内腐蚀管道最小剩余壁厚有限元分析

针对内腐蚀管道缺陷处泄露失效问题,建立三维管道有限元模型预测管道的失效压力,并求解最小剩余壁厚,探究管道壁厚、管道内压、缺陷尺寸对最小剩余壁厚的影响。研究结果表明:缺陷深度和长度是主要影响失效压力的因素,宽度影响较小,可忽略宽度方向尺寸的变化;有限元计算的最小剩余壁厚结果与实验结果吻合较好,结果可以满足工程实际应用。     

地下水封石洞油库竖井内管道设计

地下水封石洞油库竖井内安装了多根几十米至上百米不等的竖直管道,竖井内管道安装环境的特殊性和管道将来的不可拆卸性决定了管道设计的复杂程度。提出了竖井内竖直管道的强度、刚度及稳定性的设计思路和计算方法;通过工程实例检查和验证了管道设计的合理性。指出:强度设计确定管道壁厚,刚度和稳定性设计可作为管道壁厚的校核手段;管道承受内外压力均对确定管道壁厚产生影响,外压往往成为管道壁厚的决定性因素。     

国内外管道设计标准中管道壁厚计算方法差异

中国在中亚地区建设运营多条长输油气管道。管道设计执行标准存在的分歧,各国标准技术水平的差异,可能造成管道投资增加。研究分析了中国、俄罗斯、美国和加拿大管道设计标准中管道壁厚计算方法的差异,阐述了管道壁厚计算方法中设计系数、屈服强度、设计壁厚、公称壁厚和安全裕量等关键参数的含义和取值依据。结合典型管道设计示例,按照各国管道设计标准给出了壁厚计算值。研究表明,俄罗斯管道设计标准中考虑因素最全面,壁厚计算基于管材抗拉强度,计算值偏于保守;加拿大管道设计标准中管道强度设计系数略高于中国标准和美国标准,按照加拿大管道设计标准设计的壁厚值最小。研究分析成果可为国内外新建管道工程设计提供参考。     

延缓大庆油田标准层套损的套管优选

大庆油田部分区域集中出现标准层套管剪切损坏,虽已采用标准层不固井工艺延缓套管损坏,但除此之外,套管壁厚、钢级等参数对标准层套管剪切损坏的临界条件也有影响。为此,考虑套管和地层弹塑性力学特征,针对标准层不固井的工程条件,应用考虑大变形后应力平衡状态的拉格朗日格式有限元方程,提出了地层整体移动剪切套管过程的三维有限元计算方法。考虑套管变形和套管断裂的2种失效条件,计算并对比不同壁厚和钢级套管失效的临界值。结果表明:考虑套管断裂的地层剪切套管临界滑移量明显小于考虑套管变形的临界滑移量;同规格、同钢级套管损坏的临界滑移量随套管壁厚增大呈线性减小,随其延伸率增大近似呈线性增大。因此,在满足强度校核的前提下,大庆油田标准层宜采用低钢级小壁厚套管以延缓套管损坏。      

水下采油树生产通道可靠性设计及分析

水下采油树所处海底环境较为复杂,需要对水下采油树的各重要部件进行高可靠性设计。针对水深1 500m、压力等级69MPa的设计条件,根据ASME B31.3中高压管道壁厚公式计算出水下采油树生产管道壁厚为11mm。在安全系数设计的基础上,综合了有限元分析、蒙特卡洛模拟方法,对生产管道进行可靠性分析,验证了设计壁厚的可靠性满足强度要求,并根据灵敏度分析得出影响生产管道可靠度的关键因素是壁厚、内压和材料屈服极限。     

腐蚀作用下城市埋地燃气管道的失效概率分析

失效概率确定是管道定量风险评价的核心内容。为此,针对城市燃气输配管道特点,通过建立管道失效概率模型,利用可靠性理论得出了腐蚀作用下城市埋地燃气管道失效概率随服役年限的变化情况,并对影响管道失效概率的随机参数进行了分析。结果表明:在管道投入运行初期,腐蚀对管道失效概率的影响较小,其余参数的相对影响随工作压力大小而变化,当工作压力小于2.5 MPa时,竖直荷载是影响城市埋地燃气管道失效概率的最主要因素;随着工作压力的增加,竖直荷载影响失效概率的重要性逐渐下降,材料屈服强度、管道壁厚的重要性逐渐增加,而工作压力的重要性显著增加;当工作压力达到4.0 MPa时,对管道失效概率影响较大的因素为材料屈服强度、工作压力、竖直荷载和管道壁厚等;随着管道服役年限的增加,腐蚀对失效概率的影响增大并逐渐占据主导地位,在管道运行后期,影响管道失效概率的主要参数是腐蚀指数、腐蚀乘子和工作压力。     

气田集输规范站内管道壁厚的计算差异

在气田集输设计规范中,GB 50350《油气集输设计规范》与ASME B31.3《工艺管道》中管道壁厚计算公式存在差异,导致国内外工程类同工况条件下管道壁厚的选择不一致。同一工程因所处地区类别不同,管道壁厚的选择也可能不同。管道等级表是工艺配管、材料选择设计的基础性文件,管道规格及壁厚是其重要组成部分,管道壁厚规格种类对于设计标准化、选材统一化、施工预制化等工作至关重要。通过工程中实际计算数据的对比,讨论能否在管道等级表中统一管道壁厚的选择,减少工程中管道规格型号,以便于集中采购与施工。     

大高差段管道壁厚裕量计算和选取探讨

输油管道选取壁厚时存在三个问题：若选规格壁厚,存在壁厚裕量大的问题,造成钢材的浪费;若选计算壁厚,水压试验时在大高差段管道存在低点不能满足规范要求的问题;若在计算壁厚上加一定的裕量,又存在裕量如何选取的问题。针对这些问题,文章结合水压试验分段提出了解决办法,即根据试验压力、地形高差和分段长度,预先设定合理的分段高差,根据分段高差计算管道壁厚。这样选取的壁厚,既满足了规范要求,又节省钢材,且方便试压分段。     

泥饼质量的影响因素研究

采用DL-Ⅱ型泥饼针入度仪及泥饼黏附系数仪,对黏土含量、密度、加重剂种类、不同添加剂的加量对水基钻井液高温高压泥饼参数的影响进行了研究。得到的实验数据显示,黏土含量为5%时钻井液的泥饼质量最好;钻井液的密度越大,其泥饼的强度越高,渗透率也越大,泥饼的实际厚度及润滑系数在密度为1.50 g/cm3处表现为最佳;密度越大的材料加重的钻井液的泥饼质量越差;无机盐类使泥饼质量整体特性变差;包被剂对改善泥饼的渗透率及润滑性有一定的作用;降滤失剂和稀释剂能从整体上改善泥饼质量。由于不同体系、不同密度的水基钻井液的泥饼质量的影响因素各不相同,因此在现场施工中需仔细研究所用钻井液各主要组分的用量及其性质特点。     

沥青对乳化沥青储存稳定性影响的研究

以不同沥青为原料制备乳化沥青,考察了沥青各项性质对乳化沥青储存稳定性的影响。结果表明:沥青性质中对乳化沥青储存稳定性有明显影响的是沥青的密度。在相同的制备条件下,沥青与水相(皂液)之间的密度差越大,制备的乳化沥青储存稳定性越差。     

高强度薄壁输油钢管的试制

用于快速装配式输油管线的薄壁输油钢管采用X65管线钢,具有较高的强度安全系数和良好的刚性,电镀Zn-Ni合金镀层具有较好的耐蚀性.液压爆破试验、交变应力试验、组合应力试验、实际使用等结果表明,这种高强度薄壁输油钢管具有良好的使用可靠性.     

深水表层导管喷射钻进机理研究

深水浅层土质松软,抗剪强度极低,采用喷射钻进技术能有效提高表层导管及深水水下井口安装作业时效。通过理论分析和数值模拟计算,研究了水力喷射成孔和喷射钻进机理,对海底软黏土层受喷射冲刷作用下的应力和位移场进行了分析。计算结果表明,处于钻头附近的土体出现应力和位移集中现象,土体受到的剪切力远大于土体抗剪强度,土体被冲刷破坏发生大变形。通过在原状土海域的现场模拟试验,对比分析了喷射排量对导管下入钻速和土体承载力恢复的影响;研究结果表明随着排量的增大,导管下入钻速增加,导管与土体摩擦力恢复减缓。由于导管内部环空较大,在满足钻速和承载力恢复的情况下,还需对满足最小携岩能力的最小排量进行计算。研究成果在国内外深水钻井实践中取得了良好的应用效果。     

海底浅部地层性质对深水钻井井口稳定性的影响

为了解深水海域海底泥线以下的浅部地层强度对深水钻井水下井口及其以下套管柱的支撑作用的大小,通过理论分析建立了软土工程性质与水下井口竖向和横向稳定性之间的关系,并对影响水下井口稳定性的相关规律进行了研究。结果表明,黏性土的不排水抗剪强度和黏着系数、砂性土的内摩擦角和水下容重对水下井口竖向稳定性的影响都很大;水下井口横向稳定性主要受海底较浅部土层性质的影响,黏性土的不排水抗剪强度和砂性土的内摩擦角对井口横向稳定性影响最大。选择海底地层强度大的位置进行钻井作业、作业前进行海底浅部地层数据取样、合理确定相关计算参数等措施可以提高水下井口的稳定性。     

基于BP神经网络软粘土循环强度的数值模拟

通过循环三轴试验建立了软粘土循环强度预测模型,并通过循环扭剪试验检验模型的稳定性。在将软粘土循环强度的预测值与其数值模拟结果进行比较后,提出了预测软粘土循环强度的数值模拟和BP神经网络耦合分析方法。     

A Mechanical Model of Borehole Stability for Weak Plane Formation Under Porous Flow

Abstract

Based on influence of porous flow on weak plane model, the authors established a mechanical model of borehole stability for weak plane formation under porous flow and analyzed effect of weak plane on borehole stability under porous flow. The results indicated that porous flow decreased strength of weak plane, enlarged the affecting domains of weak plane for rock mass strength, and worsened borehole instability in weak plane formations. With porous flow increasing, water content of weak plane increases. For the weak plane with DIP < 10°, the borehole is stable; for 10° < DIP < 30°, the borehole is likely unstable when azimuth is close to the direction of maximum stress, and the larger the dip, the worse the borehole stability; for DIP > 30°, it is opposite to the situation of 10° < DIP < 30°. While weak plane formation is next to be saturated, the minimum drilling fluid density for borehole stability does not change with weak plane azimuth and borehole stability is the worst. The mechanical model of borehole stability for weak plane formation under porous flow is applied to a well in Tarim Basin piedmont.     

提高长输管道试压系数试压方案的应用

在管道规格不变的情况下,提高管道的运行压力可提高管道的输送效率。对于大口径高压输气管道,管道输送效益尤为显著。管道高强度水压试验能够验证管道的整体强度,为提高管道运行压力奠定基础。伊宁-霍尔果斯输气管道工程建设中采用了提高试压系数的试压方案,该方案的应用成功,为伊霍线长期安全运行并可能提高输送压力和输送量奠定了基础,可为今后新建高钢级、大口径、高压力输气管道水压试验提供规范指导,具有广阔的应用前景和工程实用价值。     

榆林-济南天然气管道缺陷复合材料修复设计

目前国内尚无完善的设计规范和标准来指导对缺陷管道进行复合材料补强设计。国外较常见的设计方法是依托管道剩余强度评价,使用等效强度方法进行补强。为此,根据碳纤维复合材料管道修复补强技术原理和设计方法,提出了模拟管道壁厚完全损失的保守设计方法。应用该方法对榆林-济南天然气管道进行了碳纤维复合材料缠绕补强修复和防腐作业,采用绝缘材料进行垫底处理,彻底杜绝了电偶腐蚀的可能性,修复后管道恢复正常运行压力,补强效果良好,确保了补强设计的安全有效性。     

厚壁高Nb螺旋埋弧焊管现场环焊焊接性评价

为了提升厚壁管线钢板卷的强度和韧性,将高Nb化学成分和热机械控制工艺有机结合。然而高Nb成分对管线钢现场焊接性存在一定影响,因此一些管线钢用户会限制Nb的含量。对工业化生产的高Nb厚壁(23.7mm)螺旋埋弧焊管的现场焊接性进行了评价,开发了窄坡口机械化熔化极气体保护电弧焊(GMAW)焊接工艺,环焊缝的特征证明了这一材料对陆上管道敷设典型现场焊接工艺具有适应性。本研究介绍并讨论此研究的细节和结果。     

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。     

利用Turbiscan Lab稳定性分析仪研究水焦浆的稳定性

采用静置观察法与Turbiscan Lab稳定性分析仪相结合研究了粒度分布、分散剂和黏土矿物对水焦浆〖JP〗(PCWS)稳定性的影响。结果表明,PCWS中焦粉粒度越大,沉降末速越大,稳定性越差,但成浆浓度较高。木质素系分散剂能够使得复合焦粒通过氢键作用形成三维网络结构,有效地阻止焦粒间的聚结,显著提高水焦浆的稳定性;蒙脱石在水中易于细分散并吸水膨胀,使焦粒的密度逐渐接近于水的密度,阻碍焦粒的沉降,进而提高水焦浆的稳定性。选择平均粒度为4147 μm的石油焦粉,采用木质素系分散剂配以少量蒙脱石作为添加剂,制备的水焦浆浓度可达6660%,静置15 d内既不产生沉淀,又不发生析水分层,TSI值仅为01左右,具有良好的静态稳定性,有利于水焦浆的大规模工业化应用。