Prediction of coiled tubing material residual life based on the kinetic theory of fatigue
Authors: Ивженко С.П. , Вдовин А.С. , Печенкин В.В. , Ракчеев В.Л. 
Published: July 2024

Технологии колтюбинга активно применяются в процессе бурения скважин и производстве внутрискважинных работ. Во время эксплуатации колтюбинговой установки необходимо в режиме реального времени получать оценку остаточного ресурса оборудования установки, в частности, остаточного ресурса гибкой насосно-компрессорной трубы. К основным повреждающим факторам гибкой трубы можно отнести сгибающие нагрузки, действия внутреннего давления, осевые воздействия, воздействия агрессивных сред. Важнейшей задачей прогнозирования состояния гибкой насосно-компрессорной трубы является построение математической модели, позволяющей наиболее точно описать процесс накопления усталостных повреждений в условиях малоцикловых нагрузок. Анализ доступных к изучению литературных источников показал, что в данный момент времени является актуальной задача разработки методов и алгоритмов, позволяющих оценить наколенную усталость материала гибкой насосно-компрессорной трубы на сложной траектории движения, где труба подвергается изгибающим нагрузкам с различной интенсивностью. Решение данной задачи обосновывает разработку математической модели, связывающей расчет поврежденности в области малоцикловых деформаций с учетом наколенных ранее повреждений. Целью настоящей работы является разработка методов и алгоритмов построения прогнозной модели текущего состояния материала гибкой насосно-компрессорной трубы, с учетом накопленных повреждений на основе полуэмпирических моделей в рамках кинетической теории усталости. В исследовании проведен анализ серии опытов с изгибной деформацией образцов гибких труб. На основе методов построения алгоритмов обработки данных малоцикловых испытаний в рамках кинетической теории усталости и математических моделей для оценки остаточного ресурса испытуемого образца в статье предложено решение, позволяющее рассчитать параметр поврежденности образца в случае накапливания повреждений на различных участках траектории движения гибкой насосно-компрессорной трубы. Материалы статьи представляют практическую ценность для исследователей, занимающихся проблемами расчета остаточного ресурса гибких труб в условиях их циклического деформирования.

Coiled tubing technologies are actively used in the process of well drilling and well intervention. During the operation of a coiled tubing unit, it is necessary to obtain a real-time assessment of the residual life of the installation equipment, in particular, the residuallife of the coiled tubing. The main damaging factors of a flexible pipe include bending loads, internal pressure effects, axial impacts, exposure to aggressive media. The most important task of predicting the state of a coiled tubing is the construction of a mathematical model that allows the most accurate description of the process of fatigue damage accumulation under low-cycle loads. An analysis of the literature sources available for study showed that nowadays it is essential to develop methods and algorithms that enable assessing the knee fatigue of the flexible tubing material on a complex trajectory of movement where the pipe is subjected to bending loads with different intensities. The solution to this problem substantiates the development of a mathematical model that relates the calculation of damage in the area of low-cycle deformations, taking into account damage that has been previously kneeled. The purpose of this research is to develop methods and algorithms for constructing a predictive model of the current state of the coiled tubing material considering the accumulated damage based on semi-empirical models as part of the kinetic theory of fatigue. By means of the methods for constructing algorithms for processing data from low-cycle tests as part of the kinetic theory of fatigue and mathematical models for estimating the residual life of the test sample, the article proposes a solution that helps to calculate the damage parameter of the sample in the event of damage accumulation in various sections of the coiled tubing trajectory. The materials of the article are of practical value for researchers dealing with the problems of calculating the residual life of flexible pipes under the conditions of their cyclic deformation.