Корозійно-втомна пошкоджуваність гнучких труб колтюбінгових установок: методи та підходи до оцінювання
Мета. Розробка інженерного підходу до оцінювання поверхневої корозійно-втомної пошкоджуваності гнучких труб колтюбінгових установок, базуючись на узагальнених даних про корозійно-втомну стійкість конструкційних сталей та аналізі існуючих методів та підходів до оцінювання цього явища. Результати. Роз...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Розробка родовищ |
|---|---|
| Datum: | 2017 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
2017
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/145773 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Корозійно-втомна пошкоджуваність гнучких труб колтюбінгових установок: методи та підходи до оцінювання / А. Сиротюк, О. Витязь, Я. Зяя // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2017. — Т. 11, вип. 4. — С. 96-103. — Бібліогр.: 23 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-145773 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Сиротюк, А. Витязь, О. Зяя, Я. 2019-01-29T18:56:57Z 2019-01-29T18:56:57Z 2017 Корозійно-втомна пошкоджуваність гнучких труб колтюбінгових установок: методи та підходи до оцінювання / А. Сиротюк, О. Витязь, Я. Зяя // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2017. — Т. 11, вип. 4. — С. 96-103. — Бібліогр.: 23 назв. — укр. 2415-3435 DOI: https://doі.org/10.15407/mіnіng11.04.096 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/145773 620.191.33 Мета. Розробка інженерного підходу до оцінювання поверхневої корозійно-втомної пошкоджуваності гнучких труб колтюбінгових установок, базуючись на узагальнених даних про корозійно-втомну стійкість конструкційних сталей та аналізі існуючих методів та підходів до оцінювання цього явища. Результати. Розглянуто стадійність зародження корозійної, а також поверхневої корозійно-втомної пошкоджуваності конструкційних сталей. Запропоновано критеріальне співвідношення для оцінювання періоду зародження поверхневої корозійно-втомної тріщини, як певна комбінація кількості циклів навантаження до зародження тріщини, струму корозії, констант електрохімічного розчинення металевої поверхні і параметрів циклічного навантаження. На його підґрунті встановлено та апробовано експериментальну залежність для визначення кількості циклів навантаження до зародження поверхневої корозійно-втомної тріщини. Цель. Разработка инженерного подхода для оценивания поверхностной коррозионной усталости гибких труб колтюбинговых установок, базируясь на обобщенных данных о коррозионно-усталостном поведении конструкционных сталей и анализе существующих методов и подходов для оценивания этих явлений. Результаты. Рассмотрена стадийность зарождения коррозионной, а также поверхностной коррозионно-усталостной повреждаемости конструкционных сталей. Предложено критериальное соотношение для оценивания периода зарождения поверхностной коррозионно-усталостной трещины, которое связывает количество циклов нагружения до инициирования трещины, тока коррозии, констант электрохимического растворения поверхности металла и параметров циклического нагружения. На его основании установлена и подтверждена экспериментальная зависимость для определения количества циклов нагружения до зарождения поверхностной коррозионно-усталостной трещины. Purpose. To propose an engineering approach for evaluating surface corrosion fatigue of flexible pipes of coiled tubing equipment, on the basis of the generalized data about corrosion fatigue behaviour of structural steels and analysis of the existing methods and approaches for assessment of these phenomena. Findings. The stages of initial corrosion damaging and surface corrosion fatigue nucleation in structural steels were considered. The criterion ratio for evaluating the period of surface corrosion fatigue crack nucleation that relates the number of loading cycles before crack initiation, the corrosion current, the constants of electrochemical dissolution of metal surface to the cyclic loading parameters is derived. This criterion allowed to obtain and substantiate the experimental formula for predicting the number of loading cycles prior to the surface corrosion fatigue crack nucleation. Публікація містить результати досліджень, здійснених за проектом Р6.1 “Розроблення нових методів підвищення надійності та довговічності гнучких труб для газонафтовидобування за колтюбінговими технологіями” цільової програми наукових досліджень НАН України “Надійність і довговічність матеріалів, конструкцій, обладнання та споруд” (“Ресурс-2”). uk УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України Розробка родовищ Корозійно-втомна пошкоджуваність гнучких труб колтюбінгових установок: методи та підходи до оцінювання Коррозионно-усталостная повреждаемость гибких труб колтюбинговых установок: методы и подходы к оцениванию Damage to flexible pipes of coiled tubing equipment due to corrosion and fatigue: methods and approaches for evaluation Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Корозійно-втомна пошкоджуваність гнучких труб колтюбінгових установок: методи та підходи до оцінювання |
| spellingShingle |
Корозійно-втомна пошкоджуваність гнучких труб колтюбінгових установок: методи та підходи до оцінювання Сиротюк, А. Витязь, О. Зяя, Я. |
| title_short |
Корозійно-втомна пошкоджуваність гнучких труб колтюбінгових установок: методи та підходи до оцінювання |
| title_full |
Корозійно-втомна пошкоджуваність гнучких труб колтюбінгових установок: методи та підходи до оцінювання |
| title_fullStr |
Корозійно-втомна пошкоджуваність гнучких труб колтюбінгових установок: методи та підходи до оцінювання |
| title_full_unstemmed |
Корозійно-втомна пошкоджуваність гнучких труб колтюбінгових установок: методи та підходи до оцінювання |
| title_sort |
корозійно-втомна пошкоджуваність гнучких труб колтюбінгових установок: методи та підходи до оцінювання |
| author |
Сиротюк, А. Витязь, О. Зяя, Я. |
| author_facet |
Сиротюк, А. Витязь, О. Зяя, Я. |
| publishDate |
2017 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Розробка родовищ |
| publisher |
УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Коррозионно-усталостная повреждаемость гибких труб колтюбинговых установок: методы и подходы к оцениванию Damage to flexible pipes of coiled tubing equipment due to corrosion and fatigue: methods and approaches for evaluation |
| description |
Мета. Розробка інженерного підходу до оцінювання поверхневої корозійно-втомної пошкоджуваності гнучких труб колтюбінгових установок, базуючись на узагальнених даних про корозійно-втомну стійкість конструкційних сталей та аналізі існуючих методів та підходів до оцінювання цього явища. Результати. Розглянуто стадійність зародження корозійної, а також поверхневої корозійно-втомної пошкоджуваності конструкційних сталей. Запропоновано критеріальне співвідношення для оцінювання періоду зародження поверхневої корозійно-втомної тріщини, як певна комбінація кількості циклів навантаження до зародження тріщини, струму корозії, констант електрохімічного розчинення металевої поверхні і параметрів циклічного навантаження. На його підґрунті встановлено та апробовано експериментальну залежність для визначення кількості циклів навантаження до зародження поверхневої корозійно-втомної тріщини.
Цель. Разработка инженерного подхода для оценивания поверхностной коррозионной усталости гибких труб колтюбинговых установок, базируясь на обобщенных данных о коррозионно-усталостном поведении конструкционных сталей и анализе существующих методов и подходов для оценивания этих явлений. Результаты. Рассмотрена стадийность зарождения коррозионной, а также поверхностной коррозионно-усталостной повреждаемости конструкционных сталей. Предложено критериальное соотношение для оценивания периода зарождения поверхностной коррозионно-усталостной трещины, которое связывает количество циклов нагружения до инициирования трещины, тока коррозии, констант электрохимического растворения поверхности металла и параметров циклического нагружения. На его основании установлена и подтверждена экспериментальная зависимость для определения количества циклов нагружения до зарождения поверхностной коррозионно-усталостной трещины.
Purpose. To propose an engineering approach for evaluating surface corrosion fatigue of flexible pipes of coiled tubing equipment, on the basis of the generalized data about corrosion fatigue behaviour of structural steels and analysis of the existing methods and approaches for assessment of these phenomena. Findings. The stages of initial corrosion damaging and surface corrosion fatigue nucleation in structural steels were considered. The criterion ratio for evaluating the period of surface corrosion fatigue crack nucleation that relates the number of loading cycles before crack initiation, the corrosion current, the constants of electrochemical dissolution of metal surface to the cyclic loading parameters is derived. This criterion allowed to obtain and substantiate the experimental formula for predicting the number of loading cycles prior to the surface corrosion fatigue crack nucleation.
|
| issn |
2415-3435 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/145773 |
| citation_txt |
Корозійно-втомна пошкоджуваність гнучких труб колтюбінгових установок: методи та підходи до оцінювання / А. Сиротюк, О. Витязь, Я. Зяя // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2017. — Т. 11, вип. 4. — С. 96-103. — Бібліогр.: 23 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT sirotûka korozíinovtomnapoškodžuvanístʹgnučkihtrubkoltûbíngovihustanovokmetoditapídhodidoocínûvannâ AT vitâzʹo korozíinovtomnapoškodžuvanístʹgnučkihtrubkoltûbíngovihustanovokmetoditapídhodidoocínûvannâ AT zâââ korozíinovtomnapoškodžuvanístʹgnučkihtrubkoltûbíngovihustanovokmetoditapídhodidoocínûvannâ AT sirotûka korrozionnoustalostnaâpovreždaemostʹgibkihtrubkoltûbingovyhustanovokmetodyipodhodykocenivaniû AT vitâzʹo korrozionnoustalostnaâpovreždaemostʹgibkihtrubkoltûbingovyhustanovokmetodyipodhodykocenivaniû AT zâââ korrozionnoustalostnaâpovreždaemostʹgibkihtrubkoltûbingovyhustanovokmetodyipodhodykocenivaniû AT sirotûka damagetoflexiblepipesofcoiledtubingequipmentduetocorrosionandfatiguemethodsandapproachesforevaluation AT vitâzʹo damagetoflexiblepipesofcoiledtubingequipmentduetocorrosionandfatiguemethodsandapproachesforevaluation AT zâââ damagetoflexiblepipesofcoiledtubingequipmentduetocorrosionandfatiguemethodsandapproachesforevaluation |
| first_indexed |
2025-11-25T20:55:13Z |
| last_indexed |
2025-11-25T20:55:13Z |
| _version_ |
1850543533195264000 |
| fulltext |
Founded in
1900
National Mining
University
Mining of Mineral Deposits
ISSN 2415-3443 (Online) | ISSN 2415-3435 (Print)
Journal homepage http://mining.in.ua
Volume 11 (2017), Issue 4, pp. 96-103
96
UDC 620.191.33 https://doі.org/10.15407/mіnіng11.04.096
КОРОЗІЙНО-ВТОМНА ПОШКОДЖУВАНІСТЬ ГНУЧКИХ ТРУБ
КОЛТЮБІНГОВИХ УСТАНОВОК: МЕТОДИ ТА ПІДХОДИ ДО ОЦІНЮВАННЯ
А. Сиротюк1*, О. Витязь2, Я. Зяя3
1Відділ фізичних основ руйнування та міцності матеріалів в агресивних середовищах, Фізико-механічний інститут
ім. Г.В. Карпенка НАН України, Львів, Україна
2Інститут нафтогазової інженерії, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, Івано-
Франківськ, Україна
3Кафедра буріння та геоінженерії, Краківська гірничо-металургійна академія ім. С. Сташиця, Краків, Польща
*Відповідальний автор: e-mail syrotyuk@ipm.lviv.ua, тел. +380322296655, факс +380322649427
DAMAGE TO FLEXIBLE PIPES OF COILED TUBING EQUIPMENT DUE TO
CORROSION AND FATIGUE: METHODS AND APPROACHES FOR EVALUATION
А. Syrotyuk1*, О. Vytyaz2, J. Ziaja3
1Department of Physical Fundamentals of Fracture and Strength of Materials in Aggressive Environments, Karpenko Physico-
Mechanical Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine, Lviv, Ukraine
2Institute of Petroleum Engineering, Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas, Ivano-Frankivsk, Ukraine
3Department of Drilling and Geoengineering, AGH University of Science and Technology, Krakow, Poland
*Corresponding author: e-mail syrotyuk@ipm.lviv.ua, tel. +380322296655, fax +380322649427
ABSTRACT
Purpose. To propose an engineering approach for evaluating surface corrosion fatigue of flexible pipes of coiled
tubing equipment, on the basis of the generalized data about corrosion fatigue behaviour of structural steels and ana-
lysis of the existing methods and approaches for assessment of these phenomena.
Methods. We applied the original method of corrosion fatigue study which takes into account the parameters of
electrochemical dissolution of cyclically deformed surface in conditions of its deformation, as well as the known
methods of fracture mechanics, corrosion science, electrochemistry and materials science.
Findings. The stages of initial corrosion damaging and surface corrosion fatigue nucleation in structural steels
were considered. The criterion ratio for evaluating the period of surface corrosion fatigue crack nucleation that
relates the number of loading cycles before crack initiation, the corrosion current, the constants of electrochemical
dissolution of metal surface to the cyclic loading parameters is derived. This criterion allowed to obtain and sub-
stantiate the experimental formula for predicting the number of loading cycles prior to the surface corrosion fa-
tigue crack nucleation.
Originality. The suggested new model describes the surface fatigue crack nucleation as a result of interaction be-
tween corrosion and operational cyclic loadings of the coiled tubing equipment flexible pipes.
Practical implications. The proposed relationship for calculating macrocrack nucleation period is applicable for
engineering assessment of serviceability and fracture risk of flexible pipes of coiled tubing equipment under assigned
operating conditions.
Keywords: coiled tubing equipment, flexible pipe, high strength low alloyed steel, corrosive environment, cyclic
loading, number of loading cycles, damages, crack-like defect, crack growth rate, macrocrack nucleation period
1. ВСТУП
Особливість розвитку нафтогазовидобувного
комплексу України полягає у експлуатації великої
кількості родовищ на пізніх стадіях розробки, запаси
яких вважаються важкодобувними. Водночас, інтен-
сивні геологорозвідувальні роботи зумовлюють відк-
риття нових невеликих, а також середніх родовищ. У
зазначених випадках раціонально використовувати
колтюбінгові (Coiled Tubing) технології. Вони приз-
начені для проведення технологічних операцій під
час капітального і підземних ремонтів свердловин,
інтенсифікації діючих, а також для буріння бокових,
похилих та горизонтальних отворів у нафтових і
газових свердловинах з використанням гнучкої труби
А. Syrotyuk, О. Vytyaz, J. Ziaja. (2017). Mining of Mineral Deposits, 11(4), 96-103
97
(ГТ). Технології відзначаються високою економіч-
ною ефективністю, перебувають у стані неперервно-
го розвитку та вдосконалення, а для координації цих
зусиль існує відповідна міжнародна асоціація
(Intervention & Coiled Tubing Association (ICoTA):
http://www.icota.com/).
Комплекс устаткування для буріння чи видобутку
з використання колтюбінгових технологій (Рису-
нок 1) монтується на шасі автомобіля, або автомобі-
льному напівпричепі.
Рисунок 1. Комплекс технологічного устаткування кол-
тюбінгової установки
Основним елементом всього комплексу устатку-
вання є зварна металева ГТ довжиною 3 – 9 км (і бі-
льше), намотана на барабан. Слід відзначити, що в
технологічному устаткуванні ГТ працюють у пружно-
пластичній області деформування, а це зумовлює осо-
бливі вимоги до якості ГТ, і, отже, до характеристик
матеріалу труб та технології виробництва. Попри це, у
результаті тривалої експлуатації можливе локальне
руйнування труб, що спричинить аварійну ситуацію
(Nasr-El-Din & Metcalf, 2008; Perry, 2009).
ГТ виготовляють з високоміцних низьколегова-
них сталей, автоматичним зварюванням з ретельним
контролем впродовж всього технологічного процесу.
Згідно статистичних даних (Tipton, Carlson, & Sorem,
2006; Padron, Luft, Kee, & Tipton, 2007; Liu, Zheng,
Diaz, & Hauglund, 2015; Shaohu et al., 2017;) механічні
пошкодження ГТ, що виникають у процесі експлуа-
тації, складають близько 32%, від загальної кількості
пошкоджень, 13% – корозійно-втомне руйнування,
18% – кислотна корозія, 9% – сірководнева корозія,
10% – помилки обслуговуючого персоналу, 8% –
дефекти виробництва, 4% – ерозія, 2% – корозія при
зберіганні, 2% – дефекти зварювання, 1% – втомне
руйнування, 1% – інше.
2. ОСНОВНА ЧАСТИНА
ГТ колтюбінгових установок працюють за циклі-
чних згинальних навантажень та сумісної дії агреси-
вних робочих середовищ, що сприяє проявам корозії.
Водночас найбільшими швидкостями процесу харак-
теризується локалізована корозія ГТ, особливо за дії
циклічних та згинальних навантажень.
Сумісна дія втоми та корозії є однією з основних
причин виникнення аварійних ситуацій до вичерпання
ресурсу ГТ, зумовлених поверхневими пошкодження-
ми і за навантажень значно нижчих ніж допустимі.
Зменшення опору поширення тріщин у матеріалі, а
відповідно і зниження ресурсу ГТ, швидше за все,
пояснюється зародження втомних тріщин від поверх-
невих дефектів (механічні дефекти чи корозійні пош-
кодження) за підвищених напружень у перерізі ГТ.
Кількісна оцінка локальних поверхневих дефектів
типу пітинга та їх ролі у процесі зародження тріщини
є надзвичайно важливою для визначення загальної
довговічності ГТ. Моделі, що базуються на механіці
руйнування матеріалів при включенні цього явища
до процедури інженерних розрахунків загальної дов-
говічності ГТ мають високу достовірність та точ-
ність, хоча не пояснюють фізичної суті процесу по-
чаткової пошкоджуваності.
Явище корозійно-втомного руйнування. На сьогод-
ні, незаперечним фактом є те, що корозійна втома
конструкційних металів та сплавів – це багатостадій-
ний процес (Dmytrakh, Akid, & Miller, 1997; Miller &
Akid, 1997; Dmytrakh & Panasyuk, 1999), який склада-
ється із наступних основних стадій:
– розвиток початкових поверхневих пошкоджень
типу пітингів та корозійних виразок;
– стадія переходу “пітинг – тріщина”;
– розвиток тріщини до критичних розмірів.
Вклад і важливість кожної зі стадій у загальну оці-
нку корозійної втоми зразка чи елемента труби може
бути різним і залежить від фізико-хімічних особливос-
тей системи “матеріал – середовище”, умов наванта-
ження та геометричних розмірів об’єкту (Miller &
Akid, 1997; Dmytrakh & Panasyuk, 1999; Dmytrakh,
2001). Іншими словами, для кожного розглядуваного
випадку існує своя “лімітуюча стадія”, яка визначає
процес корозійно-втомного руйнування, і тим самим є
базовою для оцінювання довговічності елемента конс-
трукції трубопроводу в заданих умовах роботи.
Початкова локалізація процесу руйнування спричи-
нена існуванням на поверхні металу певних неоднорід-
ностей чи включень, що призводить до утворення ло-
кальних корозійно активних ділянок. На звичайній
плоскій поверхні, за умови контакту з однорідним
корозійним середовищем, така активна ділянка мусить
репасивуватись. Але за певних умов накопичення про-
дуктів корозійної реакції, середовище у приповерхне-
вих шарах зазнає змін і викликає функціонування ко-
розійної системи. Дана активна ділянка, переважно,
стає місцем протікання анодної частини корозійного
процесу, тоді як катодна область, де відбувається від-
новлення молекул окисника електрохімічної реакції,
буде знаходитись в околі цієї ділянки. Такий поділ
корозійного процесу обов’язково приведе, в першу
чергу, до появи локальних струмів, тобто відтоку елек-
тронів від активної (анодної) ділянки і міграції до неї
аніонів, а також до зміни складу розчину поблизу акти-
вної ділянки, що в свою чергу сповільнює репасивацію
поверхні і ще більше підсилює активацію процесу. За
наявності в розчині активуючих аніонів, які беруть
участь в електрохімічній іонізації металів, активація
процесу значно підсилюється, оскільки ці аніони поле-
А. Syrotyuk, О. Vytyaz, J. Ziaja. (2017). Mining of Mineral Deposits, 11(4), 96-103
98
гшують перебіг анодної реакції. Відповідно, зростання
активності ділянки, що розчиняється, збільшить потік
до неї аніонів, що ще більше посилюватиме локаліза-
цію корозійного процесу. Тому він стає самоприско-
рюючим, тобто автокаталітичним (Turnbull, 1987).
У випадку деформування поверхні металу корозій-
ні процеси значно прискорюються. Так зафіксовано
(Panasyuk, 1991), що за одночасного впливу середови-
ща та прикладення навантажень зменшується поверх-
нева енергії матеріалу в результаті адсорбційних про-
цесів. Таке адсорбційне зменшення міцності виклика-
но полегшенням реалізації розвитку нових поверхонь
внаслідок деформаційного розриву міжатомних зв’язків.
З іншого боку, деформування підвищує енергетичний
рівень частинок середовища чи кристалічної гратки,
тим самим, полегшуючи відрив атомів металу з повер-
хні. Встановлено, що найінтенсивніше корозійне сере-
довище впливає на деформований метал тоді, коли в
матеріалі виникають пластичні необоротні деформації.
Такий вплив пластичних деформацій та середовища є
взаємним: пластичні деформації стимулюють актива-
цію електрохімічних процесів на поверхні металу, а
інтенсифікація електрохімічних процесів розчинення
полегшує пластичне деформування поверхні.
Вищеописані процеси спричиняють утворення на
поверхні металу, в місцях реалізації локалізованих
корозійних процесів, зародкових дефектів (пітингів,
корозійних виразок тощо). Вирішальна роль на цьому
початковому етапі корозійного руйнування відво-
диться електрохімічним процесам, що активуються
механічними напруженнями.
Другий етап характеризується утворенням, від
вже існуючих пітингів, перших тріщиноподібних
дефектів, так званих, фізично коротких тріщин –
тріщин, довжина яких, практично, не перевищує
віддалі між головними мікроструктурними бар’єрами
(Miller, 1993a; Miller, 1993b; Murtaza, 1995; Miller &
Akid, 1997). На цьому етапі корозійного руйнування
зростає роль механічного фактора.
Подальший перебіг корозійно-механічного руйну-
вання приводить до розвитку та злиття мікротріщин,
після чого формуються макротріщини (Panasyuk,
1991). На третьому етапі відбувається концентрування
пружно-пластичних деформацій, а також зміщення
активної ділянки розчинення з поверхні металу до
вершини тріщини, що викликає додатковий ефект
локалізації корозійного руйнування металу.
На завершення слід відзначити, що електрохімічні
процеси, які спричиняють реалізацію механізму ло-
кального анодного розчинення металу, мають прин-
ципово важливе значення для дослідження початко-
вих стадій руйнування металевих конструкційних
матеріалів, і результатом яких є утворення поверхне-
вих тріщиноподібних дефектів (Akid & Miller, 1991;
Larrosa, Akid, & Ainsworth, 2017).
Моделі поверхневого корозійно-втомного руйну-
вання. У літературі поширене твердження (Akid &
Miller, 1991; Larrosa, Akid, & Ainsworth, 2017), що
для металевих полікристалічних матеріалів, тріщина
росте з мікроструктурних несуцільностей чи пошко-
джень, викликаних механічною обробкою, зразу ж
після перших циклів навантаження.
Такий підхід дає можливість уникнути оцінки пе-
ріоду зародження макротріщини, який важко підда-
ється розрахункам. В “інертному” середовищі, на-
приклад у повітрі чи вакуумі, розвиток поверхневих
втомних тріщин може починатися відразу й зумов-
люватися концентрацією макро- чи мікронапружень
біля вирізів, на межах матриці та неметалевого вкра-
плення (на поверхні чи під нею), границі зерен та в
потрійних точках або в околі подряпин, на відносно
гладких поверхнях, спричинених механічною оброб-
кою чи поліруванням. В усіх перелічених випадках
надзвичайно важко спостерігати початковий ріст
тріщини завдовжки 1 або 2 мкм з прилеглою мікроп-
ластичною зоною, доки тріщина не вийде за межі
осередку зародження. В агресивному середовищі це
відбувається швидко, і є підстави вважати, що повер-
хневі дефекти зароджуються та поширюються зразу
ж після прикладення циклічного навантаження.
Відомо ряд моделей (Miller & Akid, 1997; Larrosa,
Akid, & Ainsworth, 2017), що описують початок вто-
много руйнування. В основному вони базуються на
експериментальних працях, які розглядали різні ас-
пекти проблеми. Інженери-конструктори переважно
зосереджували свою увагу на впливі навантаження на
довговічність, отже, на розумінні кривих витривалос-
ті, які пов’язують циклічні напруження чи деформа-
ції з кількістю циклів до руйнування інженерної кон-
струкції. Інша велика частина досліджень, проведе-
них ученими-матеріалознавцями, стосувалася проце-
сів, що зумовлюють розвиток стійких смуг ковзання,
стабільних циклічних кривих “напруження – дефор-
мація” та утворення мікротріщин. Обидва підходи
можуть розглядатися як деформаційні, тобто такі, що
пов’язують циклічні деформації з нагромадженням
пошкоджень та кінцевим руйнуванням.
Форсайт (Miller & Akid, 1997) поєднав різні та по
суті відмінні підходи до втоми. Він визначив дві ціл-
ком відмінні стадії росту тріщини: на стадії І тріщину
рухають напруження зсуву, а на стадії II – розтягуючі.
Першим послідовником такого підходу був Томкінс
(Miller & Akid, 1997), який розвинув модель поши-
рення тріщини на стадії II, а згодом Наварро та де лос
Ріос (Navarro & Rios, 1987; Navarro & Rios, 1988)
сформулювали модель росту тріщини на стадії І. Вод-
ночас Періс (Paris, Gomez, & Anderson, 1961; Paris &
Erdogan, 1963) аналізував поведінку порівняно довгих
втомних тріщин, використовуючи лінійно-пружну
механіку руйнування. У цьому підході пізніше визна-
чено поріг, тобто граничну умову, коли втомна трі-
щина не буде рости через недостатню довжину чи
низькі напруження, які не можуть забезпечити її без-
перервний ріст. Міллер (Miller, 1993a; Miller, 1993b)
вказав на існування двох принципово відмінних поро-
гів у полікристалічних металах. Перший з них, відно-
ситься до росту довгих тріщин під порівняно низьки-
ми напруженнями та мало залежить від мікрострукту-
ри, і стосується втомної довговічності інженерних
конструкцій та формування й поширення тріщин на
стадії II. Другий, сильно залежить від мікроструктури.
Він характеризує властивий металові опір втомі та
формування й ріст втомної тріщин на стадії І. Межа
між цими двома пороговими умовами – це складна
А. Syrotyuk, О. Vytyaz, J. Ziaja. (2017). Mining of Mineral Deposits, 11(4), 96-103
99
зона переходу тріщини, мікроструктурних розмірів,
яка, звичайно, охоплює одне велике зерно (стадія І), у
тріщину розриву, що безперервно росте, і фронт якої
охоплює багато зерен (стадія II). Саме ця складна
перехідна зона дуже малої тріщини, яка поширюється
надзвичайно повільно і, в основному, визначає опір
втомі та втомну довговічність металів (Paris, Gomez,
& Anderson, 1961; Miller & Akid, 1997).
Внесок цих досліджень був вагомим із різних то-
чок зору, зокрема, що дія середовища найважливіша
в період росту коротких тріщин. Як показали дослі-
дження (Murtaza, 1995), достатньо ввести корозійне
середовище лише впродовж дуже обмеженого відріз-
ка часу, щоб тріщина подолала властивий металу
опір втомі у повітрі. Тоді вона дальше ростиме під
напруженнями, значно нижчими від границі витри-
валості в повітрі, без подальшої дії корозійного сере-
довища. Існує велика ймовірність того, що така коро-
ткотривала дія корозійного середовища може дати
меншу довговічність, ніж за його постійної присут-
ності, оскільки тут маємо менший приріст тріщини та
менший час, за який утворюються корозійні продук-
ти, що зменшує циклічне розкриття тріщини і, отже,
швидкість її росту.
Рідке корозійне середовище уможливлює ефекти-
вне подолання домінантного (тобто визначального
для довговічності) мікроструктурного бар’єра.
Аналіз електрохімічних аспектів корозійної вто-
ми показав (Keddam & Vieira da Silva, 1980; Miller &
Akid, 1997): по-перше – важливість пластичної де-
формації у пришвидшенні корозії, а по-друге – те,
що катодний струм відновлює довговічність сталей
у нейтральних розчинах солі. Роль середовища на
ранній стадії росту тріщини підтвердили й двоста-
дійні випробування, які засвідчили, що усунення
середовища після часу, що становить певну частку
сподіваної корозійно-втомної довговічності, її сут-
тєво не збільшує. Пояснення цих спостережень за-
пропонував Акід (Akid & Miller, 1991; Larrosa, Akid,
& Ainsworth, 2017), який обґрунтував факт тим, що
втомна довговічність визначається просуванням
тріщини через домінантний мікроструктурний
бар’єр, коли ж довжина тріщини перевищила кри-
тичне значення, вплив середовища менш важливий,
ніж напруження, які характеризують деформації
біля вершини тріщини. Такий висновок отримав
експериментальне підтвердження.
Дослідники, які застосовують механіку руйнування
на практиці, стосовно втоми матеріалів, розробили ряд
формальних підходів (Miller, 1993a; Miller, 1993b;
Miller & Akid, 1997), щоб усунути протиріччя,
пов’язане зі застосуванням механіки руйнування до
малих тріщин. Воно полягає в тому, що незважаючи
на малу довжину тріщин і низький коефіцієнт інтенси-
вності напружень, малі тріщини поширюються в гли-
бину матеріалу. Підвищена здатність малих тріщин
розвиватись за розмаху коефіцієнта інтенсивності
напружень нижче порогового і напруженнях вище
границі витривалості Δσ-1, враховується формальними
поправками на довжину тріщини:
( )2
0 1σ / πthl K −= Δ Δ , (1)
яку треба додавати до реальної довжини тріщини,
розраховуючи коефіцієнт інтенсивності напружень.
Ці підходи дозволяють використовувати лінійну
механіку руйнування для аналізу розвитку малих
тріщин (Miller, 1993a; Miller, 1993b). Границя витри-
валості гладкого взірця в цих підходах – завжди ве-
личина незалежна, тому її потрібно визначати експе-
риментально. Формальні поправки, що вводяться
авторами праць відображають незнання конкретних
аномальних властивостей приповерхневих шарів.
Дещо інша, за фізичним змістом, є модель розвину-
та у працях (Navarro & Rios, 1987; Navarro & Rios,
1988). Тут із використанням понять мікроструктурної
механіки руйнування, аномальні властивості приповер-
хневого шару моделюються параметрами структури.
Зокрема, вводиться поняття віддалі d між головними
мікроструктурними бар’єрами, що властиві конструк-
ційним металам і сплавам. Експериментальна модель,
описана Хобсоном і Брауном (Miller & Akid, 1997),
розглядає ріст тріщин у межах зерна чи фази. У даній
моделі швидкість втомного росту тріщин описується
рівняннями:
( )αεda A d a
dN
= Δ − ; (2)
( )βεda B a D
dN
= Δ − , (3)
де:
A, B, α, β – константи матеріалу;
Δε – розмах циклічної осьової деформації;
a – довжина тріщини;
d – відстань до мікроструктурного бар’єра;
D – поріг, що залежить від напружено-деформо-
ваного стану.
Базуючись на такому підході, увагу дослідників
привернув вплив корозійного середовища на розви-
ток коротких дефектів (Akid & Miller, 1991; Miller &
Akid, 1997). Ріст втомних тріщин є важливим, коли
розглядаються ефекти середовища, поки корозійні
процеси можуть бути причиною зсунення границі
втоми (Akid & Miller, 1991; Larrosa, Akid, &
Ainsworth, 2017).
Ріст тріщини, обумовлений впливом середовища,
було змодельовано з використанням таких рівнянь
(Miller & Akid, 1997):
cf air diss
da da da
dN dN dN
= +
; (4)
1
ρ ωcorr
diss
da M i
dN zF
=
, (5)
де:
icorr – анодний корозійний струм розчинення
металу;
ω – циклічна частота;
z, F, ρ, M – константи;
cf, diss – індекси, що описують корозійну втому і
розчинення відповідно.
Більш важливий аспект такого підходу – це зни-
ження впливу мікроструктурного бар’єра за напру-
А. Syrotyuk, О. Vytyaz, J. Ziaja. (2017). Mining of Mineral Deposits, 11(4), 96-103
100
жень нижче границі втоми. Ці процеси представлені
рівнянням (4). По суті, нульовий ріст тріщини, який
асоціюється з границею втоми, є зміщеним до кінце-
вої швидкості росту тріщини тільки завдяки корозій-
ному середовищу, що описує рівняння (5).
Модель поверхневого корозійно-втомного тріщино-
утворення. Основним недоліком наведених вище під-
ходів є відсутність встановленого взаємозв’язку між
фізико-хімічними процесами на циклічно-деформо-
ваних поверхнях та параметрами початкових стадій
втомного руйнування матеріалу. Запропонований авто-
рами підхід, в певній мірі, усуває вказані недоліки.
Аналіз експлуатаційних пошкоджень ГТ підтвер-
джує, що основною характерною особливістю початко-
вих процесів корозійної втоми є їх локалізація залежно
від особливостей стану металевої поверхні. Це спричи-
нено існуванням на поверхні металу певних неоднорід-
ностей чи включень, що зумовлює утворення локальних
корозійно-активних ділянок. Наслідком цього є заро-
дження корозійно-механічних пітингів та виразок, які
слід розглядати як потенційні концентратори напру-
жень. Вирішальну роль на цьому етапі корозійного
руйнування відводять електрохімічним процесам, що
активуються механічними напруженнями.
За циклічного деформування кількість корозійно-
втомних пітингів та виразок зростає і вони є джере-
лом зародження поверхневих тріщин (Рис. 2). Таку
стадійність процесу “пітинг – поверхнева тріщина”
можна, за аналогією, порівняти зі зародженням коро-
зійно-втомної тріщини біля півколових концентрато-
рів напружень.
Рисунок 2. Зародження корозійно-втомної тріщини біля
пітингу на поверхні сталі 08Х18Н12Т
Базуючись на цьому, запропонована модельна
схема корозійної втоми під час пітингоутворення. На
першій стадії відбувається зародження та ріст пітин-
гу в часі τ до деякого характеристичного розміру
c = d за механізмом електрохімічного розчинення
металу, що інтенсифікується прикладеними цикліч-
ними напруженнями Δσ:
( ); σ; τpit pitc F i= Δ , якщо 0 c d≤ ≤ . (6)
Тут інтенсивність процесу визначає густина стру-
му електрохімічного розчинення металу ipit.
Друга стадія полягає у зародженні втомної тріщи-
ни довжиною a від пітингу розміром c = d, внаслідок
сумісної дії локальної електрохімічної корозії, яка
характеризується густиною струму i*
pit та локальними
“ефективними” циклічними напруженнями σeff:
( );σ ;crack pit effa F i N∗= при c d≥ , (7)
де:
N – кількість циклів втомного навантаження.
Слід зазначити, що в цьому випадку особливістю
є те, що локалізована фізико-хімічна дія середовища
спричиняє локальну концентрацію механічних на-
пружень поблизу дна пітингу, а ці підвищені напру-
ження, в свою чергу, інтенсифікують його ріст. Тобто
спостерігається синергізм локальних механічних та
фізико-хімічних взаємодій.
Слід зазначити, в процесі досліджень розглянуто
принципово важливий випадок – ініціювання пітингу
циклічними напруженнями (Δσ = σ0.2) на поверхні
сталі 08Х18Н12Т за постійного потенціалу поляризації
(E = 0.1В = const), який відповідає її пасивному стану.
Тобто тут відсутні умови для реалізації пітингоутво-
рення за класичним електрохімічним механізмом.
Результати цих досліджень засвідчили неочевид-
ний результат – ініціювання пітингоутворення циклі-
чними напруженнями на поверхні, що інтегрально
перебуває в пасивному стані. При цьому спочатку
виникає поодинокий пітинг (Рис. 3а), навколо якого
густина корозійного струму вища, ніж на непошко-
дженій поверхні металу, на порядок і більше
(Рис. 3б). У подальшому, зі зростанням кількості
циклів навантаження інтенсивність пітингоутворення
збільшується, що призводить до суттєвого посилення
корозійної активності циклічно деформованої повер-
хні (Рис. 4). Далі утворені пітинги стають джерелом
зародження поверхневих тріщин.
Зародження макротріщини біля пітингу в умовах
корозійної втоми оцінювали, моделюючи його півко-
ловим концентратором напружень. Експерименталь-
но встановлено, що особливістю утворення тріщини
на поверхні півколового концентратора напружень є
досягнення деякої критичної густини q* поверхневих
тріщин, що мають сталу (характеристичну) довжину
a = a*. Після досягнення такого критичного стану
відбувається швидка стадія злиття (коалесценції) цих
тріщин, що призводить до утворення макротріщини
біля вершини концентратора напружень.
Рисунок 3. Корозійно-втомний пітинг на поверхні сталі
08Х18Н12Т (a) та карта розподілу локальних
корозійних струмів навколо нього (б); середо-
вище – 3.5%-ий розчин NaCl (pH 6.5)
А. Syrotyuk, О. Vytyaz, J. Ziaja. (2017). Mining of Mineral Deposits, 11(4), 96-103
101
Рисунок 4. Карта розподілу локальних корозійних стру-
мів (б) на циклічно деформованій поверхні в
сталі 08Х18Н12Т за інтенсивного пітинго-
утворення (а); середовище – 3.5%-ий розчин
NaCl (pH 6.5)
Тому за період утворення макротріщини прийнято
кількість циклів навантаження N = N*, з досягненням
якої реалізується умова q = q*. У роботі показано, що
критеріальне співвідношення для оцінки періоду
зародження макротріщини є деякою комбінацією
параметрів напружено-деформованого стану матеріа-
лу в зоні процесу та параметрів електрохімічного
розчинення поверхні деформованого металу біля
концентратора напружень, тобто:
( ) ( )
0
1σ const
ρ ω
N
m
eff
M i N dN C
zF
∗ Δ ⋅ ⋅ = =
, (8)
де:
Δσeff – розмах ефективних напружень;
m, C, M, z, F, ρ – константи електрохімічного
розчинення металу для заданої системи “метал –
середовище”;
ω – частота циклічного навантаження;
i(N) – густина струму електрохімічного розчинення
металу як функція кількості циклів навантаження N;
N* – кількість циклів навантаження, для досяг-
нення критичного значення q* густини поверхневих
тріщин довжиною a = a*.
На основі (8), за умови i(N) = icorr = const одержу-
ємо співвідношення:
( )
ρ ω
σ
m
corr eff
zF CN
Mi∗ =
Δ
. (9)
У залежності (9) змінними параметрами є Δσeff та
icorr, а решта – відомі константи електрохімічного розчи-
нення металу для заданої системи “метал – середовище”.
Таким чином, ґрунтуючись на підходах механіки
руйнування та електрохімії, запропоновано критеріа-
льне співвідношення для оцінювання періоду заро-
дження поверхневої тріщини від корозійного пітингу,
яке є певною комбінацією параметрів напружено-
деформованого стану матеріалу в зоні процесу та
параметрів електрохімічного розчинення поверхні
деформованого металу біля концентратора напру-
жень. Цей підхід до оцінювання корозійно-втомного
тріщиноутворення, що враховує синергетичну дію
циклічних напружень та електрохімічних процесів, є
ефективним для інженерного застосування.
3. ВИСНОВКИ
Розглянуто стадійність зародження корозійної, а
також поверхневої корозійно-втомної пошкоджува-
ності конструкційних сталей. Запропоновано крите-
ріальне співвідношення для оцінювання періоду за-
родження поверхневої корозійно-втомної тріщини, як
певну комбінацію кількості циклів навантаження до
зародження тріщини, струму корозії, констант елект-
рохімічного розчинення металевої поверхні і параме-
трів циклічного навантаження. Базуючись на цьому
критерії запропоновано та апробовано експеримента-
льну залежність для визначення кількості циклів
навантаження до зародження поверхневої корозійно-
втомної тріщини як результат взаємодії корозійного
середовища та робочих циклічних напружень ГТ
колтюбінгових установок. Дана залежність може
бути застосована для інженерного оцінювання довго-
вічності та ризику руйнування ГТ колтюбінгових
установок за дії агресивних робочих середовищ.
ВДЯЧНІСТЬ
Публікація містить результати досліджень, здійс-
нених за проектом Р6.1 “Розроблення нових методів
підвищення надійності та довговічності гнучких труб
для газонафтовидобування за колтюбінговими техно-
логіями” цільової програми наукових досліджень
НАН України “Надійність і довговічність матеріалів,
конструкцій, обладнання та споруд” (“Ресурс-2”).
REFERENCES
Akid, R., & Miller, K.J. (1991). Short Fatigue Crack Growth
Behaviour of a Low Carbon Steel under Corrosion Fatigue
Conditions. Fatigue & Fracture of Engineering Materials
and Structures, 14(6), 637-649.
https://doi.org/10.1111/j.1460-2695.1991.tb00693.x
Dmytrakh, I.M. (2001). On Corrosion Fatigue Initiation from
Notches and the Local Corrosion Fracture Approaches.
Notch Effects in Fatigue and Fracture, 331-346.
https://doi.org/10.1007/978-94-010-0880-8_21
Dmytrakh, I., & Panasyuk, V. (1999). Vplyv koroziinykh
seredovyshch na lokalne ruinuvannia metaliv bilia kontsen-
tratoriv napruzhen. Lviv: Fizyko-mekhanichnyi instytut im.
H.V. Karpenka.
Dmytrakh, I.M., Akid, R., & Miller, K.J. (1997). Electrochem-
istry of Deformed Smooth Surfaces and Short Corrosion
Fatigue Crack Growth Behaviour. British Corrosion Jour-
nal, 32(2), 138-144.
https://doi.org/10.1179/000705997798114968
Keddam, M., & Vieira da Silva, J. (1980). The Influence of
Straining on the Anodic Behaviour of Iron in an Acidic
Medium. Corrosion Science, 20(2), 167-175.
https://doi.org/10.1016/0010-938x(80)90129-8
Larrosa, N.O., Akid, R., & Ainsworth, R.A. (2017). Corrosion-
Fatigue: A Review of Damage Tolerance Models. Interna-
tional Materials Reviews, 1-26.
https://doi.org/10.1080/09506608.2017.1375644
Liu, Z., Zheng, A., Diaz, O.O.R., & Hauglund, L. (2015). A
Novel Fatigue Assessment of CT with Defects Based on
Magnetic Flux Leakage. In SPE/ICoTA Coiled Tubing &
А. Syrotyuk, О. Vytyaz, J. Ziaja. (2017). Mining of Mineral Deposits, 11(4), 96-103
102
Well Intervention Conference & Exhibition (pp. 1-10). The
Woodlands, Texas, USA: Society of Petroleum Engineers.
https://doi.org/10.2118/173664-ms
Miller, K.J. (1993a). Materials Science Perspective of Metal
Fatigue Resistance. Materials Science and Technology,
9(6), 453-462.
https://doi.org/10.1179/mst.1993.9.6.453
Miller, K.J. (1993b). The Two Thresholds of Fatigue Behav-
iour. Fatigue & Fracture of Engineering Materials and
Structures, 16(9), 931-939.
https://doi.org/10.1111/j.1460-2695.1993.tb00129.x
Miller, K.J., & Akid, R. (1997). The Application of Microstruc-
tural Fracture Mechanics to Various Metal Surface States.
Materials Science, 33(1), 1-20.
https://doi.org/10.1007/bf02539123
Murtaza, G. (1995). Modelling Short Fatigue Crack Growth in
a Heat-Treated Low-Alloy Steel. International Journal of
Fatigue, 17(3), 207-214.
https://doi.org/10.1016/0142-1123(95)98941-U
Nasr-El-Din, H., & Metcalf, A. (2008). Workovers in Sour
Environments: How Do We Avoid Coiled Tubing (CT)
Failures? SPE Production & Operations, 23(02), 112-118.
https://doi.org/10.2118/87622-pa
Navarro, A., & Rios, E.R. de L. (1987). A Model for Short
Fatigue Crack Propagation with an Interpretation of the
Short-Long Crack Transition. Fatigue & Fracture of Engi-
neering Materials and Structures, 10(2), 169-186.
https://doi.org/10.1111/j.1460-2695.1987.tb01158.x
Navarro, A., & Rios, E.R. (1988). A Microstructurally-Short
Fatigue Crack Growth Equation. Fatigue & Fracture of
Engineering Materials and Structures, 11(5), 383-396.
https://doi.org/10.1111/j.1460-2695.1988.tb01391.x
Padron, T., Luft, B.H., Kee, E., & Tipton, S.M. (2007). Fatigue
Life of Coiled Tubing with External Mechanical Damage.
In SPE/ICoTA Coiled Tubing and Well Intervention Con-
ference and Exhibition (pp. 1-16). The Woodlands, Texas,
USA: Society of Petroleum Engineers.
https://doi.org/10.2118/107113-ms
Panasyuk, V. (1991). Mekhanika kvazikhrupkoho razrusheniya
materialov. Kiev: Naukova dumka.
Panasyuk, V. (2002). Strength and Fracture of Solids with
Cracks. Lviv: Karpenko Physico-Mechanical Institute of
the NAS of Ukraine.
Paris, P., & Erdogan, F. (1963). A Critical Analysis of Crack
Propagation Laws. Journal of Basic Engineering, 85(4), 528.
https://doi.org/10.1115/1.3656900
Paris, P., Gomez, M., & Anderson, W. (1961). A Rational
Analytic Theory of Fatigue. The Trend in Engineering,
13(1), 9-14.
Perry, K. (2009). Microhole Coiled Tubing Drilling: A Low
Cost Reservoir Access Technology. Journal of Energy
Resources Technology, 131(1), 013104.
https://doi.org/10.1115/1.3000100
Shaohu, L., Hui, X., Feng, G., Qifeng, J., Jiwei, W., & Ting, Y.
(2017). Coiled Tubing Failure Analysis and Ultimate Bear-
ing Capacity under Multi-Group Load. Engineering Failure
Analysis, (79), 803-811.
https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2017.05.007
Tipton, S., Carlson, G., & Sorem, J. (2006). Fatigue Integrity
Analysis of Rotating Coiled Tubing. In SPE/ICoTA Coiled
Tubing Conference & Exhibition (pp. 1-7). The Woodlands,
Texas, USA: Society of Petroleum Engineers.
https://doi.org/10.2118/100068-ms
Turnbull, A. (1987). Corrosion Chemistry within Pits, Crevices
and Cracks. London: Her Majesty’s Stationery Office.
ABSTRACT (IN UKRAINIAN)
Мета. Розробка інженерного підходу до оцінювання поверхневої корозійно-втомної пошкоджуваності гнуч-
ких труб колтюбінгових установок, базуючись на узагальнених даних про корозійно-втомну стійкість констру-
кційних сталей та аналізі існуючих методів та підходів до оцінювання цього явища.
Методика. В роботі використано оригінальний метод дослідження корозійної втоми, який враховує параме-
три електрохімічного розчинення циклічно-деформованої поверхні металу за умов її деформування, а також
відомі методи механіки руйнування, корозії, електрохімії та матеріалознавства.
Результати. Розглянуто стадійність зародження корозійної, а також поверхневої корозійно-втомної пошко-
джуваності конструкційних сталей. Запропоновано критеріальне співвідношення для оцінювання періоду заро-
дження поверхневої корозійно-втомної тріщини, як певна комбінація кількості циклів навантаження до заро-
дження тріщини, струму корозії, констант електрохімічного розчинення металевої поверхні і параметрів циклі-
чного навантаження. На його підґрунті встановлено та апробовано експериментальну залежність для визначен-
ня кількості циклів навантаження до зародження поверхневої корозійно-втомної тріщини.
Наукова новизна. Розроблено та апробовано нову модель зародження поверхневої втомної тріщини як резуль-
тат взаємодії корозійного середовища та робочих циклічних напружень гнучких труб колтюбінгових установок.
Практична значимість. Встановлена залежність з розрахунку періоду зародження макротріщини може бу-
ти застосована для інженерного оцінювання довговічності та ризику руйнування гнучких труб колтюбінгових
установок за дії робочих середовищ.
Ключові слова: обладнання колтюбінгових установок, гнучка труба, високоміцна низьколегована сталь, ко-
розійне середовище, циклічне навантаження, кількість циклів навантаження, пошкодження, тріщиноподібний
дефект, швидкість росту тріщини, період зародження макротріщини
ABSTRACT (IN RUSSIAN)
Цель. Разработка инженерного подхода для оценивания поверхностной коррозионной усталости гибких
труб колтюбинговых установок, базируясь на обобщенных данных о коррозионно-усталостном поведении кон-
струкционных сталей и анализе существующих методов и подходов для оценивания этих явлений.
Методика. В работе использован оригинальный метод исследования коррозионной усталости, учитывающий
параметры электрохимического растворения циклически деформированной поверхности в условиях ее деформи-
рования, а также известные методы механики разрушения, коррозии, электрохимии и материаловедения.
Результаты. Рассмотрена стадийность зарождения коррозионной, а также поверхностной коррозионно-
усталостной повреждаемости конструкционных сталей. Предложено критериальное соотношение для оценива-
А. Syrotyuk, О. Vytyaz, J. Ziaja. (2017). Mining of Mineral Deposits, 11(4), 96-103
103
ния периода зарождения поверхностной коррозионно-усталостной трещины, которое связывает количество
циклов нагружения до инициирования трещины, тока коррозии, констант электрохимического растворения
поверхности металла и параметров циклического нагружения. На его основании установлена и подтверждена
экспериментальная зависимость для определения количества циклов нагружения до зарождения поверхностной
коррозионно-усталостной трещины.
Научная новизна. Разработана и апробирована новая модель зарождения поверхностной усталостной
трещины как результат взаимодействия коррозии и рабочих циклических напряжений гибких труб колтю-
бинговых установок.
Практическая значимость. Установленная зависимость по расчету периода зарождения макротрещины
может быть использована для инженерного оценивания работоспособности и риска разрушения гибких труб
колтюбинговых установок при воздействии рабочих сред.
Ключевые слова: оборудование колтюбинговых установок, гибкая труба, высокопрочная низколегирован-
ная сталь, коррозионная среда, циклическая нагрузка, количество циклов нагружения, повреждения, трещино-
подобный дефект, скорость роста трещины, период зарождения макротрещины
ARTICLE INFO
Received: 15 October 2017
Accepted: 9 December 2017
Available online: 12 December 2017
ABOUT AUTHORS
Andriy Syrotyuk, Doctor of Technical Sciences, Senior Researcher of the Department of Physical Fundamentals of
Fracture and Strength of Materials in Aggressive Environments, Karpenko Physico-Mechanical Institute of the
National Academy of Sciences of Ukraine, 5 Naukova St, 79060, Lviv, Ukraine. E-mail: syrotyuk@ipm.lviv.ua
Oleg Vytyaz, Candidate of Technical Sciences, Director of the Institute of Petroleum Engineering, Ivano-Frankivsk
National Technical University of Oil and Gas, 15 Karpatska Ave., 0-524, 76019, Ivano-Frankivsk, Ukraine. E-mail:
o.vytyaz@gmail.com
Jan Ziaja, Doctor of Sciences (Eng.), Head of the Department of Drilling and Geoengineering, AGH University of
Science and Technology, 30 Adam Mickiewicz St, A4/113, 30-059, Krakow, Poland. E-mail: ziaja@agh.edu.pl
|