N80油管接箍螺纹联接的应力分析与失效评估北大核心CSCD

油管与接箍的螺纹联接部分是保证油管正常工作的关键纽带。基于弹塑性力学理论,利用ABAQUS有限元软件建立了N80油管接箍的轴对称模型,对油管接箍的上扣过程进行了数值模拟,并结合实际工况分析了不同井深条件下油管接箍螺纹的应力状况,得到了油管与接箍螺纹的失效特征。结果表明:上扣过程中油管和接箍螺纹的Mises应力呈两端高中间低的形式分布,过盈上扣3圈时接箍两端的螺纹已经进入塑性状态;实际工况下,油管螺纹的Mises应力随着井深的增加呈下降趋势,井口处油管两端的螺纹已经超过屈服强度,而接箍螺纹的Mises应力随着井深的增加而增大,3 000 m井深时接箍两端的螺纹均已进入塑性状态,易发生粘扣而导致密封失效。     

油气井特殊螺纹接头连接安全性研究

针对油气井中API螺纹和常规特殊螺纹接头连接性能较差的问题,提出了1种新型特殊螺纹接头结构,采用有限元法,分析了该螺纹接头在上扣、拉伸、压缩、拉伸+内压、拉伸+内外压等5种工况下螺纹位移、接头接触应力和Mises应力的分布规律,研究了螺纹接头在极限载荷下的连接安全性,并通过全尺寸试验验证了有限元结果的正确性。分析和试验结果表明:在5种工况下,螺纹首尾3扣应力很大,中间段螺纹的应力分布较均匀,螺纹两端存在明显的应力集中;螺纹径向位移和轴向位移随拉伸、压缩、外压载荷的增加而增大,随内压载荷的增大而减小;极限载荷下,管体屈服而接头并未发生滑脱及泄漏现象;该螺纹接头连接强度、密封性能和抗粘扣能力达到了使用要求。     

储气井螺纹连接安全性有限元模拟分析及实验研究

储气井是一种新型压力容器,其螺纹连接的安全性目前既没有经过充分的研究论证,也没有经过实践的充分检验.通过实验和有限元模拟方法,对储气井螺纹连接的安全性进行了分析研究,得出了以下结论:(1)储气井模拟构件在极限内压实验过程中,在管体发生强度失效前,螺纹连接接头部位先发生泄漏失效,表明螺纹连接接头是储气井的薄弱环节;(2)储气井在极限内压条件下的破坏模式为“漏而不破”,这一特性有益于保障储气井的安全;(3)螺纹沟槽对于井管管体而言是一种“损伤”,但其并没有增高螺纹连接接头部位的结构应力,原因是因为接箍起到了加强作用;(4)螺纹连接接头部位螺纹牙底存在应力集中,可能会导致疲劳失效,建议设计时予以重点考虑,内压疲劳实验结果显示螺纹连接接头的抗疲劳性能满足储气井一般工况要求.     

截断阀室水淹后管道沉降的防护技术研究

为了保证长输天然气管道的安全运行,需要对其截断阀室遭受水淹后管道的不均匀沉降行为进行研究。应用ANSYS软件建立了管土非线性接触模型,通过对其进行分析建立了沉降量与最大Von Mises应力和椭圆度之间的映射关系,结果表明:不均匀沉降对管道强度的影响更明显,二者间基本呈线性关系,最大Von Mises应力随着沉降量的增大而增大,根据第四强度理论便可确定管道失效时的极限沉降量。同时还探讨了管径、内压、壁厚、埋深对管道应力状态的影响,降低内压、增大壁厚以及减小埋深和管径均可降低不均匀沉降时管道的最大Von Mises应力,但其中管径和壁厚的变化对管道最大Von Mises应力的影响更为显著。预期研究结果可以为山区管道的实时监测与防护措施制定提供一定的技术支持。     

水下连接器试压帽结构动态仿真及密封性分析

为解决水下连接器现有力学模型过于简化，预紧力加载不够合理，密封性能分析结果不够准确的问题，基于ABAQUS有限元模拟提出了新的动态接触分析方法，针对水下连接器试压帽双头螺柱结构，探究了安装和试压工况中该结构形式的密封特性及其与等效拧紧力矩的非线性关联。研究结果表明:在塑性失效设计准则范围内，2种工况下密封环的Mises值最大为399.4 MPa；安装工况下，随预紧力的增加，密封环上、下锥面最大接触应力先增大后略微减小；1 145 Nm螺栓拧紧力矩可完成安装工况，并能在试压工况中保证各部件不被弹开；试压工况下，随试验内压的增加，密封环上锥面最大应力缓慢增加，下锥面最大接触应力几乎不变，最终2值近似相等约为850 MPa，密封宽度合理。     

覆土阻力对挖掘机损伤输气管道的动力响应研究

工程中管道挖掘损伤多为挖掘机具穿透土层后作用在管道上而导致。为确定覆土阻力下挖掘机对管道的损伤情况,利用ADAMS多体动力学软件,建立多体动力学仿真模型,再现挖掘过程,获取不同工况下有覆土阻力时管道所受挖掘荷载的时程曲线;最终将荷载时程曲线导入到ABAQUS有限元软件中,分析管道的动力响应情况。研究结果表明:单齿作用下管道承受的挖掘荷载的峰值是五齿作用下的1. 3～1. 9倍;与铲斗接触处的管道横截面的各项力学特征以接触点所在竖轴线为中轴线呈对称状态;挖掘荷载作用下,输气管道的Mises应力随着覆土厚度的增大而减小,且在覆土厚度变化量相同的情况下,覆土越深管道的Mises应力变化量越小。     

基于磁记忆检测方法的连续油管刻伤试验研究

随着连续油管的大规模投入使用,油管损伤引起的安全事故与日俱增。为了及时对油管使用过程中产生的缺陷进行检测、识别及定位,基于磁记忆检测方法,对连续油管进行管壁刻伤试验,结合workbench有限元方法模拟刻伤处的应力分布,对比分析不同刻伤类型产生的典型信号特征及信号特征值变化趋势。结果表明:刻伤部位的磁记忆信号曲线与应力分布曲线的特征及峰值变化趋势一致,随着刻伤宽度的增加,磁记忆信号曲线及应力分布曲线由单峰向双峰过渡,磁记忆信号峰值及应力峰值呈降低趋势;随着刻伤深度的增加,磁记忆信号曲线及应力分布曲线峰峰值增加,磁记忆信号峰值及应力峰值呈升高趋势。     

基于三维模型的螺杆钻具传动轴螺纹强度评价研究

为了研究螺杆钻具传动轴在三维井眼轨迹空间中的受力状态,根据螺纹连接的有限元控制方程,建立1种带螺旋升角的直扣螺纹力学模型,采用有限元方法对其进行计算,研究相应工况下连接螺纹的强度,结果表明:分别在压缩、扭转、弯扭组合载荷作用下,公扣螺纹端整体受到的应力比母扣螺纹要大3~4倍;压缩载荷也是连接螺纹粘扣的重要原因;传动轴接头受到弯扭组合作用的影响最大,其次为扭矩载荷,影响最小的是压缩载荷;长期在弯扭载荷作用下工作,会导致螺纹接头发生屈服破坏。以上结论有助于对传动轴的力学强度进行定性和定量判断,为进一步研究传动轴连接螺纹的受力提供了1种新的认识。     

第三方挖掘作用下PE燃气管道失效行为研究

针对挖掘破坏导致的城镇燃气管道失效,开展了挖掘作用下管道力学失效机理分析。考虑管土接触作用,建立了城镇燃气PE管道在挖掘齿作用下的三维力学响应分析模型,分析了典型工况下管道的失效过程,讨论了基于应力准则与基于应变准则等2种失效准则的适用性,并开展了影响因素分析。结果表明:机械齿作用下管道主要失效位置为机械齿与管道接触位置两端;采用基于应变的失效准则可以更好地利用PE管材的塑性性能;机械齿的作用位置对管道力学响应影响较小;管径和壁厚的增大能减小管道内的应力,同时能够减小管道的截面椭圆度;内压的改变对管道的力学响应几乎没有影响。以上结果可为城镇燃气管道的力学失效分析与安全评价提供一定的参考。     

某探井P110 S油管断裂失效原因分析

通过对断裂失效的某探井P110S油管的断口形貌、载荷受力、腐蚀产物、材质性能等方面进行详细观测及试验分析,结合油管服役的井下工况条件,发现局部腐蚀部位易发生应力集中,同时管柱底部被卡受较大拉伸载荷,导致裂纹在管柱应力集中部位形核并扩展,发生应力腐蚀开裂,最后由于强度不足导致管柱在上提过程中被拉断。     

地表载荷对硬岩区埋地管道应力应变影响分析

为研究地表载荷对硬岩区埋地管道力学性能的影响,建立了管-土耦合三维数值模型,分析了地表载荷大小、作用面积、管道压力、管道径厚比及回填土弹性模量对管道应力分布、塑性应变、椭圆度的影响。结果表明:地表压载作用下,高应力区首先出现在管道顶部且呈椭圆形;随着地表载荷及其作用面积的增大,管道高应力区逐渐扩大,管道截面左右两侧也出现应力集中;随着回填土弹性模量、管道壁厚及内压的增加,管道顶部高应力区及最大等效应力均减小。塑性应变首先出现在管顶,且塑性区随地表载荷、载荷作用长度增加而增大,随回填土体弹性模量及管道壁厚增大而逐渐减小;当内压为0~4MPa时,管道塑性应变及塑性区随内压的增大而减小。管道椭圆度随回填土体弹性模量、管道内压、壁厚增加而逐渐减小,随地表压载增大而增大。     

基于有限元的含腐蚀缺陷P110油管失效分析与安全评价

含有腐蚀缺陷油管在复杂的工作荷载下容易发生失效。建立了在内压与轴向力共同作用的复杂工作载荷下,含椭球型蚀坑缺陷与轴向沟槽型缺陷两种腐蚀缺陷的油管有限元模型。基于该模型研究了不同载荷工况下缺陷宽度、深度与长度对油管安全性及失效模式的影响。研究结果表明:腐蚀位置深度较浅时,椭球型蚀坑缺陷更危险,油管主要发生由轴力引发的断裂失效;腐蚀位置深度较深时,轴向沟槽型缺陷更危险,主要发生由内压引发的破裂失效。研究成果可为含腐蚀缺陷油管的安全评估提供依据。     

大位移塑性变形下连续油管直径增长规律研究

连续油管的工作过程是大变形塑性过程。在内压、弯曲疲劳周期复合载荷作用下,随着循环次数的增加,连续油管直径增长、壁厚减薄,同时椭圆化。连续油管直径的改变会引起与其配套设备的不兼容性,进而导致连续油管严重机械损坏。在对轴向应变、环向应变、径向应变软件仿真计算和全尺寸试验对比分析的基础上,阐述了连续油管管体直径改变的规律,找出连续油管在疲劳损伤过程中的最大直径的增长规律。在25MPa内压、300mm行程作用下,直径增长呈指数形式,且通过最大直径与循环的关系及拟合公式,可以预判连续油管的疲劳损伤程度及变形危险区域。     

黄土湿陷过程下埋地油气管道力学行为有限元模拟

针对黄土遇水后湿陷产生陷穴并引起埋地管道悬空这一过程中管道的力学行为,以基于弹塑性地基的黄土湿陷区悬空管道力学模型为基础,从湿陷原因和机理出发,建立三维有限元实体模型,模拟了土体湿陷过程和沉降变形,模拟计算结果与理论值和实测值进行了比对验证;进一步的计算和回归分析得到了管道最大位移、最大von Mises应力与地表土体湿陷沉降量的变化规律,同时也得到了最终湿陷情况下管道的von Mises应力分布和湿陷区范围的影响。结果表明:土体湿陷沉降是管道和土体共同作用的结果,湿陷前期管道与土体一起运动,位移和应力增加较快,而管道下方土体脱离管道产生陷穴后则增长较慢;管道最大位移和土体湿陷沉降量间呈对数函数关系,而管道最大von Mises应力和土体湿陷量呈指数函数关系; 湿陷区管段向下弯曲变形会在3个位置形成应力集中区,湿陷区范围增大会引起管道应力和变形的明显增加,且3个区域的最值分布有所不同。     

黄土湿陷过程下埋地油气管道力学行为有限元模拟北大核心CSCD

针对黄土遇水后湿陷产生陷穴并引起埋地管道悬空这一过程中管道的力学行为,以基于弹塑性地基的黄土湿陷区悬空管道力学模型为基础,从湿陷原因和机理出发,建立三维有限元实体模型,模拟了土体湿陷过程和沉降变形,模拟计算结果与理论值和实测值进行了比对验证;进一步的计算和回归分析得到了管道最大位移、最大von Mises应力与地表土体湿陷沉降量的变化规律,同时也得到了最终湿陷情况下管道的von Mises应力分布和湿陷区范围的影响。结果表明:土体湿陷沉降是管道和土体共同作用的结果,湿陷前期管道与土体一起运动,位移和应力增加较快,而管道下方土体脱离管道产生陷穴后则增长较慢;管道最大位移和土体湿陷沉降量间呈对数函数关系,而管道最大von Mises应力和土体湿陷量呈指数函数关系;湿陷区管段向下弯曲变形会在3个位置形成应力集中区,湿陷区范围增大会引起管道应力和变形的明显增加,且3个区域的最值分布有所不同。     

基于CFD的注采管柱接头修复胶液渗流规律研究*

为探讨注胶方法修复井下注采管柱螺纹接头缝隙的可行性,采用计算流体动力学欧拉-欧拉多相流方法构建胶液在注采管柱接头缝隙内的渗流流动数值仿真模型,模拟注胶压力驱动下修复胶液在管柱接头螺纹缝隙内的渗流过程,通过多工况条件下胶液在螺纹缝隙内的渗流数值模拟,研究注胶压力、胶液密度和螺纹失效缝隙对胶液渗流过程的影响。结果表明:基于欧拉-欧拉多相流的数值模型可有效预测胶液在管柱接头缝隙内的流动;胶液在狭缝内的渗流深度与注胶压力呈正比;胶液渗流深度与胶液密度呈反比;胶液渗流深度与螺纹缝隙尺寸呈正比。     

可控震源振动器系统不确定性分析

为了解决可控震源施工过程中振动器系统的安全性问题,采用故障树法建立仿真 模型。通过失效分析得出各故障单元的失效模式及单元间分布规律,计算出振动器系统 的可靠度。开展对该系统敏感性的不确定性分析,得出影响振动器系统可靠性的关键因 素为重锤上部密封失效。采用有限元法对其应力场进行模拟仿真。结果表明:随着工作 频率的升高,O形圈应力波动越大,密封越容易失效。Von Mises应力随压缩率的增大先 减小后增大,随槽口半径的增大而增大;接触应力在一定范围内随压缩率及槽口半径的 增大而增大。为振动器的结构优化与可靠性设计提供理论依据,并为油气资源勘探开发 的安全作业提供工程应用指导。     

吊卡磁性安全销及其应用

1.一起事故的分析 1988年9月23日,辽河油田某采油厂作业队在起油管作业过程中,因吊卡脱落,将一名井口操作工当场砸死。在调查这起事故时,辽河油田安全处参阅了前几年发生的3起类似死亡事故资料,掌握了事故发生的共同点,开阔了事故调查思路,做了有关模拟试验,找出了事故发生的真正原因。分析认为:①油田作业队为野外作业,受自然条件影响,在起油管作业过程中,常有管扣虽已卸开,但“粘扣”、“别扣”情况时有出现。在这种情况下,上提油管时,     

高压电力电缆隧道火灾早期预警判据的实验研究

我国城市架空高压电力线路已逐渐下地进入电缆隧道,其中的火灾防控系统是保护整个电力输送安全与稳定的重要一环。搭建了高压电力电缆隧道火灾烟气模拟与测量实验平台,针对电缆受热着火燃烧的典型工况,研究了隧道两端不同开口状态下的顶棚各位置CO浓度、CO2浓度、烟颗粒浓度和温度的变化特征。结果表明,顶棚位置CO浓度和烟颗粒浓度可作为火灾早期预警的优选标志性参数,而CO2浓度和温度较不适合。设定CO浓度和烟颗粒浓度的预警阈值分别为10 ppm和0.05 dB/m,各顶棚位置均可实现报警,各工况下,不同顶棚位置报警时间呈以火源正上方探头为最早报警的V字形分布。此外,电缆隧道两端的开口状态对隧道内CO和烟颗粒运动产生一定影响,进而影响不同预警参数的响应灵敏度,即两端开口时,CO浓度预警模式更早响应,而两端关闭时,烟颗粒浓度预警模式更早响应。研究结果对高压电缆隧道火灾预警系统的设计具有指导作用,也可为未来高压电缆隧道的相关预警标准提供基础。     

泄漏油气燃爆灾害下FPSO结构响应分析

为评估FPSO泄漏油气燃爆事故中结构损伤风险,采用等效TNT法结合AUTODYN软件分析结构在爆炸冲击波下动态响应,分析其塑性、变形及应力分布,评估不同工况下结构损伤程度。结果表明,TNT起爆后冲击波高速传播,10ms时已覆盖工艺I区,经反射叠加耦合后破坏力增强;原油热处理器和电脱盐器发生失效和变形,生产甲板边缘位置受约束较小,发生较大变形,部分区域屈曲破坏;参与反应的油气越多,相同结构等效应力及变形越大,大应力、大变形区域分布越广;d=60mm时部分结构完全失效。