典型工况下完井管柱伸缩管力学分析及安全性评价

为减小深井超深井管柱轴向拉力,降低安全系数,常需要在管柱中配置伸缩管,但在进行管柱强度校核时伸缩管处常会出现安全系数突变,由于对其本体缺少力学分析方法,无法对管柱安全作出准确判断,影响试油完井管柱的安全性。应用有限元分析软件建立伸缩管全尺寸有限元模型,分析了坐封、射孔、压裂、开井、关井工况下和极端工况下伸缩管的载荷及应力,给出了5种典型工况对应的极端工况下的伸缩管最大载荷。依据拉梅公式和强度理论,推导得到在复杂载荷下的伸缩管强度计算方法,求得在典型和极端工况下的伸缩管应力值。结果表明:在深井超深井中,压裂工况下伸缩管应力值最高,是最不利工况;坐封、射孔、开井、关井工况下,伸缩管的安全系数通常在1.35以上。得到了5种典型工况对应的极端工况下伸缩管内外压和轴向力组合,提供了实际施工应避免的载荷组合模板。理论分析无法考虑伸缩管键槽的存在,也无法考虑应力集中的影响,理论分析得到的应力较数值分析低15%左右。建立的典型工况下伸缩管的安全评价方法为伸缩管及其对管柱的安全影响分析提供了理论支持。     

压裂泵液力端阀箱超高压力自增强技术研究

超高压自增强技术是一种延长压裂泵液力端阀箱使用寿命的工艺技术。针对现有超高压自增强工艺技术进行了分析,确认了按照现有工艺进行超高压自增强后液力端阀箱内腔关键位置的应力集中程度得到了显著改善,从而有效延长了压裂泵液力端的疲劳寿命。根据仿真分析对现有工艺进行了优化,提出了进行超高压自增强过程中应注意的一些问题。     

超声波应力测量技术在褶皱管道上的应用

冻土地区土壤冻胀融沉给埋地管道造成了额外载荷,导致管道应力水平过高,威胁管道的安全运行,但目前尚无有效的应力测量技术能够直接对变形管道受力情况进行准确评价。针对某处高寒冻土区存在融沉现象的管道,应用超声波应力测量技术开展了管道在线轴向应力检测,通过应力测量结果对管道的受力状况和褶皱成因进行了分析。从工程应用的角度探讨了超声波应力测量技术的适用性。结果表明:当前状况下管道轴向应力为压应力,应力最大值超过管材屈服强度,是管道变形和褶皱产生的主要原因;超声波应力测量技术能够准确测量管段在线应力,是评价管道安全状况的有效手段。     

X65管线钢矫顽力与应力关系实验研究

应力是判断管道是否能够安全运行的重要指标之一.通过测量磁效应参数中矫顽力的大小实现管道应力无损测量,其在一定程度上可以反映出应力的大小.为探究矫顽力与应力的关系,使用自主搭建的矫顽力测量系统对从X65钢管道上切割所得试件单向拉伸时母材上及焊缝处的矫顽力进行测量.实验结果表明:当试件处于单向应力作用下,垂直于拉应力方向的...     

含体积型缺陷X80钢长距离输气管道安全评价

针对含体积型缺陷的X80钢长距离输气管道,利用有限元方法对含球形、椭球形和矩形槽缺陷的管道进行力学行为研究。基于含体积型缺陷X80管道的受力情况,利用WORKBENCH有限元软件进行了管内壁和外壁缺陷敏感性分析,结果表明,内压作用下内壁缺陷比外壁缺陷表现更为敏感。对比了不同形状体积型缺陷下的应力分布规律,结果表明,管道的应力集中主要在管道缺陷轴向部位,并且随着缺陷深度和轴向长度的增大应力明显增高。在此基础上分析了在塑性失效准则下含体积缺陷X80管道的极限承载,并将计算结果与PCORRC计算方法进行对比验证有限元结果的正确性。     

封面

在高强管线钢的工程应用过程中,较高的焊接残余应力会导致焊缝产生应力腐蚀和疲劳裂纹以至失效。简要介绍了高强度管线钢的焊接方法,对比了传统电弧焊与先进焊接方法的工艺特点,以及不同焊接方法的残余应力分布,概述了通过无损检测手段进行残余应力分析的相关研究结果,并通过数值模拟进行了焊接残余应力的对比和分析。指出,通过不同的数值模型及有限元分析等手段,可快速获得不同焊接方法的接头残余应力分布,以便于对焊接工艺进行调整。     

奥氏体不锈钢管窄间隙焊缝疲劳裂纹扩展研究

为了研究奥氏体不锈钢管焊缝的疲劳裂纹扩展行为,依照ASTM E647标准对窄间隙热丝气保焊焊缝进行了紧凑拉伸试验,预制缺口分别位于焊缝中心线、热影响区、熔合线及母材。对窄间隙热丝气保焊焊缝不同位置处的疲劳裂纹扩展速率进行对比,并将窄间隙热丝气保焊焊缝与常规手工电弧焊焊缝的疲劳裂纹扩展速率进行对比。结果表明,窄间隙焊缝的抗疲劳性能优于常规手工电弧焊焊缝;根据Paris公式,窄间隙焊缝和母材的抗疲劳性能高于热影响区,焊缝具有更高的裂纹扩展门槛值。     

深层超深层页岩气水平井缝口暂堵压裂的裂缝调控模拟

深层超深层页岩气井压裂时,受深部地层应力非均质性和“密簇”布缝的联合影响,多簇压裂中的水力裂缝难以同步起裂扩展,同时缝间强干扰作用加剧了裂缝非均衡延伸程度,矿场实践证实缝口暂堵压裂工艺可以有效调控多簇裂缝非均衡延伸,而构建深层超深层页岩气水平井缝口暂堵压裂裂缝调控模拟方法,可提高暂堵工艺实施效果。为此,基于岩石力学、弹性力学、流体力学和裂缝扩展理论、水平井分簇压裂中流量分配方程和暂堵球封堵方程,建立了深层超深层页岩气缝口暂堵压裂的裂缝扩展模型及调控模拟方法,并以中石化川东南丁山—东溪构造深层页岩气井为例,模拟了暂堵压裂中暂堵球数量、暂堵次数和时机对暂堵调控的影响,分析了暂堵球对裂缝扩展形态和SRV展布影响。研究结果表明：(1)缝口暂堵可以显著促进多簇裂缝均衡延伸,模拟证实暂堵球数量、暂堵次数和暂堵时机对裂缝调控具有重要作用;(2)随暂堵球数量增多,缝网体积先增大后减小,存在最优暂堵球数量;(3)当暂堵次数较多,可提高暂堵转向工艺容错率,但需要适量增多暂堵球数量;(4)当暂堵时机适当时,各簇裂缝均衡扩展,缝网体积达到最大值。结论认为,该暂堵裂缝调控模拟方法对完善暂堵压裂优化设计、提高矿场...     

堤坝边坡地震液化失稳有效应力法分析研究

本文深入研究了二维应力状态的地震动孔隙水压力计算方法，阐述了堤坝边坡地震液化失稳的特点和破坏型式，通过本文的分析论证和实例计算验证，说明堤坝边坡地震液化破坏的主要型式是边坡失稳；提出了堤坝边坡的抗震安全性能应由有效应力法动力稳定分析来判别的新论点。     

代数应力模式的分析解及其在充分发展旋转管流中的应用

本文通过求解雷诺应力在代数应力模式中与平均速度梯度之间的分析关系，研究了代数应力模式在涡旋流动特别是在充分发展旋转管流中存在的内在缺陷，这些缺陷的主要表现为：（１）在不考虑固壁对湍流影响的代数应力模式中，分析解给出Ｗ∝ｒ和ｖｗ＝０的错误结论；（２）若在代数应力模式中考虑固壁对湍流影响，在对称轴上会有ｖ＾２不等于ｗ＾２的非物理解。与诺应力输运模式相比，代数应力模式的缺陷归限结底在于该模式的基本假设不