高压高产天然气井管柱疲劳寿命预测模型研究
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（ 二 ）
一
［】刘 晓 军 ．Ｏ 腐 蚀 问题 的 再 思 考 【 ．、 油 气藏 ，０６１（） ３ Ｃ Ｊ，型 ＪＪ ２ ０ ，ｌ ． ４ 【】郭 春 秋 ， 川 ． 井压 力 温 度预 测 综合 数 值 模拟 【． 学 ４ 李颖 气 Ｊ石油 Ｊ
报 ， ０ ，２３ ． ２ １ （） ０ ２
本 文 关 心 的 是 气 井 管 柱 的 疲 劳 寿 命 ，根 据 气 井 管 柱 内 流 动 规 律 ，在 接 箍 处 由于 管 柱 截 面 的突 变 和 存 在 联 结 缝 隙 ，存 在 腐 蚀 载 体 水 留存 的条 件 ， 腐 蚀 最 为 严 重 ，是 管 柱 薄 弱 处 。此 外 ，相 关 文 献 指 出 ，当Ｃ Ｏ 分压 大 于 ０２ ａ ． ＭＰ 和温 度 在７ ￣ ８ ℃ ０Ｃ一 ０
管柱 的维 修 、更换 提供 了参考 依据 。
为 气 井 管柱 疲 劳 寿 命 。式 （） 为 管 螺纹 强 度 校 核 ４
公式：
Ｔ ÷ ｏＯＺ 【Ｊ ＝ 兀
其 中 Ｆ — 螺纹 所 受的轴 向总载 荷 ，Ｎ； —
ｄ 厂一 螺 纹小 径 ，ｍｍ；
（ ４ ）
参考文献：
并利 用式（） 得到 螺纹 牙圈数Ｚ ５，则 的表达 式（） ８：
程 组 （） 得 到表 ｌ 示样 本点 计算 结 果 。 ２可 所
表 １样本点计算结果
： 韵 ＋ｄ 一ｂ ｏ ｎ ｎ ： ｄ 一ｂ ｏ
Ｌ—ｈ
乃
Ｐ ３
（ ８ ’ ）
接 箍 处 高度
温 度
压 力 Ｃ 分 压 Ｏ
之 间时 ，Ｃ Ｏ 的腐 蚀最 严 重 。 因此 ，计 算过 程 中 应
蚀 只 引 起 螺 纹 牙根 部 宽 度 的 变化 ，将 式（） 写 为 ４改
如下 形 式 ：
—
一
Ｚ
Ｌ Ｊ ］
ｆ） ７
∑ （ Ａｉ ６ ｂ 一 ）
ｉ ＝１
△ｂ为 腐 蚀 引起 的第ｉ ｉ 圈螺 纹牙 根部 的宽 度的减
根 据 上 述分 析 ，可 以得 到 表 ｌ 中各 接 箍处 疲 劳
ｐ ２
１ ３ ３
腐 蚀 速 度
Ｖ ｌ
ｖ ２
Ｖ ３
２ 气 井管柱疲劳寿命模 型
得 到 表 １ 据 后 ，计 算 出 由于 腐 蚀导 致 联 接 管 数 螺 纹 强 度 降 低 使 得 其 强度 恰 好 可 以 支 持 接 箍 以 下 部 分 总 载 荷 （ 要 为 管 柱 自身 重 量 引 起 的 重 力 ， 主
取 满 足 最 大 腐 蚀 条 件 的接 箍 处 作 为 样 本 点 。如 某
气井 满 足上 述 条件 的接 箍数 为３ ，则根 据 式（） 方 １和
小量。令ｃ 代表总腐蚀量， 则ｃ＝ｉ ∑Ａｉ ． ｖ＝ ｂ（为表 ｔ Ｖ
总 计算 出的 腐蚀 速 度） ，进 一 步对 式 （） 行 处理 ， ７进
【】ＤｅＷ ａｒ ｎ ｏｚＵ．ｒｄｃｉｎｏ ｒ ｓｏ ｆ — ５ ａｄＣ ａ ｄＬ ｔ Ｐ ｅ ｉｔ ｆ ｏ Ｃ０２ Ｃｏ ｒ ｉｎｏ ｏ Ｃａ
ｒ ｏ ｔ ｅ１Ａ ｏ ｋ ｎ ａ ｔ ｐ ｒ Ｏｌ Ｐ ｅ ｉ ｔｏ ｂ ｎ Ｓ ｅ ． Ｗ ｒ ｉ ｇ Ｐ ｒｙ Ｒｅ ｏ ｔ ｉ ｒ ｄ ｃ ｉ ｎ ＣＯ
Ｃｏｒｏｓｏ ｎＯ ｉ ａ ｓＩ ｄｕ ｔｙ， ９ ｒ ｉ ｎ ｉ ｌ ｎｄ Ｇａ ｎ ｓｒ １ ９４．
一
一
Ｚ１ 一
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（ ５ ）
【】陈 军， 玉 胜 ． 用 管 螺纹 的 失 效分 析 与 防范 【 ． 研 究 与 ６ 房 井 Ｊ机械 １
ｌ
ｉ ｌ ，３ ，ｋ ＝ ，２ ，４ 为迭代 步 数 。
匐 化
ｄ 和Ｄ为 管柱 内外 径 ，（ —ｈ 为 表 １ Ｌ 。 ） 中某 个接 箍 以下 管 柱高 度 。 将 腐 蚀 因 素加 以 考 虑 ，为 简 化 处 理 ，假 设 腐
解 方程 组 （） 以得 到 气 井 管 柱 内的 温 度 和 压 ２可 力分 布 ，并 根 据得 到 的 压力 进一 步 得 到Ｃ 压 。 Ｏ分
寿 命计 算 公式 （） ９：
‘：Hale Waihona Puke Baidu 一 （） ９
则 管 柱的疲 劳 寿命ｔ ＝ｍｉ｛ ｝ ｎｔ 。 ．
考 虑 高 压 气 体 流 动 导 致 的振 动 影 响 ，可 以 乘 上 一
个 保 险 系数 如 １ ） 的时 间 ，而其 中 的最 短 时 间 即 ． ２
３ 结束语
本 文 通 过 天 然 气 管 柱 疲 劳 寿 命 的研 究 ， 根 据 管 柱 的腐 蚀 和材 料 的剪 切 强 度 校 核 公 式 推 导 了管 柱 疲 劳 寿 命 的数 值 计 算 模 型 ，为 实 际 生 产 过 程 中
Ｌ—ｈ Ｉ
Ｔ ｌ
Ｐ １ Ｐ ｌ
Ｌ—ｈ ，
式 （ ） 明 ，当 受到 腐 蚀 后 ，如 果 要 支 持 管 柱 ８表 自身 产 生 的重 力 ， 须 有 更 多 的 螺纹 牙 圈 数 参 与 。 当ｚ 大 到联 接 管 螺纹 牙 的 最 多 啮 合 圈 数 Ｚ 时 ， 增 在 该接 箍处 即达 到 使用 寿命 。
［】任 呈 强 ．８ 油钢 管 在 含Ｃ Ｓ １ Ｎ０ Ｏ ／ 高温 高 压 两 相 介 质 中的 Ｈ２ 电 化 学 腐 蚀 行 为 及 缓 蚀 机 理 研 究 【 ． 北 工 业 大 Ｄ］西
学， ０． ２ ３ ０
ｂ —— 螺纹 牙根 部的 宽 度 ，ｍｍ；
ｚ —— 实际 工作 的 螺纹 牙 圈数 ； 【 Ｔ 卜一 许 用剪 应 力 ，ＭＰ 。 ａ
［】何 鲜 ． ２ 国外 深 曾气 藏 开 采 技 术 的【 ． 油ｊ 业 出 版 社， ０ ． Ｍ】 石 二 ２ １ ０
根 据 （ ） ， 当轴 向 总载 荷 Ｑ为 保 险 系 数 １２ ４式 ．乘 管 柱 自身 引起 的重 力 时 ，则 可 以 得 到 最 小 工 作 的
螺 纹 牙 圈 数 （ 文称 之 临 界 圈 数 ，以Ｚ 示 ） ： 本 ． 表
一
［】刘 晓 军 ．Ｏ 腐 蚀 问题 的 再 思 考 【 ．、 油 气藏 ，０６１（） ３ Ｃ Ｊ，型 ＪＪ ２ ０ ，ｌ ． ４ 【】郭 春 秋 ， 川 ． 井压 力 温 度预 测 综合 数 值 模拟 【． 学 ４ 李颖 气 Ｊ石油 Ｊ
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本 文 关 心 的 是 气 井 管 柱 的 疲 劳 寿 命 ，根 据 气 井 管 柱 内 流 动 规 律 ，在 接 箍 处 由于 管 柱 截 面 的突 变 和 存 在 联 结 缝 隙 ，存 在 腐 蚀 载 体 水 留存 的条 件 ， 腐 蚀 最 为 严 重 ，是 管 柱 薄 弱 处 。此 外 ，相 关 文 献 指 出 ，当Ｃ Ｏ 分压 大 于 ０２ ａ ． ＭＰ 和温 度 在７ ￣ ８ ℃ ０Ｃ一 ０
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得 到 表 １ 据 后 ，计 算 出 由于 腐 蚀导 致 联 接 管 数 螺 纹 强 度 降 低 使 得 其 强度 恰 好 可 以 支 持 接 箍 以 下 部 分 总 载 荷 （ 要 为 管 柱 自身 重 量 引 起 的 重 力 ， 主
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本 文 通 过 天 然 气 管 柱 疲 劳 寿 命 的研 究 ， 根 据 管 柱 的腐 蚀 和材 料 的剪 切 强 度 校 核 公 式 推 导 了管 柱 疲 劳 寿 命 的数 值 计 算 模 型 ，为 实 际 生 产 过 程 中
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［】任 呈 强 ．８ 油钢 管 在 含Ｃ Ｓ １ Ｎ０ Ｏ ／ 高温 高 压 两 相 介 质 中的 Ｈ２ 电 化 学 腐 蚀 行 为 及 缓 蚀 机 理 研 究 【 ． 北 工 业 大 Ｄ］西
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根 据 （ ） ， 当轴 向 总载 荷 Ｑ为 保 险 系 数 １２ ４式 ．乘 管 柱 自身 引起 的重 力 时 ，则 可 以 得 到 最 小 工 作 的
螺 纹 牙 圈 数 （ 文称 之 临 界 圈 数 ，以Ｚ 示 ） ： 本 ． 表