儀忠建，李 進，聶 偉，唐宏寶，賈容銳，楊繼現(xiàn)

渤海鉆探工程有限公司井下作業(yè)分公司，河北 任丘

1.連續(xù)油管失效形式

連續(xù)油管在使用過程中，會受到物理破壞、化學腐蝕等不同形式的損傷，按照連續(xù)油管的損傷方式[1][2]，其失效形式可分為3種類型：① 物理破壞損傷。連續(xù)油管作業(yè)工程中，受到擠壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲、拉伸等力學破壞。在周期性的力學破壞下連續(xù)油管產(chǎn)生疲勞損傷，會在一定程度上減少連續(xù)油管的使用壽命。② 化學腐蝕損傷。連續(xù)油管作業(yè)常常在腐蝕性介質(zhì)環(huán)境中，在高溫高壓的條件下，會增加設(shè)備的腐蝕速率。③ 人為因素損傷。主要指裝備制造安裝失誤、作業(yè)中操作不當?shù)热藶橐蛩卦斐傻倪B續(xù)油管損傷行為。

基于連續(xù)油管的受損程度、受損形式各不相同[3]，可將其分為以下3種類型：① 變形失效。變形失效是指連續(xù)油管作業(yè)過程中產(chǎn)生的塑性變形失效。變形失效的主要表現(xiàn)形式為油管鼓脹和截面扁平等。連續(xù)油管的塑性變形可能會使油管產(chǎn)生塑性疲勞損傷。② 表面損傷失效。有表面腐蝕損傷與表面接觸損傷2種失效形式。表現(xiàn)形式有局部穿孔、壓痕、摩痕以及凹陷等[4]。③ 斷裂失效。斷裂失效是連續(xù)油管最為普遍的失效形式，包括過載斷裂、應(yīng)力斷裂和疲勞斷裂。

2.連續(xù)油管壽命預測方法

針對連續(xù)油管較為成熟的疲勞壽命預測理論有：Miner線性累積理論、應(yīng)力及應(yīng)變準則和3參數(shù)冪函數(shù)能量法?；诂F(xiàn)場應(yīng)用與試驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的經(jīng)驗公式法也較為常見。

1)基于Miner線性累積損傷理論的疲勞壽命預測方法

該預測方法主要適用于多軸高周疲勞問題，基于線性Miner疲勞法則，構(gòu)建壽命預測模型，其計算關(guān)系式如下[5]：

式中：N是連續(xù)油管基于疲勞累積損傷理論下的計算壽命，次；NM為連續(xù)油管可靠度是0.5時所對應(yīng)的壽命，次；σM為可靠度是0.5時對應(yīng)的應(yīng)力，MPa；σr、σg分別為卷筒與導向架彎曲導致的連續(xù)油管的等效應(yīng)力，MPa。

2)以應(yīng)變?yōu)閰?shù)的疲勞壽命預測模型

該預測模型一般應(yīng)用于完整連續(xù)油管的低周疲勞壽命研究，主要是根據(jù)等效塑性應(yīng)變原理進行計算，對于存在損傷的連續(xù)油管預測效果會降低。

基于等效應(yīng)變理論[6]，在徑向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力耦合作用下連續(xù)油管的等效塑性應(yīng)變關(guān)系式為：

連續(xù)油管在徑向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力耦合作用下的疲勞壽命計算公式為：

式中：εhp、εrp分別為連續(xù)油管在內(nèi)壓p作用下的徑向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力，MPa；α為材料的塑性指數(shù)，1；N為連續(xù)油管的計算壽命，次。

3)3參數(shù)冪函數(shù)能量法連續(xù)油管壽命預測模型

連續(xù)油管疲勞壽命預測中常常采用能量法，3參數(shù)冪函數(shù)能量法能夠兼顧考慮連續(xù)油管缺陷因素對疲勞壽命的影響(Manson-Coffins方程、冪指函數(shù)模型等能量法都忽略連續(xù)油管缺陷的影響)，結(jié)合3參數(shù)冪函數(shù)能夠綜合考慮內(nèi)壓以及初始狀態(tài)對連續(xù)油管疲勞壽命的影響。

4)疲勞壽命經(jīng)驗公式方法由于在一定程度上忽略了各種因素對壽命的影響，其預測效果具有一定的局限型，但對于環(huán)境工況等外部因素相似的連續(xù)油管作業(yè)，其預測依然具有實用價值，可與理論壽命計算方法進行對比驗證，為理論研究提供依據(jù)。

3.連續(xù)油管壽命預測方法發(fā)展趨勢

1)基于現(xiàn)有的疲勞壽命預測方法進行改進

基于現(xiàn)有的疲勞壽命預測方法進行改進主要從考慮因素多樣化、不確定參數(shù)精確化以及適用范圍全面化等角度進行深入研究。實際作業(yè)中，影響連續(xù)油管壽命的因素很多，影響程度也各不相同，且存在不同因素之間相互影響或組合作用的情況，多因素考慮意味著其壽命預測方法具有更加廣泛的適用性和更加準確的預測效果；不確定參數(shù)精確化應(yīng)用在基礎(chǔ)預測模型建立完成后的修正過程。實際應(yīng)用時，很難出現(xiàn)兩個完全相同的工作環(huán)境，參數(shù)的選取會影響預測效果，不確定參數(shù)精確化不是提高數(shù)值精度，而是結(jié)合參數(shù)的具體影響程度、參數(shù)選取的范圍來確定參數(shù)；適用范圍全面化需要脫離單個預測模型的局限性，能夠適用于盡可能多的情況(如對含缺陷連續(xù)油管的壽命預測等)。

2)基于計算機仿真技術(shù)進行分析

計算機應(yīng)用能夠?qū)唧w的連續(xù)油管模型進行仿真分析，計算機仿真技術(shù)具有分析精確、計算全面的特點[7][8]。如何建立出能夠反映現(xiàn)場實際的連續(xù)油管分析模型是該技術(shù)的難點，目前主要是基于計算機的有限元分析建立壽命預測簡化模型[9]。

3)基于現(xiàn)代優(yōu)化算法的進行預測模型建立

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模擬退火算法、模糊算法等現(xiàn)代優(yōu)化算法技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于連續(xù)油管的壽命預測中，最優(yōu)化理論能夠大幅提升壽命預測效果。

4.結(jié)語

連續(xù)油管在高溫高壓、高腐蝕性的環(huán)境下工作，極易出現(xiàn)失效狀況。幾種常規(guī)的連續(xù)油管疲勞壽命分析模型可以在一定情況下預測連續(xù)油管的疲勞壽命，但這些預測方法往往不能夠滿足實際工作需求(如含缺陷連續(xù)油管的疲勞壽命預測等)。目前國內(nèi)對于連續(xù)油管疲勞壽命的分析計算處于基于試驗法的數(shù)據(jù)積累階段，對于復雜狀況的壽命預測研究還亟待深入。