平面型缺陷剩余强度评价方法及其应用

平面型缺陷剩余强度评价方法及其应用

X

徐　星,卢礼兰

(西南石油大学石油天然气装备教育部重点实验室,四川成都　610500)

摘　要:分析了裂纹型缺陷各种评价方法的理论基础,导出了相应评价方法的评价公式。将现有的标准归纳为三种基本准则,即SY/T 6151标准、GB/T 19624标准、BS7910标准,理论和数值分析表明三种准则中SY /T 6151准则保守性最大,GB 19624-2004次之,BS 7910准则最小。鉴于大多数管道主要承受单一内压荷载,为简化评定程序和降低评价的保守性,建议在简单荷载及缺陷较小的情况下,采用SY/T 6151准则,一些重要部位用GB19624-2004准则,在非常重要的部位以及缺陷影响性非常大的部位,采用BS 7910准则。

关键词:裂纹;载荷比;断裂比;剩余强度;评价标准;

中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)08—0127—051　现有管道裂纹型缺陷剩余强度评价标准及缺陷计算公式

评价管道平面型缺陷剩余强度的标准较多,这些标准的剩余强度计算公式大都基于1957年由欧文采用弹性力学的方法,以单向拉伸和双向拉伸为边界条件,应用威斯特噶尔德应力函数提出的断裂判据,即按应力强度因子及断裂韧性建立材料的断裂判据为

K I =YR

PaF K Ic

(1)

式(1)中K I 为应力强度因子;Y 为几何形状因子;R 为构件中的实际应力;a 为裂纹半长度;K Ic 为裂纹发生失稳扩展时的应力强度因子临界值。2　各种评价准则的特点2.1　SY /T 6151-2009标准

SY/T 6151-2009钢质管道管体腐蚀损伤评价标准评价的思路是,首先依据管道继续使用能力划分为5种管体腐蚀损伤评定类别,见表1。然后分别用屈服强度理论计算出p s ,用断裂力学理论计算出封隔器坐封,并同时完成锚定器和封隔器锁紧。泄压完井后可直接注水。

4.1.3　技术指标。耐温:130℃,耐压差:25MPa ,有效期1年。

4.2　K341不洗井分注管柱设计

4.2.1　管柱组成。主要由K 341-105/100型注水封隔器、DYF-105/100和球座等组成。

4.2.2　工艺原理。坐封:按管柱配置下入到设计位置,从油管内加压到3～5MPa,封隔器坐封,继续打压5～6MPa,定压阀打开,实现注水。

4.2.3　技术指标。耐温130℃;耐压差35MPa ;有效期1年。5　现场应用

套变井工艺管柱自2006年2月开始进入现场,至2009年6月底为止,在中原油田文南、濮城、卫城、胡状集和马寨等油田累积现场推广应用127口井,其中套变井分注122口井,结合其它措施套变井找

漏5口井,其中有两口井由于投捞遇阻造成返工外,其余分注井均一次施工成功,累计一次施工成功率达98%以上,管柱下人最大深度3325.6m ,套变最小通径103.0mm,平均通径111.5mm,最高注水压力35.5MPa,最大注水压差35.5MPa 。6　结论与认识

中深套变井分层注水技术的研制和应用,完善了油田注采井网,提高了水井开井利用率和水井分注率,有效防止了大量无效注水进入高渗透层,减少水驱控制储量损失,达到井况防治目的;提高水驱动用程度,降低了区块综合含水,改善了套变井区注水开发效果,达到了提高油田采收率的目的。

[参考文献]

[1]　万仁溥.采油技术手册(下册)[M ].北京:石油

工业出版社,2000.8.

[2]　胡博仲.大庆油田高含水期稳油控水采油工

程技术[M ].北京:石油工业出版社,1997.

127

　2012年第8期 内蒙古石油化工

X

收稿日期基金项目国家科技重大专项深水井下流量控制关键技术研究(N ZX 56)作者简介徐星(6)男,现为西南石油大学研究生,主要从事管道剩余强度研究。

:2012-02-19

:0.2008002-001-10:198-

p1c和p2c,再取p s、p1c和p2c三者中最小的值为腐蚀区域最大工作压力p′,最后用p′与MAOP的比值对照表1进行剩余强度评价。

表1　管道腐蚀损伤评定类别划分

类别p′/MAOP评定与结论

1留用A<10%腐蚀程度轻,完全可以继续使用

2修理p′/MAOP≥100%腐蚀程度不严重,能维持正常运行

3修理

50%≤p′/

MAOP<100%

腐蚀程度较严重,

需降压运行或予以修理

4修理p′/MAOP<50%腐蚀程度严重,尽快降压和维修5更换A≥80%腐蚀程度很严重,应尽快更换 该标准采用屈服强度理论计算:

[p s=1.1p

1-

2

3

(

d

t

)

1-

2

3

(

d

t B2+1

)

](2)

该标准采用断裂力学理论计算:纵向裂纹:

p1c=

4tS y

1.39PDM

cos-1[exp(-

PED c

8S y a

)](3)

环向裂纹:

p2c=8tS y

PDM

cos-1[exp(-

PED c

8S y a

)](4)

腐蚀管线所能承受的最小压力p d计算:

p d=1.1p(1-d

t)(5)

SY/T6151的不足之处:单个缺陷的评价:该标准没有考虑裂纹群的相互影响,对复杂的裂纹缺陷没有相关的评价方法;p s和p d的计算与腐蚀长度无关,这意味着无论管道的裂纹长度是如何,只要满足最大许用压力准则,都认为管道可以继续服役,这显然是不合理的;只考虑裂纹的长度和深度而没考虑裂纹的宽度,这就意味着无论裂纹宽度如何,只要裂纹长度深度一样,评定结果就一样,这显然是不合理的。

2.2　BS7910标准

BS7910《金属结构中缺陷验收评定导则》是英国标准委员会在PD6493的基础上发展建立的。该标准中平面型缺陷的评定分为三个等级:初级评定、中级评定、高级评定。初级评定方法为最简单的评定方法,适用于材料性能数据有限的情况;中级评定为常规评定方法,适用于大多数材料;高级评定方法为最高级别评定方法,主要用于高应变硬化指数材料或需要分析裂纹稳定撕裂,对于一般的焊接结构用钢,不需要采用此方法。

这三种评定方法既相互独立又相互联系,一般由初级评定到高级评定的顺序执行,在采用低一级评定未能通过时,允许在满足要求的条件下应用高一级的评定方法从新进行评定,对失效后果极为严重的含缺陷管段,建议同时采用中级和高级方法评定,如果中级评定结论和高级评定结论发生矛盾,应以高级评定结论为准。

2.2.1　初级评定

初级评定的评价思路:采用FAD图评价,FAD 图如图1所示,纵坐标为K r或者D r0.5,横坐标为L r,由评定线和坐标轴围成矩形,当K r或D r0.5小于0.707, L r小于0.8时,

剩余强度评定认为是安全的。

图1　平面缺陷初级评定失效评定图

应力强度因子K I可表示为

K I=YR Pa(6) YR=Mf w M m R max(7)

式(7)中M为皱折因子;f w为有限宽度校正因子;M m为受拉时的应力强度增强因子;R ma x为最大拉伸强度。

断裂比K r或D r0.5

K r=

K I

K m at

(8)

D r=

D

D m at

(9)

式中K m at,D ma t为断裂韧度。

载荷比

S r=

R r e f

R f

(10)

R ref=1.2M T p m+2

p b

3(1-

2a

W)

(11)

M T=1+1.6

a2

r i B

(12)

R f=

R Y+R B

2

(13)

式(11)中R ref为参考应力,式(13)中R f为流变应力,拉伸强度R Y和屈服强度R B的算术平均值。

初级评定的特点:初级评定方法简单,结果较安全,工程应用简便,一般情况下评定更为保守;对断裂韧度和施加应力都做了保守性的评估,且不采用局部安全因子;由于其具有较大的保守性,只能用于缺陷安全性的粗略评定。

　中级评定

当初级评定不满足时,BS就采用中级评

128内蒙古石油化工 2012年第8期　

2.2.2

7910