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。     

地下天然气储气井的现状与前景

储气井是一种压力容器,也是地下压力容器的典型代表。由于开发储气井的理念来源于油气井,因此储气井具有常规压力容器所不具备的特性并存在很多先天不足。文章针对储气井的现状,剖析了储气井在材料、设计、制造、检验检测等各环节存在的问题,并对储气井的健康发展提出了改进建议。     

在用储气井定期检验案例分析

本文对近年在储气井检验中发现的主要问题和案例进行了统计,对每一种案例进行了讨论,分析了缺陷形成原因,并提出了相应的处理方式和检验要点。统计表明腐蚀减薄是储气井最常见的失效形式,腐蚀缺陷应作为储气井检验的重点。在没有其它螺纹连接性能检验方法的情况下,耐压试验应作为储气井定期检验的必检项目。     

CNG储气井套管均匀腐蚀的超声相控阵试验研究

地下高压CNG储气井套管的腐蚀为储气井在使用中的主要损伤形式,为了更好地实现储气井套管腐蚀检测和安全状况评级,本文设计了模拟储气井套管均匀腐蚀的阶梯环状套管,应用最新研制出的储气井相控阵综合检测系统,对套管的均匀腐蚀进行模拟检测研究。阶梯环状套管设计符合实际套管腐蚀减薄规律,利用相控阵综合检测系统能满足对不同组别阶梯环的全覆盖、高精度检测。对阶梯环状套管均匀腐蚀的相控阵检测技术研究结果,可为我国广泛使用的地下高压CNG储气井腐蚀检测和研究提供一定的参考意义。     

储气井定期检验上管段井筒壁厚分析

储气井上管段是外腐蚀导致壁厚减薄较易发生的部位。储气井的外腐蚀存在不均匀性，本文采用反距离空间插值法对储气井上管段的壁厚离散数据做了整体分析，分析结果与现场实际情况基本符合。储气井地表周围应避免潮湿等带来外腐蚀，其固并方法应淘汰落后的固井灌浆工艺的同时须加入扶正器以实现水泥环的均匀保护。     

某干气车间净化器壳体错边完整性评价

本文针对某干气车间净化器在定期检验中发现的封头与筒体连接环焊缝的超标错边缺陷,采用合于使用评价方法对其安全性进行分析,利用JB 4732—1995《钢制压力容器——分析设计标准》中的塑性极限载荷分析方法进行有限元分析,得出该台容器的最大允许操作压力不超过塑性极限内压的2/3,可以满足使用要求,建议使用单位运行期间对该容器加强监控管理,避免内压力、温度剧烈波动,避免应力腐蚀、疲劳失效的发生,适当缩短下一检验周期。     

过山车中未预紧螺纹连接轴的安全隐患及预防措施

由于过山车自身的运行特点,部分可能产生相对运动螺纹连接轴,在其连接面无法施加足够预紧力或无预紧时螺母仅作为挡板使用。因此此类部位的螺纹第一圈螺纹处容易在交变应力的作用下发生断裂。本文通过类似结构的失效案例,分析此类螺纹连接轴的失效模式,并提出针对此类结构连接轴的设计加工要求及检验检测时的注意事项。     

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。     

含腐蚀凹陷压力管道极限载荷数值分析

为评估含腐蚀缺陷的凹陷压力管道的安全性,用有限元弹塑性分析法,建立管道数值计算模型。研究管道缺陷长度、深度、宽度、压头直径、下压深度和初始内压等敏感性参数对含腐蚀凹陷管道极限载荷的影响。基于PCORRC法,推导多因素失效评价公式基本形式。用非线性回归分析法,拟合公式中的待定系数。结果表明,除缺陷宽度外,其余因素对极限内压影响较大;随缺陷深度、下压深度和初始内压的增大,极限内压均呈减小趋势;压头尺寸与缺陷长度相对大小不同,极限内压变化规律存在差异;失效评价公式计算值与数值模拟结果吻合度较高,相对误差较小。     

内压作用下含体积型缺陷弯管极限载荷研究

油气管道一旦发生泄漏失效容易引发爆炸等灾难性事故,而管路中的弯管段是容易发生失效的部分,弯管段承载能力的高低将影响整个管道系统的安全性。为了解决油气管线中弯管的失效问题,考虑几何和材料非线性,建立内压作用下含体积型缺陷弯管的有限元模型,并与爆破试验结果对比验证模型的有效性,确定管道的失效判定准则。研究表明影响弯管极限载荷的主要因素有缺陷的几何尺寸、相对位置以及弯曲半径。基于模拟计算,讨论各因素对含缺陷弯管极限载荷的影响规律,通过对计算结果进行非线性拟合,提出内压作用下含体积型缺陷弯管的极限内压预测公式。该公式将为含缺陷弯管的剩余强度评价和完整性评价提供一定依据。     

海上气井环空带压油套管柱动态安全评价技术

为了有效预测海上气井环空带压油套管柱潜在失效风险及安全管理环空压力,提出1种基于井口压力、温度和液位多参数监测的海上气井环空带压油套管柱动态安全评价技术。首先,结合气井生产状态参数和完井信息,建立气井井筒压力分布计算方法;然后,根据力学知识分析气井环空带压油套管柱应力场特点,进而提出利用环空带压井油套管柱安全系数作为油套管柱失效评价依据;最终,开发海上气井环空带压安全监测系统并开展现场案例井分析。研究结果表明:监测系统能够准确获取环空带压状态参数,通过环空压力状态变化分析阐述“A”环空带压机理为泄漏点处油套管之间压力平衡的保持;结合实际井口环空压力监测数据,井筒安全系数能够实时表征油套管柱安全状态。     

商业区与轻轨站厅开口处防火分隔失效时人员安全疏散评估

针对相连接部位开口处的防火分隔失效时人员能否安全疏散进行评估,研讨人员安全疏散评估过程中所采用的定性分析和定量分析方法。以某商场与轻轨站相连接开口处为例,考察当防火分隔耐火性能失效后,商场内人员和轻轨站的人员能否从火灾中得以安全疏散;通过火灾模拟的方法,采用BuildEvac和FDS软件分别对火灾时人员疏散状况和火灾烟气的蔓延情况进行人员疏散模拟和火灾烟气运动模拟。根据模拟计算结果,对商场内人员和轻轨站人员的安全性进行详细分析和讨论,从而得出实例评估结论:当排烟系统正常工作时,即使防火分隔(防火卷帘)失效,火场环境对商业区和轻轨站的人员生命安全在整个疏散过程中均不会构成威胁,所有人员都能安全疏散到安全地点。     

含硫气井井筒完整性风险评价研究

针对含硫气井开发过程中井筒完整性失效风险,建立了含硫气井风险评价模型。采用Bow-tie模型将井筒完整性的失效形式分为水力屏障失效、实体屏障失效和操作管理屏障失效3个方面,确定了含硫气井井筒完整性失效的28个风险因素;基于层次分析法定量确定了各风险因素的权重,通过风险矩阵法评估了风险因素发生的可能性与严重程度,实现了对井筒完整性风险等级的划分。将以上方法对某含硫气井进行了应用,确定了该井的风险等级及主要风险因素。研究结果表明:建立的风险评价模型能够对含硫气井井筒完整性进行评价,确定风险等级。该方法的应用有助于降低含硫气井的事故风险,可为含硫气井完整性现场管理提供参考。     

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。     

考虑气液置换的压回法气井压井过程对井底压力的影响*

为在压回法气井压井计算中进一步贴合现场实际情况,提出新的压回法气井压井过程计算方法。在压井过程中,考虑压井液与侵入井筒的气体发生置换,导致井筒流体自上而下分布为液－气液２相－气－气液２相的实际问题,建立压井过程模型,并对井底压力的变化进行计算分析。结果表明:发生气液置换对压回法压井过程井底压力以及注入压力具有明显影响,考虑气液置换对井底压力的控制可更加精确,同时,气液置换越多,压回过程所需要的注入压力越大,易引起更加严重事故。因此,气液置换过程在压回法压井过程不可忽略。     

塔式起重机的失效模式及其极限起升载荷

主要失效模式的模拟是进行塔机结构系统可靠性分析的重要环节,以起升载荷为控制量,用弹—塑性单元失效形式模拟塔机结构系统中的拉杆和压杆,结合载荷增量最小准则法,得到塔机的主要失效模式及其极限起升载荷。并应用该方法比较了数值算例中塔机在不同载荷组合下,各工况的主要失效模式和极限起升载荷。结果表明,多数失效模式中存在共有的失效杆元,提高这些失效杆元的强度就可以提高塔机承载能力。     

基于韧性损伤模型的管道凹坑缺陷应变评估

为提高管道凹坑缺陷应变评估方法的准确性,基于韧性断裂模型和损伤力学,建立管道凹坑损伤评估模型。结合有限元方法,研究2种典型凹坑缺陷(平滑型凹坑和曲折型凹坑)不同区域的损伤程度,计算在不同管规格和内压下的凹坑缺陷临界失效应变。数值模拟结果表明:不同类型凹坑的各部位损伤程度不同,且可能产生裂纹的部位也不同;不同管规格之间的临界失效应变差别较小;由于内压的回弹作用,不同内压下的非约束型凹坑的临界失效应变不同,可进而得到内压和临界失效应变的拟合关系;凹坑缺陷的应变评估需要将凹坑分为约束型和非约束型,选用不同的应变标准分别予以评估。     

补强管道复合材料的渐进失效分析

复合材料缠绕补强是一种有效的管道缺陷修复技术,复合材料渐进失效对承载能力的影响有待研究。管道缺陷的局部效应和剩余强度,导致其渐进失效历程与复合材料压力容器(Composite Overwrapped Pressure Vessels,COPV)截然不同。采用复合材料补强的缺陷管件进行极限承载试验。通过对比试验极限压力与有限元模拟的渐进失效的破坏压力,验证有限元模型的正确性。有限元模拟结果表明,复合材料缠绕层发生以纤维破坏为特征的破坏模式。复合材料的渐进失效分为稳定缓慢失效和急剧加速失效两个阶段。对比COPV的瞬间大面积失效特征,分析了缓慢失效和急剧加速失效现象产生的原因,提出了实用的补强管道"临界压力"确定方法,为复合材料补强管道的设计提供参考。     

往复式过山车车辆连接器螺栓断裂失效分析

分析往复式过山车车辆连接器螺栓的断裂失效机理,为防止游乐设施上相同受力形式螺栓的断裂失效提供指导.首先对失效螺栓开展了化学成分分析、金相组织分析、拉伸力学性能测试和断口宏微观形貌分析,初步得出了螺栓断裂的失效原因,然后在分析往复式过山车运动形式、车辆连接器结构特征、安装方式和受力形式的基础上,采用容许应力幅法对车辆连接器螺栓进行了疲劳寿命评估分析.综合定性与定量分析结果确定车辆连接器螺栓由于承受交变载荷而发生了高周疲劳断裂.最后,提出了针对该类往复式过山车车辆连接器的结构优化措施,实施设计改进后,提高了螺栓连接的可靠性和游乐设施运行的安全性.     

空冷换热器铝管-管板胀接的数值模拟和拉压失效实验研究

针对一类空冷换热器铝管与铝管板胀接工艺过程,进行了有限元数值模拟分析,计算了胀接后胀接界面附近的变形和残余应力。设计并实施了胀接铝管-管板试件的拉脱和压脱实验,得到了相应的失效载荷。本文的数值分析和实验测试的结果可为空冷换热器管-管板接头的设计提供参考。