含腐蚀缺陷海底管道压溃压力计算方法

腐蚀是海底管道最常见的缺陷形式,明确腐蚀缺陷对海底管道压溃压力的影响规律,建立可靠的压溃压力计算方法对评估海底管道的安全运行具有重要意义。考虑几何非线性和材料非线性,建立了含腐蚀缺陷的海底管道数值仿真模型,通过与文献试验数据对比验证了其可靠性。在此基础上,开展了腐蚀参数敏感性分析,得到了腐蚀深度、长度和宽度对海底管道压溃压力的影响规律:腐蚀长度、宽度和深度对海底管道的压溃压力影响效果依次递增,相对于轴向短腐蚀管道,腐蚀深度和腐蚀宽度对长腐蚀管道压溃压力的影响更大。基于敏感性分析和大量数值计算结果,采用非线性回归方法得到了含腐蚀缺陷海底管道压溃压力的计算公式,将该公式计算结果与文献试验结果和现有方法计算结果进行了对比,本文回归公式与试验值的误差小于10%,与现有计算方法的误差小于3%,证明本文回归公式能较为准确地预测含腐蚀缺陷海底管道的压溃压力。相关成果为含腐蚀缺陷海底管道的完整性评价提供了参考。     

基于等效体积法的含缺陷海底管道完整性失效判据研究

海底管道的缺陷是威胁海底管道安全运行的重要因素。为了改善现有失效准则的局限性,更准确地研究管道损伤对X60海管的影响,建立有限元模型,并利用真实爆破压力对模型进行验证,分析70组含不同缺陷管道失效时云图中各应力区域的等效体积,总结出缺陷参数对管道失效模式的影响规律;并引入抗拉强度和垮塌载荷,得到一种基于等效体积法的含缺陷海底管道完整性失效判据,在该判据的基础上拟合出失效压力计算模型。研究表明：采用塑性垮塌失效模型是最适用于该管道的现有失效判定方法;缺陷的长度、深度对管道的失效模式影响较大;对比现有准则,基于等效体积法的失效判据可以定量描述含缺陷管道的失效条件;失效压力模型可用于X60管道失效压力的预测,进而验证了失效判据的适用性。     

含缺陷石油管道极限承载能力分析

含缺陷的长输管线运行不安全 ,甚至可能导致管线失效。为此 ,研究了缺陷种类和尺寸对焊管极限承载能力的影响 ,并采用实物水压爆破试验进行了部分验证。由MPC -Prefis软件计算了X52ERW钢管在不同外表面裂纹尺寸下极限承载压力的变化规律 ,采用B31G公式计算含体积型缺陷钢管的极限承载能力。最后指出 ,对含表面裂纹缺陷的钢管 ,采用改进的B31G公式计算结果与实测值较接近 ,但在工程使用时偏于危险 ;采用API 579方法及Newton -Raphson公式计算结果偏于保守 ,且当裂纹尺寸达某一临界值后无法使用 ,对于含腐蚀性缺陷钢管 ,基于塑性失效准则的非线性有限元法能准确预测其极限承载能力     

腐蚀缺陷对中高强度油气管道失效压力的影响

腐蚀管道评价规范ASME-B31G、BS7910、DNV-RP-F101、PCORRC大多以X60以下中低强度管道为研究对象,对X60以上中高强度油气管道的评价具有一定的保守性。笔者以X65和X80两种中高强度管材为研究对象,采用非线性有限元法分析了带腐蚀缺陷油气管道的失效压力,研究了腐蚀缺陷深度、腐蚀缺陷长度、腐蚀缺陷宽度和腐蚀缺陷位置对带腐蚀缺陷油气管道失效压力的影响,建立了包含腐蚀缺陷深度、腐蚀缺陷长度、腐蚀缺陷位置等参数的带腐蚀缺陷油气管道失效压力计算方法。与现有标准提供的计算方法和试验结果对比表明：本文拟合得到的计算方法误差小,保守性低,可以满足X60以上中高强度腐蚀管道失效压力的预测要求。     

含腐蚀缺陷燃气管道极限载荷的有限元分析

本文利用有限元弹塑性分析方法,对含腐蚀缺陷的燃气管道进行了非线性分析,研究了腐蚀缺陷的长度、宽度和深度对燃气管道极限载荷的影响。并和含腐蚀缺陷管道的全尺寸爆破试验结果以及ASME B31G计算的结果进行对比。     

含腐蚀缺陷燃气管道极限载荷的有限元分析

利用有限元弹塑性分析方法,对含腐蚀缺陷的燃气管道进行了非线性分析,研究了腐蚀缺陷的长度、宽度和深度对燃气管道极限载荷的影响.并和含腐蚀缺陷管道的全尺寸爆破试验结果以及美国机械工程师学会标准ASME B31G计算的结果进行对比,证明采用有限元方法分析腐蚀缺陷管道的可行性.     

含腐蚀缺陷燃气管道极限载荷的有限元分析

利用有限元弹塑性分析方法,对含腐蚀缺陷的燃气管道进行了非线性分析,研究了腐蚀缺陷的长度、宽度和深度对燃气管道极限裁荷的影响.并和舍腐蚀缺陷管道的全尺寸爆破试验结果以及ASMEB31G计算的结果进行对比,证明了用有限元方法分析腐蚀缺陷管道的可行性.     

含轴向缺陷管道的爆破压力计算方法研究

对含轴向缺陷管道的爆破压力做了研究,将几种国际上流行的计算管道爆破压力公式中的流变应力以及鼓胀系数进行重新组合,并将计算结果与试验数据进行比较,得出流变应力是影响爆破压力的主要因素,并且得出在相同的鼓胀系数下,采用BS7910中的流变应力计算结果更接近试验数值。在用NG-18方程评价或计算管道的爆破压力时,采用修正后的ASME B31G准则中的鼓胀系数和BS7910中的流变应力是一种比较理想的结合。     

双腐蚀缺陷海底管道临界失效压力

为研究含双腐蚀缺陷管道的失效机理,采用非线性有限元分析方法,研究轴向间距、环向间距对含双腐蚀缺陷管道剩余强度的影响。结果表明:在腐蚀缺陷宽度和深度不变的条件下,双腐蚀缺陷轴向间距的变化对管道临界失效压力有较强影响;环向双腐蚀缺陷管道的临界失效压力与腐蚀缺陷的环向夹角没有显著关系。基于此建立了含双腐蚀缺陷管道临界失效压力与含单腐蚀缺陷管道临界失效压力之间的关系,并根据规范中含单腐蚀缺陷管道临界失效压力的计算公式,推导出含双腐蚀缺陷管道的临界失效压力,其可通过计算对应长度及2倍长度单腐蚀管道的失效应力乘以无量纲函数求得,简化了含双腐蚀缺陷管道的临界失效压力的计算方法,并通过算例验证了本文方法的正确性和通用性,并得出对工程有益的结论。     

基于可靠性评价的含缺陷核压力管道疲劳寿命预测方法

含缺陷压力管道经缺陷评定合乎使用后,其疲劳寿命的估计具有重要的工程意义。将整个含缺陷压力管道作为一个整体,分析了含缺陷压力管道的疲劳裂纹扩展特点,提出了相应的含缺陷压力管道疲劳寿命的计算过程,并在基于可靠性评价的基础上,给出了核压力管道的可接受失效概率,最终得到了含缺陷核压力管道疲劳寿命预测方法。     

局部内缺陷套管剩余抗扭强度分析

关于含缺陷套管抗扭强度的研究较少,基于弹性失效准则分析缺陷套管强度又较为保守。为此,基于材料塑性破坏准则,运用非线性有限元方法并结合正交试验设计,对局部内缺陷套管剩余抗扭强度进行分析,探究了缺陷长度、宽度、深度、套管外径和径厚比等参数对套管剩余抗扭强度的影响规律。研究结果表明:随缺陷深度增加,抗扭强度呈线性大幅度降低;当缺陷长度小于临界长度时,抗扭强度随长度增加而增大,超过临界长度后,抗扭强度随长度增加而降低;当缺陷宽度小于临界宽度时,抗扭强度随宽度增加而增大,超过临界宽度后,抗扭强度随宽度增加而降低;随套管径厚比增加,无因次抗扭强度近似呈线性减小。缺陷深度是影响抗扭强度最重要的因素,缺陷宽度次之,缺陷长度和套管径厚比有一定的影响,而套管外径的影响可以忽略。在此基础上,拟合了抗扭强度计算公式,公式预测值与有限元分析结果误差较小,可为工程上局部内缺陷套管强度评价提供参考。     

筛管压溃强度计算公式及适用性

针对筛管受地层中围压作用压溃失效缺乏通用计算分析模型的问题,利用ABAQUS软件建立了考虑初始椭圆度影响的平行布孔筛管有限元模型,研究外压作用下筛管的压溃行为。通过与文献中的实验结果对比表明,该有限元模型可准确地预测筛管的压溃强度。基于不同几何特征、材料特性以及布孔参数等筛管压溃强度数值模拟结果,建立了筛管压溃强度的简化计算公式。利用该计算公式,计算不同几何尺寸和材料属性的筛管压溃强度,与实验结果相比平均误差为7.0%。为了便于工程应用,分析了利用DNV,API等标准规范确定该公式中筛管对应的布孔前套管的静水压溃强度的可行性。结果表明,所建立的防砂筛管压溃强度计算公式可为实际工程中防砂筛管的强度预测与参数优化提供理论支持。     

输气管道环焊缝表面裂纹管道极限载荷计算方法

为了便于对天然气长输管道环焊缝缺陷进行准确快速的安全评估,建立了考虑裂纹尖端奇异性的含环焊缝缺陷的有限元模型,计算了不同缺陷尺寸下的管道环焊缝裂纹J积分,分析了焊缝匹配系数及材料硬化指数对J积分的影响,进而研究了基于J积分理论的含缺陷管道的极限载荷影响因素,并在此基础上提出了适用于特定匹配系数和材料硬化指数情况下能够实现J积分及极限载荷快速求解的工程计算公式。研究结果表明:①根据有限元计算结果拟合的工程计算公式具有较高的精度,可以满足较大缺陷几何尺寸范围内J积分求解,实现含环焊缝裂纹缺陷的管道极限载荷求解;②含环焊缝缺陷管道的裂纹J积分与缺陷尺寸、材料属性以及焊缝匹配系数密切相关,含缺陷管道的极限载荷会随着裂纹尺寸的增加而降低,而随着材料硬化指数的增大而增大;③对含环焊缝中心线处表面裂纹的X80钢制管道而言,低匹配焊接管道极限承载能力要弱于高匹配或等匹配焊接管道。结论认为,该研究成果可为现役输气管道的安全评价及完整性管理提供参考。     

固井缺陷对磨损套管抗内压强度的影响

套管磨损和固井缺陷是钻井过程中必然存在的现象。应用相似准则设计出磨损套管的相似模型,对不同固井质量缺陷和不同磨损情况的套管进行组合实验,将实验结果与有限元分析相结合来研究模型套管在不同固井缺陷和不同磨损量下的抗内压强度。将模型套管推广到原型,利用有限元方法分别计算了水泥环—套管—地层系统在不同水泥环缺失范围、不同套管磨损程度下的抗内压性能。研究结果表明:当水泥环有缺损时,不但不能增强套管的抗内压能力,反而降低了套管的抗内压强度。水泥环的缺失范围越小,应力集中现象越严重。     

防爆膜材料的塑性对爆破压力精度影响

在防爆膜厚度等条件一致时 ,材料的强度固然决定了爆破压力的大小 ,但其塑性却决定着爆破压力的精度。运用材料力学的原理 ,通过应力应变关系的公式推导 ,得到防爆膜材料的塑性与爆破压力精度的关系。     

巴什托油气田异常破裂压力预测研究

地层破裂压力异常高是制约深层致密油气压裂改造的技术难题,因此破裂压力的准确预测对低渗透致密油气藏开发是至关重要的。文章根据岩石破坏的最大张应力准则,在背斜构造地应力和考虑污染等因素的基础上,建立了巴什托油气藏破裂压力预测模型,并据储层污染与否的破裂压力预测公式进行了实例计算。     

管道沟槽缺陷破裂强度评估方法研究

管道在安装施工及运行中不可避免地会出现机械损伤,机械损伤破裂是管道的主要失效形式之一,沟槽缺陷是管道机械损伤的主要形式。国际上普遍采用NG-18公式评估管道沟槽缺陷。将各种形式的NG-18公式计算结果与试验结果进行比较,得出流变应力是影响NG-18公式预测失效应力的主要因素。采用修正后的ASME B31G标准中的Folias因子与取均值的流动应力的组合最接近实际情况,是一种比较理想的评估方法。     

非均匀椭圆外载作用下套管的形变及修复

结合大港油田的实际情况,确立了在非均匀地应力作用下套管外部载荷的求解公式,建立了非线性有限元模型,借助ANSYS分析软件对套管在非均匀椭圆形外载作用下的变形和所受应力等情况进行分析研究。引入等效破坏载荷的概念,利用等效破坏载荷来衡量套管所承受的载荷大小,在分析套管破坏的基础上,进一步模拟分析其修复过程。     

考虑随机变量相关性的腐蚀管道失效概率

针对腐蚀管道可靠性分析中随机变量独立性假设的缺点,提出了考虑随机变量相关性的腐蚀管道可靠性分析方法,建立了腐蚀管道腐蚀穿孔、局部爆破、整体断裂及其综合失效概率模型。基于JC法和正交变换法,运用多维正态分布函数,给出了随机变量相关下的腐蚀管道多模失效概率计算方法。对管道可靠性分析中的相关性进行了分析,结合实例研究了管径与壁厚、缺陷深度与长度、径向腐蚀速率与轴向腐蚀速率、屈服强度与拉伸强度4组随机变量相关性对腐蚀管道失效概率的影响。结果表明,随机变量相关性对管道腐蚀穿孔失效概率没有影响,管道局部爆破、整体断裂及综合失效概率随缺陷深度与长度相关系数和径向腐蚀速率与轴向腐蚀速率相关系数的增大而增大,随管径与壁厚相关系数的增大而减小。屈服强度与拉伸强度相关系数越大,局部爆破和整体断裂失效概率越大,综合失效概率不变,并且变量相关性对腐蚀管道失效概率的影响随着腐蚀增长而逐渐减弱。腐蚀管道失效概率对径向腐蚀速率与轴向腐蚀速率的相关系数最为敏感,对屈服强度与拉伸强度相关系数的敏感性最低。     

凹坑缺陷参数对连续管疲劳失效的影响研究

为了探究凹坑缺陷参数与连续管疲劳失效的关系,建立了含缺陷连续管有限元模型,并利用试验对有限元模型进行了验证,分析了缺陷深度、缺陷轴向角度、缺陷长度、缺陷宽度和缺陷分布数量对连续管疲劳失效的影响,并与完整连续管进行了对比。研究结果表明:连续管在带压弯直循环过程中,缺陷处会产生明显的应力集中现象,最后发生疲劳失效;在一定角度的凹坑缺陷处,径向两个角落的塑性应变最大,连续管会沿着这两个位置发生断裂;5个因素对连续管疲劳失效的影响程度不同,缺陷深度和缺陷宽度对连续管的疲劳失效影响最为显著;在含缺陷连续管疲劳寿命理论模型建立过程中,应把缺陷深度和缺陷宽度作为主要考虑因素。所得结论为连续管疲劳寿命理论模型的建立提供了参考。