高钢级管道全尺寸气体爆破试验技术研究

为了全面掌握高钢级管道止裂韧性预测方法,对高钢级管道全尺寸气体爆破试验技术进行了研究。在设计试验流程、钢管排布、传感器安装和数据采集等方案的基础上,对Φ1 422 mm X80钢级螺旋缝埋弧焊管进行了压力13.3 MPa的全尺寸气体爆破试验。结果显示,管道全尺寸爆破试验顺利实施,裂纹扩展速度、减压波等数据采集技术可靠,测试结果准确,与理论计算结果一致性较好。结果表明,我国已攻克并掌握全尺寸气体爆破试验关键技术,进一步提升了管道断裂控制研究方面的能力。     

全尺寸气体爆破试验用管道设计技术难点

对于高钢级大口径天然气管道而言,需要通过全尺寸气体爆破试验来确定钢管止裂韧性。全尺寸爆破试验用管道及附属设施设计是否合理,决定了全尺寸气体爆破试验是否能够顺利实施并获得可靠的试验结果。研究计算得到了爆破试验用储气管道及试验管道长度,以及试验管道上安装的线性聚能切割器长度、止裂器厚度、长度等关键参数。以上关键技术问题的解决保障了X80及X90系列全尺寸气体爆破试验的顺利开展。     

X120管线钢管的开发及其力学性能

为了开发更远地区的油气资源,研发了X120级UOE管线钢管.X120级UOE管线钢采用低Pcm的低C-Mn-Ni-Mo-Nb-V-B设计,其细小的奥氏体/马氏体和下贝氏体组织,具有优越的强韧性匹配;低Pcm值使该X120级UOE钢管焊缝热影响区具有良好的止裂性能.通过全尺寸静水压爆破试验对X120管线管的变形行为进行了...     

X100管线钢管的技术要求及研究开发

结合X100管线钢管开发研究成果,对X100管线钢管开发研究中普遍关注的断裂控制、高屈强比、各向异性、缺陷容限和韧脆转变行为等主要问题进行了分析讨论。研究结果表明,用DWTT试验和Battelle总结的85%SA对应温度经验方法能准确预测X100钢管的韧脆转变温度和断裂行为;目前只有全尺寸实物爆破试验法是适用于X100管线裂纹止裂行为预测的可靠方法。因此,X100管线钢管的应用还需根据具体管线服役工况,在API SPEC 5L标准基础上,补充屈强比、止裂韧性及DWTT等关键技术指标的要求,以保证X100管线的服役安全。     

OD1 422 mm X80钢管低温爆破试验研究

为了降低我国低温服役管材失效概率,掌握X80钢级管材低温性能,研究了一套低温爆破试验技术和方法,开发了低温爆破试验装置,在-5℃下开展了1次OD1422 mm X80钢管全尺寸低温爆破试验。通过试验得到了裂纹扩展速度和断口形貌,试验结果表明:在初始裂纹扩展速度达到200 m/s以上的情况下,该规格管材可依靠自身韧性将裂纹扩展速度降到100 m/s以下,实现低温止裂;同时试验钢管断口形貌与DWTT断口形貌相吻合,验证了DWTT试验方法的有效性。     

西气东输管道延性断裂的止裂控制

正确合理地确定管材止裂韧性数值，是西气东输管道设计中的重大关键问题之一。为保证设计安全，管道的止裂设计必须建立在全尺寸止裂爆破试验的基础上，即用全尺寸止裂爆破试验来验证用模型预测并经公式修正的止裂韧性预测值。本文介绍了加拿大建设Alliance输气管道时进行的全尺寸止裂爆破试验，实验结果表明，实际止裂韧性值与用美国Battelle研究所的TCM双曲线模型和Leis修正方法计算出的预测值相吻合，我国西气东输管道的设计参数没有超出国际上经过全尺寸爆破实验验证的输气管道的数据范围，故建议采用CTM双曲线预测模型预测西气东输管道所需要的止裂韧性值，当计算出的止裂韧性数值大于94J时，采用大于1.0的Leis修正系数进行修正，文中还讨论了CVN试样断口分离现象对止裂性能的影响，控制止裂韧性应采用的试验方法与设备以及现场采用空气试压时应注意的问题。     

X100高压输送管线裂纹止裂预测探讨

参考目前X100高钢级管线全尺寸气体爆破试验结果,讨论了管线钢材料流变应力、DWTT能量对管道止裂行为的影响,研究分析了现有裂纹止裂预测模型对X100高钢级管线预测的局限性.提出了M参量(M=CV NV2/yS)的预测方法.分析结果表明,用参量M可以很好地预测管线裂纹扩展和止裂.结合材料流变应力、DWTT能量和参量M可以为实际管道工程用钢管的关键力学性能指标的确定提供支持.     

密相/超临界CO2管道全尺寸爆破试验综述

密相/超临界CO₂管道止裂韧性预测是世界范围内研究的热点和难点问题,目前已有的止裂韧性预测模型尚不能准确预测密相/超临界CO₂管道的止裂韧性。超临界CO₂管道全尺寸爆破试验是确定超临界CO₂管道止裂韧性的最佳方法,目前全球范围内仅有11次超临界CO₂管道全尺寸爆破试验,国内尚属空白。从基本情况、试验工况和参数、试验目的和结果等几个主要方向细致分析、总结和对比现有CO₂管道全尺寸爆破试验,为后续国内CO₂管道全尺寸爆破试验的开展提供理论指导和数据支撑,为CO₂管道设计和工程应用提供有力的参考依据。     

X120管线钢管爆破试验与有限元分析

研究开发了一种新型的具有规定827MPa（120ksi）最小屈服强度的高强度钢，并应用于管线钢管。由于现有的规格最初并非用于X120，并且这种强度的钢管之前没有实际应用，因此为了研究X120钢管的爆破容量从而正确评估此钢管的结构性能，进行了一系列的全尺寸试验和有限结构分析。结果表明，X120钢管管体和焊缝的强度能够满足爆破性能的需要。     

管线钢管韧性的设计和预测

韧性的设计和预测是油气管线设计的重要内容。基于油气管线脆性断裂的防止、裂纹起裂阻力的优化和延性断裂扩展的控制,本研究对管线钢管的脆性断裂韧性、起裂韧性和延性断裂止裂韧性的设计和预测进行了分析和讨论。管线钢管的脆性断裂韧性设计以在最低运行温度下,DWTT试样85%SA作为设计和评定的标准;当进行起裂韧性设计和预测时,以最大理论临界裂纹尺寸的90%作为钢管所容忍的临界裂纹尺寸,临界裂纹尺寸所对应的韧性即为起裂韧性;天然气管道延性断裂止裂韧性设计的基本方法为Battlle双曲线方法及其简化公式。     

打孔管道焊接修复结构承压能力的全尺寸实验评价

将打孔管道的焊接修复结构区分为单开孔和密集开孔两种类型。完成了一组管道修复结构的全尺寸爆破与疲劳实验,测量了修复结构中的应变分布,分析了应力集中、屈服极限压力和爆破压力等因素。结果表明,修复结构的屈服极限压力和完好管道相比有所降低,最低值为完好管道屈服极限压力的85%,而各种修复结构的爆破压力基本相同,约为完好管道爆破压力的96%。单孔管道的破裂位置均远离焊接结构处,多孔管道的爆破发生在两管帽之间,说明多管帽修复结构不利于管道承压。修复结构存在一定程度的应力集中,环向应力集中系数最大为1.65,轴向应力集中系数最大为2.25。对于经过5 000次循环载荷的修复结构,其屈服极限压力、爆破压力及爆破位置与未经过疲劳载荷的修复结构情况基本相同,表明修复结构有较好的抗疲劳破坏能力。通过试验验证了打孔管道修复结构的承压能力。     

钻头钻削桥塞过程受力分析与试验研究

为了定量分析和控制连续油管钻头钻削桥塞过程中的钻压和扭矩,预防钻屑过大,返屑困难,对复合桥塞钻削过程进行了力学分析。通过建立连续油管钻头钻削桥塞过程力学分析模型,分析了钻头钻压与压入深度和扭矩与切屑之间的力学关系,得到了钻压、扭矩与切削深度的力学方程。为验证该力学方程计算结果的准确性,在2口井进行了现场试验,共钻掉9个桥塞。试验显示,计算结果与现场试验结果的最大相对误差为15%,可满足预测实际钻塞深度的精度需求。研究结果表明,建立的连续油管钻头钻削桥塞过程力学分析模型可以描述钻压、扭矩与切削深度之间的力学关系,对桥塞钻削施工中钻压与扭矩的控制具有指导意义。      

裂纹尖端张开角及在输气管线止裂预测中的应用

介绍了一种近年来新发展的输气管线断裂控制参量——裂纹尖端张开角(CTOA)的计算模型及方法.国际上计算输气管线动态断裂与止裂的PFRAC软件中视裂纹扩展速度为常数.针对这一问题,利用Alliance管线的实物爆破试验结果,通过分析和模拟提出了一种新的输气管线裂纹扩展速度的衰减模式,并引入到PFRAC计算程序中.采用改进的计算方法和程序,结合西气东输管线,研究了CTOA与止裂长度的关系,分析了输送压力、管材壁厚等因素对西气东输管线动态断裂及止裂的影响.裂纹尖端张开角可用于中国管道动态延性裂纹和止裂的定量评价.     

南海西部油田高温高压气井套管磨损预测

为避免南海西部油田高温高压气井套管磨穿问题的发生,对套管磨损进行了预测。采用滑台式套管磨损试验机,在模拟工况下开展了系列磨损试验,得到了接触力、转速、钻井液密度等参数与套管磨损量之间的关系,求取了套管壁厚损失、抗内压强度、抗外挤强度及安全系数等参数。试验结果显示,接触力越大,转速越高,钻井液密度越大,则套管累计磨损量越大;不同耐磨带对应的套管磨损不同且差别较大,在设计工况下套管磨损系数小于2.0×10-14 Pa-1。以A7H井为例,造斜率为3°/30m,φ339.7 mm和φ244.5 mm套管磨损后壁厚分别减小8.5%和13.1%,抗内压强度分别降低8.0%和13.0%,抗外挤强度分别降低8.0%和13.0%,抗内压最小安全系数分别为1.41和1.47,抗外挤强度最小安全系数分别为1.22和1.20,强度满足相关标准的要求,现场作业中未出现套管磨损失效现象。研究表明,接触力、转速、钻井液密度相同的条件下,磨损量与磨损时间之间呈多项式关系;该预测方法可较为准确地预测套管磨损程度,从而决定是否采取防磨减磨措施,避免井下故障发生。      

Adhesion of Recycled Concrete Aggregates,Demolition Debris,and Asphalt

In this investigation, rolling bottle tests and boiling water tests were conducted to evaluate the effect of different fillers and treatments on the adhesion between recycled concrete aggregates (RCA) and asphalt. The test results when 100% RCA loose mixtures were evaluated indicated that the filler that achieves the best asphalt aggregate bond was grey Portland cement. Curing the mixture in an oven for 4 h at mix temperature before compacting and coating RCA with bitumen emulsion are treatments that achieved satisfactory adhesion results as well.     

基于信息熵的薄壁内压容器安全系数

基于钢制薄壁内压容器模糊静强度的信息熵分析,从控制其模糊静强度在正常操作与压力试验时可靠度的角度,探索安全系数、试验压力系数与超压限制系数的定量关系。研究表明：（1）从等可靠度的观点,可要求薄壁内压容器屈服强度的模糊可靠度在正常操作时不低于0．992656,在气压与液压试验时分别不低于0．96926与0．7881;爆破强度的模糊可靠度在正常操作时不低于0．9999999753,在气压与液压试验时分别不低于0．999998931与0．999990226。（2）薄壁内压圆筒屈服与抗拉安全系数应分别不小于1．45与1．80;薄壁内压球形容器屈服与抗拉安全系数应分别不小于1．40与1．90;扁平绕带式容器屈服与抗拉安全系数应分别不小于1．35与2．00。（3）薄壁内压容器试验压力系数应不小于1．00。在气压与液压试验时,薄壁内压圆筒试验压力系数应分别不大于1．16与1．28,薄壁内压球壳试验压力系数应分别不大于1．19与1．32,扁平绕带式容器试验压力系数应分别不大于1．16与1．30。（4）在气压与液压试验时,薄壁内压圆筒的超压限制系数在屈服失效准则下应分别不大于0．800与0．900,在爆破失效准则下应分别不大于0．683与0．712;薄壁内压球壳的超压限制系数在屈服失效准则下应分别不大于0．929与0．943,在爆破失效准则下应分别不大于0．640与0．675;扁平绕带式容器的超压限制系数在屈服失效准则下应分别不大于0．858与0．971,在爆破失效准则下应分别不大于0．612与0．654。     

油气管道全尺寸气体爆破试验场方案探讨

目前具有独立进行油气管道全尺寸气体爆破试验能力的只有英国、意大利等几个国家,我国尚未建立独立的全尺寸爆破试验场。通过分析国外油气管道全尺寸气体爆破试验场的建设应用情况,结合我国油气管道建设技术的迫切需求,提出了我国建设全尺寸爆破试验场的必要性。包括试验场主要功能、场址选择、断裂控制试验原理与试验流程、爆炸影响范围、试验场布置、供气方案、自控与数据采集系统等,为我国建设油气管道全尺寸气体爆破试验场的建设方案奠定了基础。     

EVALUATION OF AN EASTERN SHALE OIL RESIDUE AS AN ASPHALT ADDITIVE

An evaluation of eastern shale oil (ESO) residue as an asphalt additive to reduce oxidative age-hardening and moisture susceptibility was conducted. The ESO residue, having a viscosity of 23.9 Pa"s at 60°C (140°F) was blended with three different petroleum-derived asphalts, AAD-1, AAK-1, and AAM-1, that are known to be very susceptible to oxidative aging. Rheological and infrared analyses of the unaged and aged asphalts and the blends were then conducted to evaluate oxidative age-hardening. In addition, the petroleum-derived asphalts and the blends were coated onto three different aggregates, Lithonia granite (RA) a low-absorption limestone (RD) and a silicious Gulf Coast gravel (RL) and compacted into briquets. Successive freeze-thaw cycling was then conducted to evaluate the moisture susceptibility of the prepared briquets. The abbreviations used above for the asphalts and the aggregates are part of the Strategic Highway Research Program nomenclature.

The rheological analyses of the unaged petroleum-derived asphalts and their respective blends indicate that the samples satisfy the rutting requirement. However, the aging indexes for the RTFO-aged and RTFO/PAV-aged samples indicate that the blends are stiffer than the petroleum-derived asphalts. This means that when in service the blends will be more prone to pavement embrittlement and fatigue cracking than the petroleum-derived asphalts. Infrared analyses were also conducted on the three petroleum-derived asphalts and the blends before and after RTFO/PAV aging.     

EVALUATION OF AN EASTERN SHALE OIL RESIDUE AS AN ASPHALT ADDITIVE

ABSTRACT

An evaluation of eastern shale oil (ESO) residue as an asphalt additive to reduce oxidative age-hardening and moisture susceptibility was conducted. The ESO residue, having a viscosity of 23.9 Pa"s at 60°C (140°F) was blended with three different petroleum-derived asphalts, AAD-1, AAK-1, and AAM-1, that are known to be very susceptible to oxidative aging. Rheological and infrared analyses of the unaged and aged asphalts and the blends were then conducted to evaluate oxidative age-hardening. In addition, the petroleum-derived asphalts and the blends were coated onto three different aggregates, Lithonia granite (RA) a low-absorption limestone (RD) and a silicious Gulf Coast gravel (RL) and compacted into briquets. Successive freeze-thaw cycling was then conducted to evaluate the moisture susceptibility of the prepared briquets. The abbreviations used above for the asphalts and the aggregates are part of the Strategic Highway Research Program nomenclature.

The rheological analyses of the unaged petroleum-derived asphalts and their respective blends indicate that the samples satisfy the rutting requirement. However, the aging indexes for the RTFO-aged and RTFO/PAV-aged samples indicate that the blends are stiffer than the petroleum-derived asphalts. This means that when in service the blends will be more prone to pavement embrittlement and fatigue cracking than the petroleum-derived asphalts. Infrared analyses were also conducted on the three petroleum-derived asphalts and the blends before and after RTFO/PAV aging.