油气管道通过活动断层抗震设防安全性探讨

国内外历次大地震都曾使通过活动断层的地下油气管道遭受重大损失,我国是一个地震多发、震灾严重的国家,对油气管道通过活动断层的安全性非常重视。但是,GB 50470-2008《油气输送管道线路工程抗震技术规范》对油气管道通过活动断层采用的抗震设计方法,尚未考虑不同错动形式、降雨以及冻土覆盖等对计算模型以及土壤力学参数的影响。我国冻土分布面积约占陆地总面积的90%,在冬季埋地油气管道上部被冻土层所压覆,如果此时发生地震,实际工况就与规范中假设的工况完全不相吻合;管周土壤的力学参数在降雨、冻结影响下也将发生很大变化,按规范中方法所计算出的结果将对油气管道抗震设防的安全性产生一种误判。同时,目前在活动断层中采用的疏松砂土浅埋的抗震措施可能并不一定有效。因此,建议对现役和在建的油气管道通过活动断层的抗震设防安全性予以重新认识。     

基于应变设计的跨斜滑断层埋地管道地震反应分析

中亚天然气管道D线工程穿越大量活动斜滑断层,埋地管道受断层错动影响极大,在断层错动作用下管道极易发生大变形,管道内部因产生较大应变而失效破坏。目前国内对基于应变的管道设计研究较少,并主要对拉应变进行分析,缺乏对压应变的研究,同时现有的解析方法对跨斜滑断层管道应变问题无法求解。因此研究跨斜滑断层埋地管道的设计应变意义重大。为此,采用非线性有限元分析方法,建立了ABAQUS数值模型,基于应变设计对跨斜滑断层埋地管道反应进行了研究,分析了埋深、管道直径、壁厚、管道内压和土体压缩模量这5项参数对管道拉应变、压应变的影响。通过对中亚天然气管道D线工程实际工况的分析,利用MATLAB软件拟合获得了管道最大拉应变、压应变的回归公式。研究结果表明:(1)管道拉、压应变分布规律不同,管道拉应变随断层位移增大而增大,管道压应变随位移先增大而后减小;(2)工程中采用浅埋软土、小直径厚壁管道及低管压等措施均有利于管道对断层错动的抗震设防;(3)回归公式能为跨斜滑断层埋地管道工程的设计与安全评价提供参考。     

跨断层埋地输气管道应变计算方法研究

为了既能节省时间,又能使计算较好地体现跨断层管道的真实反应,基于所建力学模型,分别对正断层和逆断层作用下埋地输气管道的反应进行分析研究,采用非线性拟合和线性拟合两种方法,对管径、壁厚、管道埋深、管材特性、穿越角、土体内聚力以及管道内压等不同参数进行无量纲修正,同时考虑管道发生塑性应变集中以及管道发生屈曲的情况,提出适用于工程设计的计算埋地输气管道最大应变值的简化计算公式。通过实例对不同计算方法进行了分析比较,计算结果验证了简化计算公式的合理性,进一步证明当断层错动量较大时,采用土弹簧模型对管土作用进行模拟所得到的结果偏不安全。     

跨断层埋地输气管道有限元模型建立与分析

利用ANSYS软件建立了跨断层埋地管道有限元模型,将埋地管道及其周围土体作为整体从地球半无限空间中取出,引入SHELL 281单元和SOLID 45单元分别对管道和土体进行离散,将管道模拟为薄壁中空圆柱结构,土体模拟为均匀实体介质。在保证计算精度的前提下,结合实际情况,基于状态非线性理论,建立了管土非线性接触模型,模拟管道和土体的滑移、分离和闭合现象;采用有限元技术分析了埋地管道与周围土体在断层错动下的相互影响,确定了模型的有效计算区域;进而提出了跨断层埋地输气管道三维多重非线性有限元数值计算模型。用所建模型及规范中方法分别对工程实例进行计算,并将所得结果进行对比分析,证明所建模型的合理性和准确性。     

断层错动作用下埋地管道反应分析方法综述

埋地管道作为石油天然气工业的地下生命线,不可避免地穿越活动断层,研究断层大距离错动作用下埋地管道反应具有重要意义。从理论研究和实验研究两方面论述了断层错动作用下埋地管道反应研究现状,分析了不同方法所采用的力学模型及管-土相互作用模型的发展方向,总结了前人的研究成果以及存在的不足。针对当前技术的不断发展,指出进一步研究方向。     

断层内含体积型缺陷的埋地管道错动反应分析

基于实体模型和土弹簧模型,分析了含体积型缺陷埋地管道在断层错动下的应力应变反应,探讨了断层内含缺陷管道和无缺陷管道在错动作用下应力应变分布的差异。研究了不同缺陷深度、面积和位置等因素对管道顶部和底部应力应变的影响;基于有限元计算的等效应力应变、ASME B 31 G圆周断裂应力和管道的容许应变,建立了含缺陷管道错动反应的安全评判准则,分析了含体积型缺陷的埋地管道在断层错动下的安全性。当缺陷深度大于30管道壁厚时,对管道在断层错动下的安全性构成了威胁;当缺陷环向方向位于管底时,轴向方向位于管道的大变形段内时,对断层内管道错动反应的影响要高于其他位置;在一定数值范围内,缺陷面积对管道在断层错动下的安全性影响较小。     

斜滑断层作用下埋地管道的力学性能试验研究

为研究跨斜滑断层作用下埋地管道的破坏机理和力学性能,设计了土箱装置进行跨斜滑断层的模型试验,并利用有限元软件进行数值模拟,研究了不同错距下管道的应变分布特点及管道变形情况。试验结果表明:埋地管道在斜滑断层作用下,管道的变形呈反对称状,远离断层的管段应变值较小,且随着土体一起运动;管轴上最大拉应变和压应变出现在断层面附近,且都随着断层错移量的增加而增大;对于管径较小管道,当错移量较大时,容易发生塑性应力集中现象;埋深较大的管道,其峰值拉压应变都较大,更容易出现塑形变形;增加管道的壁厚可以明显减小管道应变及变形,可有效减轻管道破坏。数值模拟结果与试验值非常接近,验证了所建模型的合理性,研究结果可为相关跨斜滑断层管道力学性能分析奠定基础。     

埋地天然气管道地震反应数值模拟分析

油气管道是国家工业生产、人民生活的重要能源设施,一旦遭遇地震破坏将造成重大危害与损失,如何提高油气管道的抗震能力尤为重要。利用大型通用有限元软件ANSYS10.0模拟分析天然气管道在仅有内压情况下的地震动力反应。结果表明:不同埋土条件对管道地震反应影响很大,管道内压、管径等对其影响较小。研究成果为埋地天然气管道的抗震研究提供依据。     

活动断层区埋地管道的地震反应分析

本文对埋地管道在断层运动作用下的特性参数进行了分析计算，按照我国现行规范给出的输油气埋地钢质管道抗震验算方法，对管线穿越角、管壁厚、埋深、土壤密度、管－土摩擦角等特性参数对管道抗震性能的影响进行了图形分析；对于给定的管线，通过改变其特性参数，利用计算机程序绘制的图形，可给出管线穿越断层区时满足抗震要求的各主要参数的限定值。此种分析计算对于管道的抗震设计与施工具有一定的实际意义。本文也把此种分析计算结果与Newmark－Hall、Kennedy的计算结果进行了比较。     

跨断层埋地管道研究述评

1·跨断层埋地管道的分析研究状况永久地面运动区域内管道的表现与管上是否强加压缩或拉伸变形有密切关系。当埋地管道受到大断层位移影响时,管道将遭受弯曲和轴向变形。轴向变形可能是轴向拉伸或压缩,视相对运动方向及管道和断层之间的交角β而定。管道弯曲和轴向变形的组合可     

地震载荷作用下长输管线穿越断层应变设计

穿越活动断层的埋地钢质管道在位移载荷作用下易产生较大甚至过量变形,传统的基于应力的设计准则已经不再适用。针对这种情况,基于应变设计方法,利用有限元软件建立了不同穿越断层工况下的管-土耦合模型,研究了地震烈度、断层错距、管径、壁厚、埋深及土壤内摩擦角对穿越管道最大应变值的影响规律,以及各随机变量对管道安全可靠度的影响程度。研究结果表明,地震烈度是地震波作用下穿越断层埋地管道轴向应变最显著的影响因素,埋深和壁厚次之;当地震烈度为Ⅱ度、断层错距为0.7 m时,强震区穿越埋地管道轴向最大拉伸应变值为2.28%,超过了容许拉伸应变。研究成果可为地震载荷作用下穿越活动断层区的长输管道的可靠性设计提供依据。     

逆断层作用下埋地管道的模拟计算

文章基于应变的设计理念,采用壳单元等效边界模型,利用AN SYS软件实现了断层作用下埋地管道的抗震校核计算,并对断层作用下埋地管道的变形影响因素进行了分析,结果表明:断层错动量大小是影响管道变形的主要因素,管道的峰值应变随错动量的增加呈近似等倍数的线性增加;管道与断层交叉角度的不同会导致管道产生不同的失效形式,在倾角为75°的逆断层作用下,管道与断层交叉角度小于55°时表现为拉伸失效,交叉角度大于85°时表现为压缩失效;随着管道埋深的增加,管道的峰值拉伸、压缩应变均有所增加;提高管道壁厚可以使管道以较低的轴向应变为代价来吸收更多的应变能,因此提高管道壁厚可以降低管道的峰值应变。     

埋地油气混输管道的腐蚀机理与防护研究

埋地油气混输管道的腐蚀一直是油气输送工作的一个难题。分析了埋地油气输送管道内腐蚀和外腐蚀的各种形式,阐述了各自的腐蚀机理;介绍了埋地油气混输管道腐蚀防护的方法:加缓蚀剂、外涂层、内涂层和衬里保护、阴极保护法、杂散电流排流保护和防腐管道的使用等。通过埋地油气混输管道腐蚀与防护的3个典型案例分析,提出要提高油气输送管道的使用寿命,就应在合理选择腐蚀防护方法的同时,加强防腐管道的运输、施工、维护和保养,这些是管道防腐的重中之重。     

断层运动对埋地管道的影响

本文的目的是研究平移断层运动对通过断层区的埋地管道的非线性反应的影响。在研究中，将具有大挠度的管道模拟成一弹性体，而具有小挠度的其余部分管道模拟成弹性基础上的半无限长梁。分别建立了管子的弹性和非弹性模型，用以检验断层运动对埋地管道的影响。非线性方程的求解采用了有阴分析。在研究中，对断层运动的距离，管道穿过断层的角度，管道直径及其埋深度，管道与土壤间的摩擦角参数进行了充分析。示例表明了本文模型的计算     

输气管道穿越地震活动断层有限元分析研究

断层地震活动对管道的破坏效应包括断层位错、土壤液化以及地面波动,其中断层位错对埋地管道的安全影响最大。用ANSYS建立了输气管道穿越高地震区断层的应力-应变模型,计算了在断层错动作用下的管道应变,研究了各参数变化对管道应变的影响,并分析了其敏感性。结果表明,管道的材质、壁厚、埋深、土壤内摩擦角、管道与断层的交角对管道应变产生重要的影响,因此在管道穿越断层的模型设计中,建议从这几方面改善。     

埋地管道通过逆断层的有限元分析

埋地管道通过的逆断层是油气输送管道抗震设计中最困难的地段,这是因为在逆断层位移作用下管道压缩分量大,容易产生屈曲失效。鉴于此,以某逆断层作用下埋地管道为例,利用有限元软件ABAQUS进行了管土作用分析,并采用基于应变的准则进行管道校核。对于范围大、布置复杂的地段采用管单元,土壤采用弹簧单元来模拟,可以满足工程使用的精度要求。计算结果表明,该埋管发生了压缩塑性变形,但仍然处于安全状态。研究内容可为埋地管道设计提供参考。     

遥感技术对油气管道沿线活动断层研究

油气长输管道等特大型地表工程会遇到活动断层、泥石流、滑超等地质灾害问题，应用遥感技术对油气长输管道沿线进行地质灾害研究能为油气长输管道设计提供科学依据，提高长输管道规划设计水平。活动断裂判译标志分为直接判译标志和间接判译标志两种，直接判译标志包括岩性地层标志和构造标志，间接判译标志包括色调、地质、水系、土壤和植被、岩浆及热液活动标志，用其分析遥感图象可准确判断出活动断裂。     

跨断层区X80钢管道受压时的设计应变预测

活动断层是地震区天然气长输管道的主要威胁,断层作用下管道会发生轴向和垂向位移,导致管道内产生较大的应变而失效,断层作用下管道应变的准确计算对跨断层区管道的设计与安全评估具有重要意义。现有的针对跨断层区管道应变计算方法主要针对管道受拉情况,缺乏对受压情况的考虑。为此,基于非线性有限元法,给出了管道受压时(穿越角大于90度)的跨断层区X80钢管压应变数值计算模型,分析了直径、壁厚、内压、土壤特性、穿越角5种主要参数对设计应变(最大压应变)的影响规律,基于有限元数据,拟合得到了受压X80钢管设计应变回归计算公式,与"西气东输二线"工程实际工况有限元结果的对比,验证了回归公式的准确性。该回归公式为穿越断层区X80钢管基于应变的设计与安全评估提供了一定的参考。     

四川盆地高石梯—磨溪地区走滑断层识别

四川盆地高石梯—磨溪地区二叠系栖霞组不断发现天然气,油气勘探潜力巨大。张扭性走滑断层控制着油气分布,但目前对于走滑断层特征的研究较少,并且仅根据地震剖面识别走滑断层具有局限性。为此,从走滑断层形成的力学机制入手,分析构造样式及构造特征,并以海豚效应和丝带效应指导走滑断层识别;分析、对比多种地震属性优、缺点,优选最适合走滑断层识别的地震属性。研究认为：高石梯—磨溪地区走滑断层主要受里德尔剪切的单剪模式控制;剖面上表现为正花状构造、线状构造、“Y”字型构造及多期花状构造叠加等构造样式,具有断距小、层位错动不明显、以同相轴弯曲扰动为主的特征;平面上具有辫状构造、雁列状构造、马尾构造等多种构造样式,沿断层走向具海豚效应,沿断层倾向具丝带效应;基于波形相似性相干算法的地震属性分析识别走滑断层效果较差,曲率属性和蚂蚁体属性可较清晰地识别走滑断层平面展布特征。该方法可为其他同类地区走滑断层识别提供参考。     

跨断层埋地管段数值模拟分析研究

本文以有限单元法为基础,在ANSYS中建立了埋地管道的有限元模型,分析了活动断层作用下管道的应力应变情况,得出断层附近的管段发生大变形并产生较大塑性应变,而断层两侧管道均随断层错动而弯曲变形,弯曲部位均产生较大应力、应变,最大值出现于管段压缩一侧。