Совершенствование методов оценки остаточного ресурса гибких труб колтюбинговых установок тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат наук Ильиных, Виталий Николаевич

• Ильиных, Виталий Николаевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Ильиных, Виталий Николаевич

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 .Колтюбинговые технологии и проблемы эксплуатации гибких

труб

1.2. Математические модели, используемые для описания данных

усталостных испытаний

1.3.Задачи исследования

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ ИЗ ГИБКОЙ ТРУБЫ И ПОСТРОЕНИЕ ТАРИРОВОЧНЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ

2.1. Описание конструкции установки для испытаний образцов из гибкой трубы на усталостную прочность

2.2. Расчет напряжений при консольном изгибе образца, изготовленного из гибкой трубы

2.3. Построение тарировочных зависимостей для стенда усталостных испытаний образцов из гибкой трубы

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ОБРАЗЦОВ ИЗ ГИБКОЙ ТРУБЫ

3.1. Определение механических характеристик материала гибкой трубы на основе растяжения образцов прямоугольной формы

3.2. Оценка прочностных характеристик материала гибкой трубы

путем растяжения ее образцов

ГЛАВА 4. ОЦЕНКА УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ ОБРАЗЦОВ

ИЗ ГИБКОЙ ТРУБЫ И РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ

ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

4.1. Изготовление образцов и результаты их испытаний на долго- 76 вечность в условиях консольного изгиба

4.2. Методика обработки данных малоцикловых испытаний образцов на выносливость на основе развития кинетической теории

усталости

ГЛАВА 5. РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДИКИ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ ИЗ ГИБКОЙ ТРУБЫ

5.1. Результаты построения кривой малоцикловой усталости на основе испытаний образцов из новой гибкой трубы

5.2. Обработка данных усталостных испытаний изношенных гибких труб

5.3. Разработка методики определения кривых усталости с различной величиной поврежденности и ее реализация

5.4. Методика оценки остаточного ресурса гибких труб с заданной вероятностью неразрушения с учетом истории их нагружения в

эксплуатации

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование методов оценки остаточного ресурса гибких труб колтюбинговых установок»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В настоящее время человечество потребляет все большее количество таких ресурсов как нефть, газ и газоконденсат. Повышение добычи этих ресурсов реализуется увеличением глубины скважин, использованием более сложной их структуры. Это приводит к необходимости разработки и применения новых технологий бурения, за-канчивания и освоения скважин. Одним из наиболее перспективных направлений развития нефтегазового оборудования является использование колонны гибких непрерывных металлических труб (колтюбинг). Данная технология применяется как при строительстве скважины, так и при проведении различного рода технологических операций при ремонтных работах на скважинах. Основное преимущество, которое позволяет колтюбингу занимать все большую долю нефтегазосервисного рынка, - это его адаптивность и возможность использования в сложных условиях, когда применение традиционных технологий малоэффективно.

Гибкая труба, с одной стороны, является основой всего комплекса колтюбинга, а с другой, - наиболее критичным его элементом, потеря работоспособности которого ведет к значительным экономическим и производственным затратам. В процессе эксплуатации труба нагружается внутренним давлением, изнашивается, циклически изгибается, накапливая усталостные повреждения. Для обеспечения безопасной и надежной эксплуатации подвески колтюбинга необходимо перед каждой технологической операцией с заданной величиной риска количественно оценивать число циклов, выдерживаемого трубой, с учетом истории ее нагружения за весь период эксплуатации. Для решения этой задачи необходимо знать закономерности изменения прочностных характеристик материала трубы в зависимости от числа циклов деформирования. Подобные данные в настоящее время для материала гибких труб отсутствуют.

Целью исследований является прогнозирование остаточного ресурса труб (числа циклов изгиба с заданной вероятностью неразрушения) с учетом накопленных усталостных повреждений трубы из стали НБ80 за весь предыдущий период эксплуатации.

В соответствии с поставленной целью объектом исследований в работе являются накопление усталостных повреждений в гибких трубах, изготовленных из стали Н8 80, а предметом исследований - методы прогнозирования остаточного ресурса гибких труб на основе экспериментальных данных, полученных в процессе малоцикловых испытаний образцов на долговечность.

Для достижения указанной цели в работе были поставлены следующие задачи:

1. На основе кинетической теории механической усталости для малоцикловой области деформирования материала гибких труб построить математическую модель, позволяющую за каждый цикл нагружения рассчитать усталостные повреждения и с учетом фактических законов распределения числа циклов деформирования до разрушения определить границы доверительных интервалов для числа циклов деформирования с заданной вероятностью неразрушения материала.

2. Путем проведения комплекса экспериментальных исследований по определению прочностных характеристик стали Ш80 и ее усталостных свойств на образцах, изготовленных из трубы не находившейся в эксплуатации, трубы с 50% и 100% выработанным по износу ресурсом (соответственно Ту =0%, Ту =50%, Ту =100%) установить значения физических параметров математической модели. Для исследования усталостных свойств стали спроектировать и изготовить установку для проведения малоцикловых усталостных испытаний образцов.

3. На основе данных испытаний труб на долговечность разработать алгоритмы расчета параметров математической модели и реализовать их в программном обеспечении.

4. Разработать методику оценки остаточного ресурса гибкой трубы по числу циклов изгиба (спуско-подъемных операций) с заданной вероятностью неразрушения с учетом истории ее нагружения в эксплуатации.

Научная новизна

1. Экспериментальными исследованиями растяжения до разрушения гибких труб (Ту =0%, Ту - 50%,Ту =100%), образцов из этих труб, установлено, что для исследуемой стали (Н8 80) площадка текучести на диаграммах растяжения отсутствует, что исключает возможность оценки повреждений материала путем учета накопленных пластических деформаций.

2.На базе кинетической теории механической усталости построена математическая модель кривой малоцикловой усталости, включающая параметр, отражающий процесс накопления повреждений при циклическом деформирования материала.

3. Обоснована возможность определения поврежденности материала гибкой трубы на основе экспериментальных данных по разрушению образцов.

4.Для расчета чисел циклов деформирования трубы с заданной вероятностью неразрушения предложены оригинальные алгоритмы и численные процедуры, основанные на определении реальных законов распределения чисел циклов до разрушения образцов при фиксированных уровнях напряжений.

Теоретическая и практическая значимость. Основные научные результаты диссертационной работы положены в основу разработанного программного обеспечения, которое может быть использовано в проектных и научно-исследовательских организациях, занимающихся исследованием усталостной прочности деталей, подвергающихся в условиях эксплуатации малоцикловому деформированию. Применение научных ре-

зультатов диссертации позволяет с требуемой вероятностью неразрушения определять остаточный ресурс деталей с учетом истории их нагружения до этапа прогнозирования. Установка, созданная для проведения малоцикловых усталостных испытаний образцов в условиях жесткого режима, используется в ТюмГНГУ для научных и учебных исследований. Полученные данные (с расчетом границ доверительных интервалов) предела прочности стали Ш 80 (для гибкой трубы с Ту =0%, Ту = 50%, Ту =100%) могут быть использованы при выполнении прочностных расчетов гибких труб.

Методология и методы исследования. Методологической и теоретической основой диссертации является кинетическая теория усталости. При проведении исследований применены общенаучные подходы (формализованный, системный) и методы научного познания (эксперимент, обработка данных статистическими методами, сравнение, математическое моделирование).

Положения, выносимые на защиту

- Результаты статических и усталостных испытаний материала (сталь Ж 80 ) гибких труб с Ту = 0%, Ту = 50%,Ту =100%.

- Математическая модель кривой малоцикловой усталости гибких труб из стали Ш 80, учитывающая повреждаемость материала при заданном уровне напряжений за конечное число циклов деформирования.

- Процедуры и алгоритмы расчета границ доверительных интервалов кривой малоцикловой усталости, учитывающие законы распределения случайных величин (напряжений, числа циклов до разрушения), восстановленные методами непараметрической статистики.

- Методика оценки по усталостной прочности остаточного ресурса гибких труб (с заданной вероятностью неразрушения), учитывающая накопленные повреждения за предшествующий период эксплуатации трубы.

Степень достоверности и апробации результатов. Достоверность полученных данных обеспечивалась проведением работ по растяжению

образцов до разрушения в сертифицированной испытательно-диагностической лаборатории ООО «ЯмалСервисЦентр» на поверенном оборудовании, согласованием величины предела прочности (по средним значениям) с данными приводимыми в справочной литературе, применением апробированных методик измерения и обработки экспериментальных данных, статистическим анализом точности измерений, сходимостью результатов расчета кривых малоцикловой усталости с определенной величиной поврежденности материала с кривыми усталости, полученными непосредственной обработкой данных испытаний образцов из гибких труб с Ту = 0%, Ту = 50% , Ту = 100% .

Результаты исследований были доложены и обсуждены на V Всероссийской научно-практической конференции Западно-Сибирского общества молодых инженеров нефтяников при ТюмГНГУ «Современные технологии для ТЭК Западной Сибири» (г.Тюмень, 2011); XI международной научно-технической конференции «Чтения памяти В.Р. Кубачека» Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности (г. Екатеринбург, 2013); Международной научно-практической конференции «Фундаментальная наука и технологии - перспективные разработки» (г. Москва, 2013); XXXIII Всероссийской конференции по проблемам науки и технологий (г. Миасс, 2013); Международной научно-технической конференции «Нефть и газ Западной Сибири», посвященной 50-ю Тюменского индустриального института (г.Тюмень, 2013). Диссертационная работа в целом была доложена и обсуждена на кафедре «Машины и оборудование нефтяной и газовой промышленности» ТюмГНГУ (г.Тюмень, 2013).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 11 научных работах, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Опубликованные материалы охватывают все научные результаты, полученные во время работы над диссертацией.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка литературы из 95 источников. Содержание работы изложено на 142 страницах машинописного текста. Диссертация содержит 16 таблиц, иллюстрирована 57 рисунками.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1 .Колтюбинговые технологии и проблемы эксплуатации гибких труб

Большинство нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений Западной Сибири находятся в настоящее время на заключительной стадии разработки, которая характеризуется не только снижением дебита скважин, но и целым рядом негативных процессов, требующих реализации специальных технологий поддержания надежного технического состояния скважин [7, 9]. Одним из перспективнейших направлений при бурении, за-канчивании, освоении, эксплуатации, ремонте нефтяных и газовых скважин и интенсификации притока является применение колтюбинговых технологий с использованием колонны гибких труб [7, 8, 9, 23, 24, 25, 26]. Преимущества колтюбинговых технологий, которые сегодня переживают период бурного развития, - их адаптивность и возможность использования в сложных условиях, когда применение традиционных технологий малоэффективно, позволяют колтюбингу занимать все большую долю нефтега-зосервисного рынка [22, 94]. Кроме того, колтюбинговые технологии являются природоохранными, достоинство которых, - уменьшение количества отходов, снижение вероятности аварийных ситуаций и нефтяных разливов, сокращение времени выполнения работ и операций, что обеспечивает большой экономический эффект. Гибкие трубы, первоначально использовавшиеся для выполнения промысловых операций на суше, сегодня успешно применяют на шельфе и на море, где экономические и экологические факторы имеют первостепенное значение [23, 25].

Накопленный опыт реализации технологий с использованием гибких труб свидетельствует [7, 9, 24, 25]:

• сокращается время проведения спуско-подъемных операций;

• отпадает необходимость операций глушения скважин;

• уменьшается период подготовительных и заключительных операций при развертывании и свертывании агрегата;

• соединения, через которые возможны утечки нефти, отсутствуют;

• уменьшается загрязнение продуктивного пласта;

• возможность выполнения различных технологических операций в горизонтальных скважинах;

• повышается безопасность проведения технологических операций;

• исключается загрязнение окружающей среды технологической и пластовой жидкостями.

В настоящее время область применения гибких труб интенсивно расширяется. Они могут применяться при проведении каротажных работ, спуске в скважины инструментов, замене лифтовых колонн, заканчивании и перебуривании стволов скважин, установке гравийных фильтров, установке и снятии гидравлических пакеров без вращения труб и приложения осевой нагрузки, механизированной эксплуатации скважин и многих других [8, 23, 24, 25, 26, 45, 46]

Принципиальным отличием гибких труб от насосно-компрессорных является не только их длина (до 5000 м), но и условия деформирования гибких труб при выполнении технологических операций. При этом в комплексе оборудования колтюбинга гибкая труба является наиболее критичным элементом, подверженным механическому износу, работающему под давлением, испытывающему воздействие конечного числа циклических нагрузок в течение каждой спуско-подъемной операции.

В настоящее время, несмотря на большой объем накопленной информации о работе гибких труб, теория, объясняющая механизм их разрушения в процессе эксплуатации, отсутствует [9]. Наличие подобной теории необходимо для оценки с заданной вероятностью неразрушения долговечности гибких труб и возможностей прогнозирования их остаточного ресурса в промысловых условиях.

При нормальной работе гибких труб, отсутствии заводского брака и нештатных ситуаций при эксплуатации, их долговечность определяется количеством циклов спуска-подъема до потери герметичности. К параметрам режима работы гибких труб относятся [7, 9] минимальный диаметр барабана или направляющих, на которых происходит изгиб труб, давление технологической жидкости в трубе, ее диаметр и толщина стенки, а также максимальная глубина спуска гибких труб. Несмотря на то, что описание, регистрация и анализ перечисленных факторов уже представляет собой сложную задачу, для прогнозирования срока службы трубы в конкретных условиях необходимо иметь методики расчета ее долговечности.

Для количественной оценки числа циклов, выдерживаемых гибкой трубой при ее деформировании и действии внутреннего давления, необходимо знать закономерности изменения прочностных и усталостных характеристик материала в зависимости от числа циклов нагружения. Наличие таких зависимостей в практических расчетах позволит оценить максимальное давление жидкости, которое можно реализовать в процессе конкретной технологической операции.

Для обеспечения безопасной и надежной эксплуатации каждой подвески колтюбинга, минимизации рисков, связанных с износом трубы, вызванными как механическими и производственным факторами, так и факторами, связанными с изменением свойств материала гибкой трубы вследствие его циклического деформирования, необходим мониторинг накопления усталостных повреждений гибкой трубы.

Несмотря на то, что гибкие трубы применяются в производственной практике нефтегазового комплекса свыше 40 лет, данные по усталостным характеристикам материала труб в отечественной технической литературе не обнаружены, не говоря уже о методиках, позволяющих осуществлять мониторинг усталостной прочности индивидуально для каждой подвески колтюбинговой трубы. Известно, что определение данных по усталостной

прочности материала, даже для зоны малоцикловой усталости, в которой работают гибкие трубы, представляет собой достаточно длительный и трудоемкий процесс, требующий использования специализированного оборудования. Именно отсутствием данных усталостных испытаний материала гибких труб объясняется тот факт, что при оценке работоспособности труб ограничиваются лишь прочностным их расчетом [7, 9], не позволяющим прогнозировать остаточный ресурс труб и оценить риск выполнения конкретной технологической операции.

Следует отметить еще одно обстоятельство. В практике исследования работоспособности различных изделий для определения их реальной нагруженности и долговечности используются различные экспериментальные методы измерения напряжений и усталостных повреждений, возникающих при эксплуатации деталей [5, 6, 13, 72, 73, 90]. Однако применение этих методов для оценки прочностной надежности и усталостной прочности гибких труб, по целому ряду объективных причин, связанных с особенностями процесса реализации колтюбинговых операций, невозможно.

За рубежом в последние годы проблеме контроля обеспечения безопасной и надежной эксплуатации подвески колтюбинга уделяется особое внимание. В компании ООО «Трайкан Велл Сервис» [95] разработаны принципы контроля эксплуатации и обслуживания подвесок колтюбинга. С учетом изменения свойств материала гибкой трубы в процессе циклического деформирования разработаны методики определения безопасного ресурса гибких труб, реализованные в программе онлай-анализа их текущего состояния. Однако ни данные об усталостных характеристиках материала гибких труб, математических моделях, используемых при анализе технического состояния гибких труб, компания не раскрывает.

Вышеизложенное свидетельствует, что получение данных об усталостных свойствах материала гибких труб, разработка математических моде-

лей, позволяющих фиксировать накопление усталостных повреждений материала в трубе за конечное число циклов ее деформирования при заданной величине действующего напряжения, являются актуальными задачами, обеспечивающими реализацию мониторинга усталостной прочности гибких труб в эксплуатации и оценку их остаточного ресурса при принятом риске разрушения труб.

1.2.Математические модели, используемые для описания данных

усталостных испытаний

Как свидетельствуют результаты многочисленных экспериментальных исследований [3, 4, 6, 12,] оценить прочность деталей, подвергающихся в процессе эксплуатации циклическому воздействию нагрузок, на основе знания лишь механических свойств используемого материала, - предела пропорциональности (сгпч), предела упругости (сгД предела текучести

(су у), предела прочности (<тв ), полученных в результате растяжения образцов, возможным не представляется. Для количественной оценки процесса повреждений, накапливающихся в деталях при циклическом деформировании строятся диаграммы механической усталости, называемые кривыми усталости или кривыми Велера [4, 10, 16, 27, 28, 37, 59, 68, 85, 86].

Обратимся к рис. 1.1, в правой части которого в плоскости параметров \gN-a представлена типичная для сталей диаграмма механической усталости. На рис. 1.1 обозначено: I- область малоцикловой усталости (N<105); II- зона упругой усталости; III-область локальных повреждений; А - кривая локального повреждения; В- кривая усталости, характеризующая предельные повреждения; аг - предел выносливости при коэффициенте асимметрии цикла г; сггГ- циклический предел текучести (ниже его

уровня отсутствуют следы пластической деформации даже после нескольких миллионов циклов нагружения).

Предположим, что в процессе эксплуатации в наиболее опасном сечении детали в каждом цикле ее деформирования возникают напряжения с амплитудой ст. Если cr<<jrT, то данное циклическое деформирование не

приводит к возникновению пластических деформаций даже в локальных объемах материала детали. В том случае, когда напряжение находится в диапазоне <тгТ < а < <тг (область III на рис. 1.1), в процессе циклического

деформирования детали в ее материале возникают локальные пластические деформации приводящие к образованию микротрещин, которые по мере циклического деформирования не развиваются до макротрещин, по крайней мере, до базового числа циклов нагружения, обычно имеющего величину (при изгибе) N0 «107.

Рис. 1.1 - Типичная для сталей диаграмма механической усталости

Область II на рис. 1.1 соответствует изменению напряжений в диапазоне сгг <сг < <гт, она характеризуется активацией процесса появления

локальных пластических деформаций, вызывающих повреждение отдельных объемов материала детали. После перехода границы локального повреждения (кривой А на рис. 1.1) возникающие микротрещины свое развитие не прекращают, при этом, по мере приближения ст к ат, количество

локальных объемов, имеющих повреждения, увеличивается. Особенность данной области изменения напряжений заключается в том, что под действием внешних нагрузок деталь в целом деформируется упруго, поскольку ее материал работает при напряжениях, не превышающих величину предела пропорциональности (<тлч), предела упругости (сгД - диаграмма растяжения материала, представленная в левой части рис. 1.1. Тем не менее, в этой области, - зоне упругой усталости, часть микротрещин продолжает развиваться и достигает величин макротрещин, вызывающих усталостное разрушение детали. Границей рассматриваемой области является кривая Велера (кривая усталости), - кривая В на рис. 1.1.

Рассмотренный механизм разрушения для области II обычно реализуется в диапазоне изменения чисел циклов деформирования от 105 до 107

i

и соответствует области многоцикловой усталости [2, 14, 35, 36, 41, 47, 60, 63,69, 85,91,92, 93].

В области / на рис. 1.1 напряжения изменяются в интервале ат < а < <7В. Здесь при циклическом деформировании детали резко увеличивается не только количество пластических деформаций и поврежденных локальных объемов детали, но и число возникающих макротрещин, сливающихся друг с другом и вызывающих разрушение детали за сравнительно небольшое число циклов нагружения (N <\05). Это область малоцикловой усталости [15, 28, 40, 42, 44, 58,61, 62, 89]. По мере приближения уровня действующих напряжений к пределу прочности число циклов деформирования детали до разрушения уменьшается, достигая, в предельном случае при а = ав, величины одного цикла. В области малоцикловой усталости период активации процессов пластической деформации и повреждения локальных объемов материала детали практически отсутствует [15, 58,

ч

61, 62].

Анализируя представленную на рис. 1.1 типичную для сталей кривую усталости, соответствующую величине предельных повреждений в

плоскости параметров \gN-cг, нетрудно видеть, что она имеет два резко выраженных перегиба. Один перегиб кривой усталости находится в области предела выносливости аг, в которой по мере снижения уровня напряжений стремится к нулю число развивающихся микротрещин. Второй перегиб находится в области предела прочности ав, приближение напряжения к которому характеризуется в процессе циклического деформирования детали катастрофическим ростом числа развивающихся микротрещин.

Для описания кривой малоцикловой усталости к настоящему времени разработаны и используются различные математические модели [16, 33, 40, 42, 43, 44, 58, 61, 66, 68]. Условно их можно разделить на три группы. В рамках первой группы описание экспериментальных данных разрушения образцов в области малоцикловой усталости осуществляется с использова-

нием традиционных линейных регрессионных моделей с расчетом методами статистики границ доверительных интервалов из предположения о распределении случайной величины где ТУ- число циклов до разрушения, по нормальному закону [16, 33, 41, 58, 61]. Кривая малоцикловой усталости представляется в виде двух прямых (рис. 1.2):

где Ат, Вт -коэффициенты, определяемые на основе метода наименьших квадратов, Ит- число циклов, соответствующее верхней точке перегиба кривой усталости.

Важно подчеркнуть, что выражение (1.1) какого-либо физического наполнения не имеет, это лишь аппроксимация данных эксперимента ста-

(1.1)

тистическими методами [88].

а

Оь

0=Ат1дН+Вт

о

1дНт

1дИ

Рис. 1.2 - Описание кривой малоцикловой усталости на основе линейной

регрессионной модели

Другая группа методов описания кривой малоцикловой усталости [3, 4, 37, 40, 44, 85, 86] базируется на обработке совокупности значений е,

и N., / = 1 ,п, где £1 - фиксируемый в процессе испытания образцов на усталость размах деформаций (жесткий режим нагружения). Кривая строится в координатах ^Дг-^Л^, где Дг- размах циклических деформаций. Примерный вид кривой показан на рисЛ.За. В ряде методик прочностного расчета данная кривая является основой получения оценок циклической прочности деталей.

Решение данной задачи заключается в следующем. Расчетным путем в опасном месте исследуемой детали определяют размах деформаций Ае и по кривой усталости А В (рис. 1.3) устанавливают соответствующее разрушающее число циклов Ыр.

Рис. 1.3 - К описанию кривой малоцикловой усталости в форме, предложенной Коффиным и Мэнсоном [40, 44]

Для расчета допускаемого числа циклов [/V] используют зависимость

вида:

М=А> (1.2)

к]

где [$„]- нормативный коэффициент запаса по долговечности.

Из выше представленного анализа диаграммы механической усталости следует, что за разрушение материала деталей в области малоцикловой усталости ответственными, главным образом, являются пластические деформации. Данное обстоятельство послужило основой модификации изложенного подхода к описанию кривой малоцикловой усталости, заключающейся [58, 61] в использовании зависимости разрушающего числа циклов от размаха пластической деформации Аер (рис. 1.3 б). Для получения

значений Аер, в ходе малоцикловых испытаний образцов записывают ре-

альную петлю гистерезиса от цикла к циклу. Как показывает практика экспериментальных исследований, форма и размеры петель гистерезиса достаточно быстро стабилизируются и их можно считать величинами постоянными для всего процесса деформирования образца [58, 61]. Часто получаемая при этом кривая малоцикловой усталости в плоскости параметров \gN-\gkEp представляет собой прямую линию и аппроксимируется зависимостью, предложенной Коффиным и Мэнсоном [40, 44]:

1ёД*р=1ё£>--Ц^, (1.3)

А

неизвестные коэффициенты которой И и К рассчитываются с использованием методов линейного регрессионного анализа и математической статистики на основе совокупности значений Ае , Ы,, / = 1 ,п.

Элементарными преобразованиями зависимость (1.3) приводится к

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ильиных, Виталий Николаевич, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Алгоритмы и программы восстановления зависимостей / Под ред. В.Н.Вапника. - М.: Наука, 1984. - 816 с.

2 Александров A.B. Сопротивление материалов: Учеб. для вузов / А.В.Александров, В.Д.Потапов, Б.П.Державин; Под ред. А.В.Александрова. - 3-е изд. испр. -М.: Высш. шк., 2003. - 560 с.

3 Биргер И.А. Принципы построения норм прочности и надежности в машиностроении // Вестник машиностроения - 1988, -№7. - С.3-5э

4 Биргер И.А., Мавлютов P.P. Сопротивление материалов: Учебное пособие. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. - 560 с.

5 Бойко В.И., Коваль Ю.И. Анализ неразрушающих методов оценки усталостного повреждения металлов: Обзор/АН УССр.-Препр.-Киев,1982.-35 с.

6 Болотин В.В. Методы теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений. М.: Стройиздат, 1982. - 351 с.

7 Булатов А.И. Колтюбинговые технологии при бурении, заканчива-нии и ремонте нефтяных и газовых скважин. Изд-во Просвещение -Юг, 2008.-370 с.

8 Бур дин К.В. Разработка и исследование технологий изоляции зако-лонных перетоков в горизонтальных скважинах с применением гибких труб: Дисс.... канд. тех. наук. Тюмень. 2003.- 156 с.

9 Вайншток С.М., Молчанов А.Г., Некрасов В.И., Чернобровкин В.И. Подземный ремонт и бурение скважин с применением гибких труб. -М.: Изд-во Академии горных наук, 1999. - 224 с.

10 Вейбулл В. Усталостные испытания и анализ их результатов: Пер. с англ. / Под ред. С.В.Серенсена. - М.: Машиностроение. 1964. - 275 с

11 Высоцкий М.С., Почтенный Е.К., Парфенович Е.О. Сопротивление усталости элементов конструкций при двухчастотном нагружении // Вестник машиностроения - 1995, - №1. - С.3-6.

12 Гнеденко Б.В.,Ушаков И.А. О некоторых современных проблемах теории и практики надежности // Вестник машиностроения - 1988, -№12. - С.3-9.

13 Гриб В.В. Диагностика технического состояния оборудования неф-тегазохимического производства.- М.:ЦНИИТЭнефтехим.-2002.-268

14 Гусев A.C., Щербаков В.И., Петров Б.И. Расчет долговечности конструкций с учетом постепенного снижения предела выносливости // Вестник машиностроения - 1988, -№2. - С.5-8.

15 Гусенков А.П. Прочность при изотермическом и неизотермическом малоцикловом нагружении. М.: Наука, 1979. -290 с.

16 Даль В. Поведение стали при циклических нагрузках. Пер. с немец. М.: Металлургия, 1982. - 568 с.

17 Двайт Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы. Пер. с англ. М.: Наука, 1978. -224 с.

18 Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы обработки данных. Пер. с англ. М.: Мир, 1980. -612 с.

19 Дубов A.A. Проблемы оценки остаточного ресурса стареющего оборудования.- Безопасность труда в промышленности. -2003. -№3.-С.46-49.

20 Дьяконов В. Mathcad 2001: Специальный справочник. - СПб.: Питер, 2002. - 832 с.

21 Жовинский А.Н., Жовинский В.Н. Инженерный экспресс-анализ случайных процессов. М.: Энергия, 1979. - 112 с.

22 Земляной A.A., Применение колтюбинговых технологий для решения проблемных задач нефтегазодобывающих предприятий / М.В.Листак, В.А.Долгушин, Д.А.Шаталов, Г.П.Зозуля, В.Н.Ильиных // Бурение и нефть. - 2013. - №4. - С.44-46.

23 Земляной A.A. Возможности и перспективы колтюбинга в нефтега-

зовом сервисе России / A.A. Земляной, Г.П. Зозуля, В.А. Долгушин, Д.А. Шаталов и др. //Coiledtubingtimes. 2012. №40. С.12-20.

24 Зозуля Г.П. Развитие технологий гибких труб в России // Coiledtubingtimes. 2007. № 22

25 Зозуля Г.П. Колтюбинговые технологии сегодня становятся комплексными // Coiledtubingtimes. 2009.№ 28. С.11-13.

26 Зозуля Г.П., Гейхман М.Г., Кустышев A.B. и др. Перспективы применения койлтюбинговых технологий при капитальном ремонте скважин // Известия вузов. Нефть и газ.- 2001.- № 6.- С. 55-59.

27 Иванова B.C. Усталостное разрушение металлов.- М.: Металлургиз-дат.-1962.-258с.

28 Иванова B.C., Терентьев В.Ф. Природа усталости металлов. - М.: Металлургия, 1975. - 456 с.

29 Ильиных В.Н., Сызранцев В.Н. Стенд для испытания образцов в условиях сложного нагружения // Сб. науч. Тр. V Всесоюзной науч.-практ.конф. Западно-Сибирского общества молодых инженеров нефтяников при ТюмГНГУ: Society of Petroleum Engineers (SPE). Тюмень. Печатник.- 2011.-C.277-279.

30 Ильиных В.Н., Сызранцев В.Н. Методика обработки данных испытаний на малоцикловую усталость образцов из гибких труб: Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: Сб. трудов XI междунар. Науч.-техн. конференции «Чтения памяти В.Р.Кубачека»: Екатеринбург, 2013. - с. 288-291

31 Ильиных В.Н., Сызранцев В.Н. Тарирование стенда для малоцикловых усталостных испытаний гибких труб: Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: Сб. трудов XI междунар. Науч.-техн. конференции «Чтения памяти В.Р.Кубачека»: Екатеринбург, 2013. - с.356-359

32 Ильиных В.Н.- Обработка результатов испытаний гибких труб: ма-

териалы междунар. науч.-техн. конф. Т.2. Тюмень: ТюмГНГУ, 2013. - С.58-61.

33 Казак С.А. Вероятностный расчет усталостной долговечности при нормально распределенном случайном стационарном нагружении // Вестник машиностроения - 1995, -№4. - С.6-9.

34 Капур К., Ламберсон Л. Надежность и проектирование систем. М.: Мир, 1980.-604 с.

35 Когаев В.П., Дроздов Ю.Н. Прочность и износостойкость деталей машин: Учеб. Пособие для машиностр. Спец. Вузов. - М.: Высш. шк, 1991.-319 с

36 Когаев В.П., Крамаренко О.Ю., Гальперин М.Я. Накопление усталостных повреждений при нерегулярном нагружении в связи с влиянием конструктивных факторов // Вестник машиностроения - 1983, -№2. - С. 17-19.

37 Коллинз Дж. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ, предсказание, предотвращение: Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - 624 с

38 Коротких Ю.Г Оценка выработанного и прогноз остаточного ресурса крановых конструкций с учетом усталостных повреждений. // Безопасность труда в промышленности - 2002,-№12.-С.27-29.

39 Котельников B.C. Остаточный ресурс грузоподъемных кранов. // Безопасность труда в промышленности - 1998,-№2.-С.2-5.

40 Коффин Л.Ф. Циклические деформации и усталость металлов // Усталость и выносливость металлов. М.: Изд-во иностр. Лит., 1963. -С.210-227.

41 Коцаньда С. Усталостное разрушение. Пер. с польского.-М.: Металлургия.-1 976.-456с

42 Махутов H.A., Матвиенко Ю.Г. Механика разрушения и концепции обеспечения безопасности технических систем // Вестник машиностроения - 1992, -№10-11, - С.8-13.

43 Махутов H.A., Пермяков В.Н. Ресурс безопасной эксплуатации сосудов и трубопроводов. - Новосибирск: Наука, 2005. - 516 с.

44 Мэнсон С.С. Температурные напряжения и малоцикловая усталость. М.: Машиностроение, -1974.-270с.

45 Нагорняк Ю. Многостадийный ГРП при помощи технологии гибкой трубы // Coiledtubingtimes. 2012. № 41.-С.92-97

46 Новичков A.B. Будут развиваться зарезка боковых стволов и геофизика с ГНКТ // Coiledtubingtimes. 2012. № 41. С.70-77.

47 Павлов П.А., Паршин JI.K.,Мельников Б.Е., Шерстнев В.А. Сопротивление материалов: Учебное пособие / Под ред. Б.Е.Мельникова -СПб.: Издательство «Лань», 2003. - 528 с.

49 Пикулев H.A. - Определение остаточного ресурса грузоподъёмного крана //Безопасность труда в промышленности -1987,-№3.-С.48-51.

50 Почтенный Е.К. Упрощенный метод линейного суммирование усталостных повреждений с учетом снижения предела выносливости // Вестник машиностроения - 1986, -№8. - С.33-37.

51 Почтенный Е.К. Прогнозирование долговечности и диагностика усталости машин.- Минск: Наука и техника, 1983.-246с.

52 Почтенный Е.К. Кинетическая теория механической усталости и ее приложения. - Минск: Наука и техника, 1973. - 213 с

53 Почтенный Е.К.Введение в дислокационную теорию деформации деталей машин. Минск: БПИ, -1960. -99 с.

54 Почтенный Е.К. Метод анализа полуциклов напряжений // Вестник машиностроения - 1975, -№10. - С.6-8.

55 Почтенный Е.К. , Капуста П.П. Вероятностные диаграммы многоцикловой усталости деталей машин // Вестник машиностроения -1993, - №12. - С.5-8

56 Почтенный Е.К. Оценка циклической прочности деталей машин // Вестник машиностроения - 1969, -№9. - С. 11-15.

57 Почтенный E.K. Суммирование усталостных повреждений // Вестник машиностроения - 1982, -№1. -С.11-15.

58 Прочность при малоцикловом нагружении. Основы методов расчета и испытаний/ С.В.Серенсен, Р.М.Шнейдерович, А.П.Гусенков и др. М.: Наука, - 1975.-286 с.

59 Ратнер С.И. Разрушение при повторных нагрузках.-М.Юборонгиз.-1959.-352с.

60 Расчет на прочность деталей машин: Справочник / И.А.Биргер, Б.Ф.Шор, Г.Б.Иосилевич. - 3-е изд., перераб. И доп. - М.: Машиностроение, 1979. - 702 с.

61 Романов А.Н. Разрушение при малоцикловом нагружении. М.: Наука, 1988.-282 с.

62 Серенсен C.B. Квазистатическое и усталостное разрушение материалов и элементов конструкций // Избр. тр.: в 3-х т. - К.: Наукова думка, 1985. - Т.З - 232 с

63 Серенсен C.B., Когаев В.П., Шнейдерович В.М. Несущая способность и расчёты деталей машин на прочность. - М.: Машиностроение, 1976.-488 с

64 Симахин В.А. Непараметрическая статистика: Учеб. пособие. - Курган: Изд-во Курган, ун-та, 2004. - 4.1 : Теория оценок. - 207 с.

65 Снесарев Г.А. Учет переменности нагрузки при расчете деталей // Вестник машиностроения - 1984, -№1. - С. 10-13.

66 Сосновский JI.A. Основы дифференциации расчетов деталей на прочность // Вестник машиностроения - 1984, -№9. - С.8-11.

67 Спиридонов A.A., Васильев Н.Г. Планирование эксперимента при исследовании и оптимизации технологических процессов: Учебное пособие. Свердловск, изд-во УПИ им. С.М.Кирова, 1975. -140 с.

68 Справочник по сопротивлению материалов / Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В.; Отв. ред. Писаренко Г.С. - 2-е изд., перера-

бот. и доп. - Киев: Наук, думка, 1988. - 736 с.

69 Степнов М.Н., Агамиров JI.B. О статистических закономерностях сопротивления усталости титанового сплава ВТЗ-1 // Завод, лаб. -1980.-№ 11. - С.1044-1046

70 Степнов М.Н. Статистические методы обработки результатов механических испытаний: Справочник. - М.: Машиностроение, -1985. -232 с

71 Сушков В.В., Ковалев Ю.З., Чукчеев O.A. Практическая диагностика нефтепромыслового энергомеханического оборудования: Учебное пособие.-Тюмень:ТюмГНГУ, 2004.-133 с

72 Сызранцев В.Н., Голофаст С.Л., Сызранцева К.В. Диагностика на-груженности и ресурса деталей трансмиссий и несущих систем машин по показаниям датчиков деформаций интегрального типа.- Новосибирск: Наука, 2004.-190 с

73 Сызранцев В.Н., Голофаст С.Л. Измерение циклических деформаций и прогнозирование долговечности деталей по показаниям датчиков деформаций интегрального типа - Новосибирск: Наука, 2004. - 206 с

74 Сызранцев В.Н. Расчет прочностной надежности изделий на основе методов непараметрической статистики / В.Н.Сызранцев, Я.П.Невелев, С.Л.Голофаст. - Новосибирск: Наука, 2008. - 218 с

75 Сызранцев В.Н., Иванова Ю.С., Голофаст С.Л., Сызранцева К.В. Определение на основе кинетической теории усталости кривых с различной величиной поврежденности металла. Новые информационные технологии в нефтегазовой отрасли и образовании: Матер. Ш Межд. на-учн.-техн. конф..- Тюмень: ТюмГНГУ. - 2008 - С. 118-122

76 Сызранцев В.Н., Иванова Ю.С., Голофаст С.Л., Сызранцева К.В. Обработка данных испытаний образцов на выносливость на основе кинетической теории усталости. Новые информационные технологии в нефтегазовой отрасли и образовании: Матер. Ш Межд. научн.-техн. конф..-

Тюмень: ТюмГНГУ. - 2008-С.112-118.

77 Сызранцев В.Н., Сызранцева К.В., Голофаст С.Л., Иванова Ю.С. Развитие кинетической теории усталости. Безопасность критических инфраструктур и территорий: Сборник трудов I и II Всероссийских конференций и XI и XII школ молодых ученых 2007-2008 гг.. Екатеринбург: УрО РАН, 2009 - С.230-233.

78 Сызранцев В.Н., Голофаст С.Л. Вероятностная оценка прочностной надежности трубопроводов // Трубопроводный транспорт (теория и практика).2011-№5-С.14 -22.

79 Сызранцев В.Н., Голофаст С.Л. Вероятностная оценка коэффициента запаса прочности трубопровода // Трубопроводный транспорт (теория и практика). 2012-№2-С.27 -29.

80 Сызранцев В.Н., Ильиных В.Н. Методика расчета доверительного интервала кривой малоцикловой усталости // Наука и технология. Том 2. Краткие сообщения XXXIII Всероссийской конференции -Миасс: МСНТ, 2013 - с.68-70.

81 Сызранцева К.В., Ильиных В.Н. Определение кривой малоцикловой усталости с различной величиной поврежденности материала // Наука и технология. Том 2. Краткие сообщения XXXIII Всероссийской конференции - Миасс: МСНТ, 2013 - с.71-73.

82 Сызранцев В.Н.,Ильиных В.Н.,Зозуля Г.П.,Земляной A.A.,Мисник В.Н.,Рахимов Н.В.,Дмитрук В.В. Определение прочностных свойств стали гибких труб // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2013.-№4.-С.76-77

83 Сызранцев В.Н., Ильиных В.Н. Построение математической модели для описания данных малоцикловых усталостных испытаний: Фундаментальная наука и технологии - перспективные разработки: Матер. междун. науч.-практ. конференции. 22-23 мая. М., 2013- С.224-226

84 Сызранцев В.Н. Исследование усталостной прочности трубных сталей [Текст]/ В.Н.Сызранцев, В.Н.Ильиных // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. 2013.- № 6.

85 ТрощенкоВ.Т., Сосновский Л.А.. Сопротивление усталости металлов и сплавов: Справочник. 4.1, 42. К.: Наукова думка,- 1987. -1302 с

86 Трощенко В.Т. Усталость и неупругость металлов. К.: Наукова думка,-1971.- 170с.

87 Харионовский В.В. Надежность и ресурс конструкций газопроводов— М.: Недра, 2000. — 467 с.

88 Школьник Л.М. Методика усталостных испытаний. Справочник.-М. -.Металлургия.-1973 .-304с.

89 Экспериментальная механика: В 2 кн.: Пер. с анг. / Под ред. А. Ка-баяси.- М.: Мир, 1990.- Кн. 2.-552 с

90 Экспериментальные методы исследования деформаций и напряжений: Справочное пособие. - К.: Наук, думка, 1981. - 583с.

91 Bennet J.A., Baker J.I. Effect of prior static and dynamic stresses on the fatigue strength of aluminium alloys // J.Res.Nat. Bur.Stand. - 1950.-45.-P.449-457

92 Weibull W. A statistical representation of fatigue failures in solids // K. Tekn. Hgsk. Handl.- 1949.- N 27.- P. 1098

93 Weibull W. The statistical aspect of fatigue failures // MIT Conf.-1952.-P.182-196

94 LesTomlin. ICoTA Worldwide Coiled Tubing Unit Count - 2012 / Intervention & Coiled Tubing Association // URL: http://www.icota.com/ctrigcount.htm

95 Luft H.B., Zagranichny Supervision of Coiled Tubing operation and maintenance // Coiledtubing times, 2011.- №6. -P.28-34.