算内压作用下连续油管应 变的难题，特别是解决了损伤缺陷对连续油管应变影响程度的评估难题。 为了达到上述目的，本发明包括以下步骤： 步骤一，通过疲劳试验测得连续油管内压应变当量指数m和缺陷应变集中指数μ； ]步骤二，根据内压应变当量指数m和缺陷应变集中指数μ，计算连续油管的当量应 变范围εeq； 步骤三，根据当量应变范围εeq预测连续油管疲劳寿命，计算公式为： 其中，Nf是连续油管疲劳寿命，ε′f是疲劳韧性系数，c是疲劳韧性指数。 连续油管内压应变当量指数m的获取方法如下： 根据疲劳试验获得不同内压下的连续油管疲劳寿命Nf，通过公式 计算获得当量应变范围εeq，其中，ε′f是疲劳韧性系数，c是疲劳韧性指数； 根据公式ε meq＝εb (2εf-εb)kp 推算得到内压应变当量指数m，其中，εb是连续油管的 弯曲应变范围，εf是连续油管材料断裂真应变，kp是内压比值。 缺陷应变集中指数μ的获取方法如下： 根据不同内压下含有不同严重程度缺陷连续油管疲劳试验获得疲劳寿命Nf，由 计算获得含缺陷连续油管当量应变范围εeq； 根据公式εeq＝εb,d (2εf-εb,d)k mp 推算获得缺陷集中弯曲应变范围εb,d； 根据公式ε μb,d＝εb (2εf-εb)kd 推算得到缺陷应变集中指数μ，其中，kd为连续管缺 陷比值。 连续油管当量应变范围εeq计算方法如下： εeq＝εb εp＝εb (2εf-εb)k mp 其中，εeq是连续油管的当量应变范围，εb是连续油管的弯曲应变范围，εp是作业内 压引起的连续油管应变范围增量；εf是连续油管材料断裂真应变，kp是内压比值，m是内压应 变当量指数。 当连续油管表面形成缺陷时，当量应变范围εeq计算公式中的弯曲应变范围εb采用 缺陷集中弯曲应变范围εb,d代替，连续油管当量应变范围εeq计算方法变更为： εeq＝εb,d εp＝ε (2ε-ε )k mb,d f b,d p 5 CN 111595704 A 说 明 书 3/7 页 其中，连续管缺陷集中弯曲应变范围εb,d计算方法为 ε μb,d＝εb εd＝εb (2εf-εb)kd 其中，εb是连续油管的弯曲应变范围，εd是缺陷引起的弯曲应变范围增量，kd为连 续管缺陷比值，μ是缺陷应变集中指数。 连续管缺陷比值kd的计算方法如下： 其中， 为缺陷深度hd与连续管壁厚t的比值； 是缺陷在连续管横截面上的投影 面积Ad与连续管横截面积A的比值； 是缺陷深度hd与缺陷在连续管轴向的长度Ld的比值。 连续油管的弯曲应变范围εb通过如下公式得到： 其中，D是连续油管的外径,t是连续油管壁厚,R是连续油管作业时承受的弯曲半 径。 内压比值kp为作业时连续管内部压力p与连续管内压屈服强度ps的比值，表达式 为： 其中，σs是连续油管材料屈服强度，t是连续油管壁厚。 计算含缺陷连续油管内压比值kp时，连续油管壁厚t可以采用缺陷处的有效壁厚td 代替，即 式中，t是连续油管原始壁厚， 是连续油管的缺陷体积比值，即在长度等于1个周 长或多个周长的范围内连续管缺陷体积Vd与连续管原始体积V的比值； 是连续油管的缺 陷深度比值,即缺陷深度hd与连续管原始壁厚t的比值； 是连续油管的缺陷宽度比值，即 缺陷在连续管周向的宽度Bd与连续管周长πD的比值； 是连续油管的缺陷长度比值，即在 长度等于1个周长或多个周长的范围内，缺陷在连续油管轴向的长度Ld与连续管周长πD的 6 CN 111595704 A 说 明 书 4/7 页 比值。 与现有技术相比，本发明首先通过疲劳试验测得连续油管内压应变当量指数和缺 陷应变集中指数，再根据特定的连续油管疲劳寿命计算预测公式预测连续油管疲劳寿命； 本方法比现有的方法简单，易于掌握。本发明特别提出了损伤缺陷对连续油管应变影响程 度的计算方法，该方法简单，应用方便。本发明提出了在内压作用下含缺陷连续油管当量应 变的计算方法，解决了计算预测连续油管疲劳寿命的关键难点。
