基于BS7910复合管海底管道对接焊缝ECA评估研究

依据英国标准BS7910对含缺陷复合管海底管道对接接头进行了工程临界评估（ECA）。根据管体与焊缝拉伸试验结果确定评定曲线;按照DNV—OS—F101标准对管道取样,进行焊缝和HAZ的CTOD试验,选取最低值作为评定断裂韧性值;在评定计算中分别考虑了静态应力、循环应力、残余应力和应力集中等影响,给出了在敷设条件下考虑疲劳和不考虑疲劳时表面裂纹的极限尺寸。评估结果较DNV—OS—F101规定尺寸宽松,可见复合管含缺陷焊接接头安全裕度很高,从而为海底管道敷设过程中的焊接缺陷评估和验收提供了经验和依据。     

16Mn钢海底管道材料疲劳裂纹扩展试验研究

采用取自足尺度海底管道16 Mn钢制成的标准紧凑拉伸(CT)试件进行了疲劳裂纹扩展试验,利用背面应变法测量了疲劳裂纹扩展过程,并研究了取材方向和试验环境因素对疲劳裂纹扩展速率的影响,拟合出了不同取材方向与不同试验环境下Paris常数C和m。研究结果表明:试件材料取材方向对疲劳裂纹扩展初始阶段有一定影响,但对总体疲劳裂纹扩展趋势基本无影响;海水环境对疲劳裂纹扩展影响显著,且海水中疲劳裂纹扩展速率约为空气中的2倍。本文研究结果不仅可以定量分析16 Mn钢在海水腐蚀环境下与空气环境下疲劳裂纹扩展速率的差异,且能为后续基于Paris公式来预测管道腐蚀疲劳寿命的研究提供基本参数,为服役中的海底管道腐蚀疲劳问题的研究提供参考。     

导管架管节点裂纹的断裂评估和疲劳评估方法

目前海洋油气研究中对导管架管节点的疲劳设计和校核,主要采用应力-寿命(S-N)曲线的方法,断裂力学方法的研究和应用较少。系统地介绍了断裂力学的基础理论、ECA评估、裂纹扩展率以及管节点评估方法和流程。最后通过应用JPEFA软件进行的评估实例,介绍了评估过程。     

双金属复合管环焊缝耐蚀性能评价方法

目的建立双金属复合管环焊缝耐蚀性能评价方法,为双金属复合管在高酸性气田现场应用提供依据。 方法针对双金属复合管环焊缝在高酸性环境中的主要腐蚀类型,参考标准Q/SY 06018-2016中冶金复合管直焊缝和堆焊层腐蚀评价内容,确定以晶间腐蚀、抗SCC/SSC性能、点腐蚀、模拟工况腐蚀为评价指标,并通过整管段试验验证评价结果的双金属复合管环焊缝耐蚀性能评价方法,同时以国产L360/825冶金复合管环焊缝为例对建立的评价方法进行验证。 结果通过使用建立的方法对L360/825双金属复合管环焊缝耐蚀性能进行评价,验证了评价方法有效可靠,评价结果显示L360/825双金属复合管环焊缝具有良好的耐蚀性能。 结论建立的评价方法可以直接应用于高酸性气田用双金属复合管的环焊缝耐蚀性能评价,为双金属复合管的现场应用提供依据。      

中国石油集团工程技术研究院成功研发海洋管道全尺寸弯曲疲劳试验技术

<正>近日,中国石油集团工程技术研究院成功研发复杂服役环境下海洋管道全尺寸弯曲疲劳试验技术,填补了我国海洋深水管道全尺寸疲劳性能评定技术领域的空白。在引发海洋管道事故的诸多因素中,疲劳损伤是导致海洋管道失效的主要原因。工程技术研究院依托国家863项目《深海油气输运高强厚壁管材关键技术研究》,通过建立基于ECA评估的有限元分析模型,对海洋     

X80管线钢与氢环境相容性试验研究

针对在高压气相氢环境下开展的X80管线钢慢应变速率拉伸试验、断裂韧性试验、疲劳裂纹扩展速率试验,分析了不同氢分压对X80管线钢力学性能、疲劳性能及断口形貌的影响规律。研究结果表明,氢分压是影响材料氢脆和疲劳性能的重要因素,随着氢分压的增加,X80管线钢的氢脆敏感性显著增大,缺口疲劳试样的疲劳循环次数显著降低,断口韧窝间出现典型的具有小平面和撕裂棱的准解理特征脆性断裂形貌,疲劳裂纹扩展速率急剧增加,增加了管道失效风险。研究结果可为高强度输送掺氢天然气管道工程临界评估提供参考。     

在酸性盐水注入部位的弹性管对腐蚀威胁的抵抗

在加拿大艾尔伯塔西北部，一家壳牌公司为了提高原油开采率，在佛吉尼亚山的装置上安装弹性复合管，目的是为了注入高压采出的酸性水。管道要对在55℃时高浓度的酸性氯化物引起的腐蚀及结构应力引起的腐蚀进行防腐。结构应力是由热膨胀和循环水及烃熔剂驱边引起的周期性相关负荷产生的。弹性复合管的最内层是高密聚乙烯衬里，在各种油田环境（包括酸性盐水）中，该衬里是长期的化学防腐层。考虑到原油产量的递减，壳牌公司采用了一种防护维修计划，目的是为了保证管道的正常安全运行。在出现故障之前，有内覆盖层的钢质立管和水泥沙浆衬里弯管通过选择性修复，认为是最可能出现故障的地方。通过分析考虑各种管体，认为玻璃纤维管和弹性复合管可以用来替换安装。     

冲击荷载作用下埋地管道基于应变的力学分析

随着管道的设计压力、铜级和口径的大幅度提高以及敷设环境向恶劣地区扩展,传统的应力设计已经不能完全满足工程需要．为此介绍了应变设计的理念,并且与传统的应力设计进行了比较。研究了冲击荷载的作用机理和对管道的危害,提出了冲击荷载作用下的最大应变计算方法,给出了临界环向屈曲应力．编制了表面荷载作用下埋地管道的校核程序,通过算例介绍了使用该程序计算管道受力情况的方法。     

海底油气输送管道材料开发和应用现状

阐述了国内外海底油气输送管道的发展现状,分析了海底油气管道材料的发展趋势和技术需求。针对海底油气管道的特点,指出抗大变形、高疲劳性能、大径厚比是未来海底管道低碳合金钢材料的主要发展方向;在海底油气管道的腐蚀方面,以耐蚀合金为衬里的双金属复合管及非金属柔性管是耐H₂S/CO₂气田集输管线材料的主要发展方向;未来冶金复合管和机械复合管的优选,需要根据两种产品的研究发展情况来确定;应提高柔性管的自主开发和制造能力,加强对柔性管设计和生产装备的研究。     

饱和H_2S水溶液中L360管材疲劳裂纹扩展试验研究

输气管道中的酸性气体在管道局部积液处形成酸性环境会促使裂纹的形成和生长。交变载荷作用下裂纹扩展速度增大,降低了管道的寿命和强度。采用服役中的L360管道加工成三点弯曲试样在饱和H2S水溶液中进行疲劳裂纹扩展试验。试验表明,饱和H2S水溶液中裂纹扩展速度大于空气中裂纹扩展速度,频率越低,裂纹扩展速度越快;扫描电镜观察显示饱和H2S水溶液中裂纹扩展断面以脆性断裂为主,穿晶断裂和沿晶断裂为主要破坏形式,频率越低,穿晶断裂所占面积越大。     

X70管线钢管环焊接头氢脆敏感性研究

针对X70管线钢管环焊接头进行12 MPa总压、0.36 MPa氢分压下的缺口拉伸试验,研究焊接接头的氢脆敏感性变化,并结合断裂韧性试验和疲劳裂纹扩展速率试验对其的断裂韧性和裂纹扩展行为进行了研究。结果表明,热影响区位置的断面收缩率下降较明显,表现出较高的氢脆敏感性;与常温常压空气中的原始数据相比,X70钢热影响区在0.36 MPa氢分压环境下的裂纹尖端张开位移（CTOD）值下降了9.6%,断裂表面未出现二次裂纹;X70钢热影响区的疲劳裂纹扩展速率与空气环境相比增加了一个数量级,说明氢气能够增大材料的疲劳裂纹扩展速率,但根据实际管道压力波动情况,在0.36 MPa氢分压条件下X70钢管的氢脆敏感性较小。     

HFW钢管焊缝疲劳特性与疲劳寿命预测方法研究

受停输启用和供需变动的影响,油气管道的输送压力会发生周期性的变化,疲劳失效问题异常突出.特别是对于含有裂纹缺陷的管道,在疲劳载荷的作用下,若管道的应力强度因子幅超过疲劳裂纹扩展门槛值,裂纹就会发生疲劳扩展.当裂纹扩展到一定程度,超过管道运行压力下所能承受的临界缺陷极限尺寸,管道就会发生疲劳失效,从而影响到管道的使用寿命...     

输气管道裂纹动态扩展的影响因素分析

输气管道裂纹的止裂是保障管道安全可靠性的前提，而管道裂纹动态扩展的驱动力则是表征裂纹扩展或止裂的直接因素。通过建立输气管道裂纹动态扩展的有限元模型，并在模拟计算中考虑裂纹扩展速度的衰减，分别计算了表征动态裂纹扩展驱动力的两项参数--能量释放率和裂纹尖端张开角；进而分析了管道内压、壁厚、裂纹止裂长度和初始裂纹速度对裂纹驱动力（也即裂纹扩展）的影响。最后得出结论：①管道内压对裂纹驱动力的影响很大，在其他条件不变，内压越大的管道裂纹驱动力越大；②管道壁厚也是对裂纹驱动力影响较大的一个因素；③随着止裂长度的增加，裂纹尖端张开角也随着增大；④最大裂纹速度越高，裂纹越不容易止裂。     

“十一五”我国海底管道新技术开发应用概况

文章介绍了"十一五"期间我国海洋石油工程海底管道技术创新项目及其应用情况,即双金属复合钢管、集肤效应电伴热海底管道、柔性管海底输气管道、单层保温管等新技术研究开发及应用的情况。新技术的应用降低了开发成本,促进了边际油气田的有效开发,为实现中国海油的产能目标起到了重要的保障作用。     

基于裂纹尖端张开角的Battelle双曲线模型修正

天然气管道止裂控制的核心是管道止裂韧性的预测,对于强度高、韧性好的高钢级管道,传统基于夏比冲击韧性的Battelle双曲线模型(BTCM)已不再适用,亟待基于新的断裂参数建立相应止裂控制准则。针对这一问题,选取具有广泛应用前景的裂纹尖端张开角(λ_CTOA)作为止裂韧性参数对BTCM进行修正。根据管道裂纹扩展过程受临界λ_CTOA控制的基本事实,由能量平衡理论建立了基于临界λ_CTOA的管道止裂压力求解模型。借助管道裂纹动态扩展数值模拟方法,通过大量计算讨论了不同止裂韧性临界λ_CTOA下裂纹前缘压力与裂纹扩展速度之间的关系。基于上述结果数据对BTCM进行修正,形成了基于临界λ_CTOA的双曲线模型(CBTCM)。将不同模型止裂压力与裂纹扩展速度预测结果对比可知,CBTCM模型有望解决传统模型预测结果偏于危险的问题,为高钢级管道止裂控制提供了全新参考。     

长输油气海底管线侧向屈曲蛇形铺设布置方法

长输油气海底管线在温度和内压的作用下,可能会发生多个侧向屈曲,因此有必要建立合理的控制方案,保证管道安全,控制项目投资。对于蛇形铺设方案而言,确定最大允许锚固点长度(VAS)和蛇形铺设间距及长度范围是优化布置的关键。根据理论结果,给出了VAS的初步估算方法。同时结合有限元直管和曲管模型分析,提出最优蛇形布置方案的确定方法。所述方法可为海底管线工程中侧向屈曲控制优化提供参考。     

深水多跨海底悬空管道的疲劳分析

介绍基于疲劳分析准则的多跨海管自由悬跨评估方法,采用有限元分析软件Abaqus,结合管-土相互作用参数,建立多跨海管数值计算模型,提出悬空管道模态分析方法,并基于Palmgren-Miner线性损伤累积理论及采用S-N曲线,给出管道疲劳寿命的计算过程.通过工程实例,计算获得多跨海管的自振频率及应力幅值,完成多跨海管的疲...     

悬跨海底管道疲劳寿命分析研究

海底管道在服役期间由于各种原因会在某些管段形成悬跨。这些悬跨在海流力作用下,将产生涡激振动。这种涡激振动最终可能导致管道疲劳失效。管道在海流力作用下发生的涡激振动是管道振动和漩涡尾流振动耦合的结果。在建立管道振动模型和Matteoluca尾流振子模型基础上,对管道涡激振动动力响应特性进行分析。依据Miner线性损伤累积理论,采用S-N曲线法分析计算管道疲劳寿命。最后,针对海洋油气开发与生产,提出延长海底管道疲劳寿命的方法和措施。     

X80大应变管线钢焊接热影响区疲劳性能的研究

为了研究X80大应变管线钢焊接热影响区疲劳性能,采用MTS和INSTRON万能力学试验机测得了全壁厚X80大应变钢管焊接接头的疲劳寿命及焊接热影响区的疲劳裂纹扩展速率,并采用Gleeble-3500热模拟试验研究了焊接热循环不同峰值温度对组织和性能的影响。结果表明,焊接接头的疲劳性能显著降低,在相同的疲劳寿命条件下,其疲劳裂纹应力降低约100 MPa以上;疲劳裂纹均在焊趾处萌生,并向内沿热影响区扩展;而疲劳裂纹在热影响区的扩展速率随其通过的不同区域而变化。经焊接热循环后,热影响区呈现弱化趋势,强度最低点出现在细晶区,然而细晶区良好的塑韧性有利于抑制疲劳裂纹扩展,改善疲劳性能。     

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。