УДК 620.178.37:620.179.147
(UDK 620.178.37:620.179.147)
Авторизуйтесь
Купить журнал
Купить статью
(ASSESSMENT OF ACCUMULATED FATIGUE DAMAGE IN GT90 STEEL COILED TUBING BASED ON ELECTRICAL SIGNAL RESPONSE PARAMETERS)
В процессе эксплуатации гибких труб, применяемых в колтюбинговых технологиях, их материал подвергается интенсивному циклическому нагружению вследствие многократных изгибов и выпрямлений при спуско-подъемных операциях. Накопление усталостных повреждений в материале гибких труб повышает риск отказов при эксплуатации скважинного оборудования. В связи с этим сохраняется актуальность разработки методов неразрушающего контроля, позволяющих оценивать степень деградации материала на различных этапах жизненного цикла труб и своевременно выводить их из эксплуатации. Цель исследования заключалась в выборе диагностического признака, чувствительного к деградации стали GT90 при спуско-подъемных операциях, с использованием вихретокового метода контроля, а также в построении калибровочной зависимости между параметрами электрического сигнала и уровнем накопленных усталостных повреждений.
Методика исследования основана на испытаниях плоских образцов из стали GT90 в условиях малоциклового изгиба с одновременной регистрацией параметров электрического сигнала вихретоковым преобразователем. Анализ выполнялся по значениям среднего напряжения отклика электрического сигнала, регистрируемого в процессе циклической деформации. Установлено, что с повышением уровня накопленных повреждений среднее напряжение возрастает и характеризуется линейной зависимостью от них. Полученная зависимость может использоваться для количественной оценки степени деградации материала в процессе эксплуатации гибких труб в колтюбинговых технологиях.
Микроструктурный анализ сечения гибкой трубы показал, что после эксплуатации средний размер зерен феррита увеличивается, тогда как зерна перлита в среднем уменьшаются.
Предложенный подход расширяет возможности неразрушающего контроля гибких труб, открывает перспективы внедрения интеллектуальных систем их диагностики в нефтегазовой отрасли и позволяет минимизировать риски аварий в условиях интенсивных циклических нагрузок.
During operation of coiled tubing used in coiled tubing technologies, the tubing material is subjected to intensive cyclic loading due to repeated bending and straightening during tripping operations. The accumulation of fatigue damage in the material they made of increases the risk of failures during well intervention operation. Therefore, the development of non-destructive testing methods capable of assessing the degree of material degradation at various stages of the tubing life cycle and ensuring timely withdrawal from service remains an important task. The purpose of the study was to select a diagnostic parameter sensitive to degradation of GT90 steel during tripping operations using eddy current testing, and to establish a calibration relationship between electrical signal response parameters and the level of accumulated fatigue damage.
The research methodology is based on testing flat specimens of GT90 steel under low-cycle bending conditions, while simultaneously recording electrical signal response parameters using an eddy current transducer. The analysis was performed based on the values of the mean electrical signal response voltage recorded during cyclic deformation. It was found that with increasing accumulated damage, the mean response voltage increases and exhibits a linear relationship with the level of accumulated fatigue damage. The obtained dependence can be used to quantify the degree of material degradation during operation of coiled tubing in coiled tubing applications.
Microstructural analysis of coiled tubing cross-section showed that after operation, the average ferrite grain size increases, whereas the average pearlite grain size decreases.
The proposed approach expands the capabilities of non-destructive testing of coiled tubing and opens up prospects for the implementation of intelligent coiled tubing diagnostic systems in the oil and gas industry, thereby minimizing the risks of failures under intensive cyclic loading conditions.
Р.Ф. Джураев1, e-mail: juraev-rustam@mail.ru
1 ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» (Уфа, Россия).
R.F. Dzhuraev1, e-mail: juraev-rustam@mail.ru
1 Ufa State Petroleum Technological University (Ufa, Russia).
Джураев Р.Ф. Оценка накопленных усталостных повреждений материала гибких труб из стали GT90 по параметрам отклика электрического сигнала // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2026. № 7–8. С. 50–55. EDN: NCXTJH.
Dzhuraev RF. Assessment of accumulated fatigue damage in gt90 steel coiled tubing based on electrical signal response parameters. Oil and Gas Territory [Territorija “NEFTEGAS”]. 2026; (7–8): 50–55. (In Russian)
Деговцов А.В., Ивановский В.Н., Карелина С.А. и др. Техника и технология проведения операций на нефтяных и газовых скважинах с помощью колтюбинга / под ред. В.Н. Ивановского. М.: РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина, 2020. 228 с.
Zhong J., Zhao G., Jiang Q., et al. Experimental and numerical study on LCF crack propagation of coiled tubing steel // Mechanika. 2022. Vol. 28, No. 5. P. 351–357. DOI: 10.5755/j02.mech.31056.
Dzhuraev R.F., Naumkin E.A., Kuzeev I.R. Definition of limit state of flexible pipe material in coiled tubing technology // J. Phys.: Conf. Ser. 2022. Vol. 2373. Article ID 022044. DOI: 10.1088/1742-6596/2373/2/022044.
Джураев Р.Ф., Наумкин Е.А., Кузеев И.Р. Оценка накопленных повреждений в гибкой трубе колтюбинговой технологии по результатам магнитного контроля // Нефтегазовое дело. 2021. Т. 19, № 4. С. 132–139. DOI: 10.17122/ngdelo-2021-4-132-139. EDN: AMCAPS.
Джураев Р.Ф., Кирханов А.А., Наумкин Е.А., Кузеев И.Р. Влияние схемы циклического нагружения образцов из гибких труб колтюбинговых технологий на изменение скорости ультразвука в стали // Нефтегазовое дело. 2021. Т. 19, № 3. С. 138–145. DOI: 10.17122/ngdelo-2021-3-138-145. EDN: RPOOOD.
Skarlatos A., Boller C., Lyamkin V. et al. Continuous Eddy-Current Monitoring of Fatigue Degradation in an Unnotched Steel Specimen // International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics. 2026. Vol. 80, No. 5–6. P. 169–173. DOI: 10.1177/13835416251345615.
Heckmann K., Acosta R., Bill T., et al. P. Detection of fatigue degradation in austenitic stainless steel with eddy current probe and machine learning // J. Mater. Res. Technol. 2023. Vol. 27. P. 7336–7346. DOI: 10.1016/j.jmrt.2023.11.176.
Mishakin V., Klyushnikov V., Gonchar A., Kachanov M. Estimating fatigue damage of austenitic steel by combining the ultrasonic with eddy current monitoring // Journal of Nondestructive Evaluation. 2019. Vol. 38. Article ID 4. DOI: 10.1007/s10921-018-0541-x.
Егоров В.А., Конищев К.Б., Ерехинский Б.А. Технические требования к отечественным стальным электросварным гибким длинномерным насосно-компрессорным трубам для добычи трудноизвлекаемых запасов углеводородов // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2021. № 122 (2). С. 30–34. DOI: 10.33285/1999-6934-2021-2(122)-30-34. EDN: PUMUXF.
ГОСТ 25.502-79. Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость // Кодекс: электрон. фонд правовых и норматив.-техн. док. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200004992 (дата обращения: 21.06.2026).
Kuzeev I.R., Valiev A.S., Pivovarov V. Yu. Influence of alternating current frequency on output voltage at electromagnetic method of metal control // Mater. Sci. Forum. 2019. Vol. 945. P. 879–884. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.945.879.
Валиев А.С. Определение критического уровня накопления усталостных повреждений в стали 09Г2С по характеру изменения параметров акустической эмиссии: дис. … канд. техн. наук. Уфа: УГНТУ, 2023. 130 с. EDN: UNJJFS.
Бикбулатов Т.Р. Оценка остаточного ресурса оборудования и предельного состояния конструкционных материалов при усталостном нагружении по результатам электромагнитных измерений: дис. … канд. техн. наук. Уфа: УГНТУ, 2011. 129 с.
Qayyum F., Darabi A.C., Guk S., et al. Analyzing the effects of Cr and Mo on the pearlite formation in hypereutectoid steel using experiments and phase field numerical simulations // Materials. 2024. Vol. 17, No. 14. Article ID 3538. DOI: 10.3390/ma17143538.
Degovtsov AV, Ivanovsky VN (ed.), Karelina SA, et al. Equipment and Technologies of Operations on Oil and Gas Wells Using Coiled Tubing. Moscow: National University of Oil and Gas “Gubkin University”; 2020. (In Russian)
Zhong J, Zhao G, Jiang Q, Wang L, He Y, Hu S. Experimental and numerical study on LCF crack propagation of coiled tubing steel. Mechanika. 2022; 28(5): 351–357. https://doi.org/10.5755/j02.mech.31056.
Dzhuraev RF, Naumkin EA, Kuzeev IR. Definition of limit state of flexible pipe material in coiled tubing technology. J. Phys.: Conf. Ser. 2022; (2373): article ID 022044. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2373/2/022044.
Dzhuraev RF, Naumkin EA, Kuzeev IR. Assessment of accumulated damages in a flexible pipe of coiled tubing technology based on magnetic inspection results. Petroleum Engineering [Neftegazovoye delo]. 2021; 19(4): 132–139. https://doi.org/10.17122/ngdelo-2021-4-132-139. (In Russian)
Dzhuraev RF, Kirkhanov AA, Naumkin EA, Kuzeev IR. The influence of the cyclic loading scheme of samples from flexible tubes of coil-tubing technologies on the change of the ultrasonic speed in steel. Petroleum Engineering. 2021; 19(3): 138–145. https://doi.org/10.17122/ngdelo-2021-3-138-145. (In Russian)
Skarlatos A, Boller C, Lyamkin V, Kumar Reddy B, Dobmann G, Raghuraman S, et al. Continuous eddy-current monitoring of fatigue degradation in an unnotched steel specimen. International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics. 2026; 80(5–6): 169–173. https://doi.org/10.1177/13835416251345615.
Heckmann K, Acosta R, Bill T, Donnerbauer K, Boller C, Sievers J, et al. Detection of fatigue degradation in austenitic stainless steel with eddy current probe and machine learning. J. Mater. Res. Technol. 2023; (27): 7336–7346. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.11.176.
Mishakin V, Klyushnikov V, Gonchar A, Kachanov M. Estimating fatigue damage of austenitic steel by combining the ultrasonic with eddy current monitoring. Journal of Nondestructive Evaluation. 2019; (38): article ID 4. https://doi.org/10.1007/s10921-018-0541-x.
Egorov VA, Konishchev KB, Erekhinsky BA. Technical requirements for domestic steel electric-welded flexible long tubing used when extracting hard-to-recover hydrocarbon reserves. Equipment and Technologies for Oil and Gas Complex [Oborudovanie i tekhnologii dlya neftegazovogo kompleksa]. 2021; 122(2): 30–34. https://doi.org/10.33285/1999-6934-2021-2(122)-30-34. (In Russian)
Euro-Asian Council for Standardization, Metrology and Certification. GOST 25.502–79. Strength analysis and testing in machine building. Methods of metals mechanical testing. Methods of fatigue testing. Available from: https://docs.cntd.ru/document/1200004992 [Accessed: 21 June 2026]. (In Russian)
Kuzeev IR, Valiev AS, Pivovarov VYu. Influence of alternating current frequency on output voltage at electromagnetic method of metal control. Mater. Sci. Forum. 2019; (945): 879–884. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.945.879.
Valiev AS. Determination of critical level of fatigue damage accumulation in the 09G2S steel based on a change in acoustic emission parameters. PhD thesis. Ufa: Ufa State Petroleum Technological University; 2023. (In Russian)
Bikbulatov TR. Assessment of residual resource of equipment and the limit state of structural materials under fatigue loading based on the results of electromagnetic measurements. PhD thesis. Ufa: Ufa State Petroleum Technological University; 2011. (In Russian)
Qayyum F, Darabi AC, Guk S, Guski V, Schmauder S, Prahl U. Analyzing the effects of Cr and Mo on the pearlite formation in hypereutectoid steel using experiments and phase field numerical simulations. Materials. 2024; 17(14): article ID 3538. https://doi.org/10.3390/ma17143538.
Вход
Главная
Журналы
Назад к журналу