[發明專利]一種鉆桿剩余壽命的預測方法

有效

• 申請號: 201611228899.8
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106840873B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 李方坡
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司;中國石油天然氣集團公司管材研究所
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/32
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

一種鉆桿剩余壽命的預測方法，首先確定鉆桿剩余服役壽命預測的置信度和誤差，計算不同變異系數條件下需要的試樣數量最小值m；從同批次鉆桿中選擇服役條件最為惡劣的1～2根鉆桿，從鉆桿管端內加厚過渡錐面消失部位向管體端延伸500mm范圍內取樣，并加工成具有圓形橫截面的試樣；計算鉆桿在服役過程中承載的工作載荷；計算n件試樣疲勞壽命對數值平均值的概率密度函數，利用概率密度函數積分，獲得該載荷條件下所需可靠度下的疲勞壽命。本發明充分考慮了鉆桿疲勞壽命自身的離散性，通過采用同一載荷條件下完成大量試樣的方法，大幅度提高鉆桿疲勞壽命值的覆蓋范圍，較為準確地預測了鉆桿的剩余壽命，有效避免了鉆桿失效事故的發生。

技術領域

本發明屬于石油天然氣鉆井用鉆桿技術領域，具體涉及一種鉆桿剩余壽命的預測方法。

背景技術

鉆桿是石油天然氣鉆井的主要工具，在服役過程中承受復雜的交變載荷作用，極易發生疲勞失效。為了控制鉆桿疲勞失效事故的發生，目前廣泛應用的預防措施主要包括三種，一種是對鉆桿定期進行無損檢測，將存在超標缺陷的鉆桿去除，從而避免鉆桿失效事故的發生；第二種是基于含缺陷鉆桿剩余疲勞壽命的預測，這種預測方法的原理主要是假設鉆桿表面或內部存在一定尺寸的缺陷，通過將缺陷理想化處理，依據缺陷的擴展速度計算鉆桿的剩余疲勞壽命。以上兩種方法雖然在控制鉆桿疲勞失效方面發揮了重要作用，但其只能針對已經形成可視化缺陷的鉆桿發揮作用，而鉆桿的疲勞損傷是一種隱形損傷，在裂紋形成前的疲勞過程中沒有常規檢測手段可以檢測到的缺陷出現，而該階段的疲勞壽命卻占據了鉆桿疲勞壽命的大部分，該階段的疲勞壽命是前述的兩種方法所無法確定和預測的。目前使用的第三種預測鉆桿疲勞壽命的方法是通過計算鉆桿薄弱部位的應力載荷，利用應力載荷與材料疲勞壽命之間的S-N曲線關系計算該應力水平下的鉆桿疲勞壽命，這種方法最大的不足就是沒有考慮鉆桿疲勞壽命自身的離散性，從而使得預測的結果與實際相差巨大。為了科學預測在役鉆桿的剩余服役壽命，迫切需要建立一種新的可以預測鉆桿剩余服役壽命的方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種鉆桿剩余壽命的預測方法，主要借助于軸向載荷疲勞壽命測試裝置，依據鉆桿服役過程中的工況特點，測試鉆桿在交變載荷作用下的疲勞壽命，通過一系列計算分析，預測鉆桿的剩余服役壽命，通過預測在役鉆桿的剩余服役壽命，從而避免鉆桿失效事故的發生，保障油氣鉆井作業過程的安全。

為實現上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種鉆桿剩余壽命的預測方法，包括以下步驟：

1)試樣數量的確定

首先確定鉆桿剩余服役壽命預測的置信度和誤差，計算不同變異系數條件下需要的試樣數量最小值m；

2)試樣設計及制備

從同批次鉆桿中選擇服役條件最為惡劣的1～2根鉆桿，從鉆桿管端內加厚過渡錐面消失部位向管體端延伸500mm范圍內取樣，并加工成具有圓形橫截面的試樣；

3)試驗載荷計算

依據實際工況，計算鉆桿在服役過程中承載的工作載荷；

4)試驗加載步驟

a.基于步驟3)計算得到的工作載荷，采用步驟2)中的試樣測試鉆桿的疲勞壽命；

b.重復步驟a完成n件試樣的疲勞壽命測試，n的數值不小于7；

c.先計算n件試樣疲勞壽命測試結果的對數平均值及變異系數，如果變異系數小于m等于n時對應的變異系數，則停止試驗，如果變異系數大于m等于n時對應的變異系數，則繼續增加試樣數量，繼續試驗至試樣疲勞壽命的變異系數滿足變異系數小于m等于n時對應的變異系數為止；

5)計算n件試樣疲勞壽命對數值平均值的概率密度函數，利用概率密度函數積分，獲得該載荷條件下所需可靠度下的疲勞壽命。