油气管道完整性管理技术及其进展

阐明油气管道完整性管理的概念、技术内涵及意义。提出油气管道完整性管理的技术流程;指出油气管道完整性管理应包括油气管道的GIS和数据库、风险评价、基于风险检测、适用性评价、管道地质灾害评估、管道维护决策及应急响应等关键技术;评述了国内外油气管道关键技术的研究进展。对进一步完善和发展管道完整性管理技术,加快管道完整性管理法规和标准体系的建设提出了合理化建议。

弥散型腐蚀损伤管道剩余寿命预测方法

基于损伤理论,将管壁点腐蚀损伤层材料视作孔洞型均匀损伤材料,通过模拟多孔材料拉伸实验,研究了孔洞型损伤管线钢表观弹性模量和屈服强度退化规律。根据稀溶液理论,导出了腐蚀损伤沿壁厚方向的分布模型。通过腐蚀实验,研究了腐蚀损伤管线钢力学性能随时间的变化规律。根据腐蚀损伤规律,并结合相应的管道应力和强度分析,提出了一种新的点腐蚀弥散损伤管道剩余寿命的预测方法。

管线钢断裂和疲劳裂纹扩展特性研究

对厚度分别为 3mm、6mm、9mm、12mm、15mm的紧凑拉伸 (CT)试样进行了断裂韧性试验 ,研究了X60管线钢的断裂特性。研究结果表明 ,由于试件厚度与分层裂纹间有强烈的耦合效应 ,表观断裂韧性不随厚度的变化而变化 ,靠增加试样厚度无法获得材料的平面应变断裂韧性 ,应用穿透裂纹的表观断裂韧性数据进行管道的安全评定不可靠 ;考虑塑性区修正的有效应力强度因子Ke与弹塑性J积分参量KJ 在失稳扩展前保持了良好的等效性。对厚度分别为 2mm、4mm和 14mm的CT试样的疲劳裂纹扩展试验表明 ,高韧性管道钢的疲劳裂纹扩展存在显著的厚度效应 ,厚度效应敏感区在

螺旋焊管焊缝噘嘴应力分析方法

螺旋焊管焊缝噘嘴问题是复杂的三维问题 ,国际上目前尚无现成的应力计算公式可以利用。作者建立了螺旋焊缝噘嘴应力分析的力学模型 ,在直焊缝噘嘴应力的理论解基础上 ,通过理论分析和有限元数值分析 ,提出了螺旋焊管焊缝噘嘴附加弯曲应力和焊缝噘嘴部位最大应力的显式解。给出了螺旋焊管焊缝极限噘嘴高度的计算公式 ,为螺旋焊管质量控制和安全性评定提供了理论依据。

含腐蚀缺陷管道剩余强度的有限元法分析

采用有限元数值计算方法分析了腐蚀坑交互作用对管道剩余强度的影响。结果表明,对于轴向排列的两个蚀坑,其交互作用随蚀坑间距增大而减小。当蚀坑间距小于最小蚀坑轴向长度的两倍时,管道腐蚀剩余强度评价时应考虑交互作用的影响;当蚀坑间距大于最小蚀坑轴向长度的两倍时,管道腐蚀剩余强度评价时只需考虑最严重的腐蚀坑。对于环向排列的两个蚀坑,当仅有内压载荷时,不发生交互作用,只需依据最严重的腐蚀坑计算管道腐蚀剩余强度。

在役油气管道腐蚀剩余寿命预测方法

This paper has presented a new method of the remaining life prediction of corroded pipeline based on the reliability theory.This method involves establishing the probability distribution models of variables-corrosion velocity,corrosion flaw size,critical corrosion flaw size.Then,a function of the failure probability or reliability verse the service time of corroded pipeline could be gained by calculation.Utilizing this function,we could determine the remaining life of the corroded pipeline as long as the acceptable probability or target reliability was determined according to risk rank and area grade of the pipeline lying.Decision of the inspection interval of corroded pipeline could be made as result of the remaining life prediction.The new method has been utilized successfully in several pipelines.

油气输送用焊接钢管可靠性评估方法

笔者研究并建立了焊接钢管焊缝漏检缺陷的概率分布模型及材料性能、输送压力的概率分布模型 ;采用失效评估图 (FAD)技术 ,引入可靠性理论 ,建立了油气输送管线用焊接钢管的可靠性评估模型和方法 ,即基于FAD技术的Monte Carlo方法 ;计算得出西气东输用焊接钢管的失效概率低于 10 -5,可靠度超过 0 .99999,达到DNVRPF10 1标准对管道可靠度的要求。

点腐蚀损伤管道剩余强度的评价方法

采用模拟多孔材料拉伸试验,建立了含孔洞型损伤管线钢的宏观力学性能退化规律模型。结果表明：管线钢的弹性模量和屈服强度随孔隙率的增大而显著降低,对于X70管线钢,当孔隙率达到50%时,材料表观弹性模量和屈服强度降为零。基于损伤理论,将用于评价体积型缺陷的API RP 579公式进行了改进,建立了点腐蚀损伤管道的剩余强度评价公式。算例分析结果表明：将点腐蚀缺陷简化为局部腐蚀缺陷,其保守程度随点腐蚀深度增加而增大,当最大点腐蚀深度小于t/10时,这种简化处理在工程上可以接受。

管线钢表面裂纹体的三维断裂特性和断裂判据研究

采用中心表面裂纹试样的三点弯曲试验,研究X70管线钢表面裂纹体的断裂特性。结果表明,二维断裂力学参量KⅠ已不能客观描述和表征表面裂纹体断裂现象和裂端应力场强度。采用三维断裂力学参量KZ,能很好描述和表征表面裂纹体的试验现象和裂纹尖端应力场强度,三维断裂韧度KZC与表面裂纹的几何尺寸和裂纹形态无关,是管线钢表面裂纹体的客观韧性指标。建立穿透裂纹和表面裂纹的统一断裂准则,即三维断裂力学准则,KZ=K(F(TZ))～(1/2)≤KZC,将该准则和失效评估图(failure assessment diagram,FAD)技术相结合,可以进行含表面裂纹管道的安全性评定。

在役输气管道焊接接头开裂原因分析

佛两线天然气输送管道检测与评价时，发现管道内焊趾多处开裂。通过失效分析和管道服役环境调查，证明开裂原因是管道服役期间发生硫化物应力腐蚀开裂（SSCC）。管内输送天然气中H2S浓度高、天然气中含水蒸汽、内焊趾附近存在高的附加拉应力、严重的焊接缺陷（咬边、未熔合等）是导致管道焊接接头发生硫化物应力腐蚀开裂的主要原因。建议进一步加强管道防护，尽快开展管道的安全评价工作，以确保管道安全运行。

输气管道缺陷尺寸定量化及其概率分布特性研究

通过对四川某输气管道现场采样管段的室内缺陷探测,建立了以现场采样、无损检测、切割拉断和缺陷尺寸测试为主要过程的缺陷探测和尺寸定量化方法。对采样管段探测结果表明,管子内焊趾存在严重的表面裂纹,裂纹平均深度为1.91 mm,最大深度为3.85 mm。采用了正态分布、对数正态和威布尔分布拟合缺陷尺寸的概率分布规律,结果表明裂纹深度α最接近正态分布。

油气管道适用性评价及软件研究进展

油气管道适用性评价是对含缺陷的油气管道是否适合于继续使用以及如何继续使用的一种定量评价 ,包括剩余强度评价和剩余寿命预测两个部分。本文介绍了笔者在管道适用性评价方法和软件上的主要研究成果 ,给出了三个实际管道的评价案例。

基于微焦X-CT的碳酸盐岩孔隙结构精细表征

利用微焦X-CT射线层析扫描技术,从精细化、定量化和无损化角度,对西沙海域中新统碳酸盐岩样品的孔隙结构和微观非均质性进行了精细表征。碳酸盐岩样品的三元组构中,孔隙、基质和矿物分别具有不同的CT值分布范围,通常孔隙的CT值均小于-700 HU。阈值分割提取二值化图像确定了各切片的平均孔隙度变化,定量表征了岩石微观非均质性特征,其中处于同一沉积相的XY-1、XY-2和XY-3样品的平均孔隙度大小和变化趋势各不相同,表明3块样品的非均质性较其他样品更严重。三维重构后计算的孔隙度略大于传统压汞法测得的结果,两者之间具有很好的相关性。建立了三维表面模型和立体模型,清晰地识别出碳酸盐岩样品中孔隙、基质和矿物的空间分布形态及其相互连通性。该技术为评估样品非均质性提供了新的方法,也为估算渗透率和储层潜力提供了新思路。

焊缝噘嘴对螺旋焊管应力分布的影响

用电阻应变测量法对某输气管线管（SSAW焊管）螺旋焊缝周围表面应力进行了在线监测，得到了不同内压下焊缝周围应力分布规律，研究了焊缝噘嘴（国际上称为焊缝角偏差）对管道应力分布的影响。研究测试结果表明，噘嘴造成焊缝附近产生附加弯曲应力，并导致管道焊缝附近外表面拉应力显著减小，而内表面拉应力显著增大，从而会降低管线实际承压能力并增加焊缝附近应力腐蚀开裂的敏感性。指出对在役管道进行安全评价和管线管质量控制时应重视焊缝噘嘴的影响。

含缺陷管道适用性评价方法研究进展

含缺陷管道适用性评价是油气管道完整性评价和完整性管理的重要组成部分，它包括含缺陷管道的剩余强度评价和剩余寿命预测。概述了含缺陷管道适用性评价的对象、类型和方法，以及国际上的主要研究进展。介绍了近年来研究建立的几种新的管道适用性评价方法，提出了下一步应研究的难点技术和关键技术。

含裂纹管道剩余强度评价方法及其应用

含裂纹管道的剩余强度评价，目前国际上普遍采用失效评估图（ＦＡＤ）技术。文中介绍了失效评估图技术的基本思路和目前通用的失效评估曲线，ＣＥＧＢＲ６的选择１和ＢＳＩＰＤ６４９３的选择３。通过在役含裂纹管道全尺寸试验评价验证了失效评估图技术的可靠性。运用ＦＡＤ技术评价了佛两（佛荫一两路口）线管道剩余强度，结果表明，若能加强对天然气的脱硫、脱水，使输送天然气气质条件达到ＳＹＪ７５１４－８８标准中Ａ类ｌ级要求，并控制输送压力的平稳，管道可以在现役压力２．５ＭＰａ下安全运行。

预应变对X60管线钢疲劳裂纹形成寿命的影响

采用U型缺口试样研究了X60管线钢经5%、10%和15%的预拉伸应变后的疲劳裂纹形成寿命。结果表明:X60管线钢拉伸变形表现出显著的应变强化效应,但塑性降低;预应变可以延长疲劳裂纹形成寿命,提高疲劳裂纹形成的抗力系数和裂纹形成的当量应力门槛值;裂纹形成的断裂为穿晶解理机制,预应变可导致更多的二次裂纹。

河北承德路通沟剖面寒武系层序地层划分

层序地层学是地层学研究中的第三次革命,其强调年代地层框架内的沉积相关系和地层结构。河北路通沟剖面寒武系地层连续,层序界面清楚而独特,沉积现象丰富,是进行华北地台寒武系层序地层划分的典型地点之一。该剖面岩相类型以泥晶灰岩、鮞粒灰岩及白云岩为主,发育潮坪相、颗粒滩相、缓坡相及陆棚相等沉积相。在新的年代地层框架下,依据沉积相的垂向叠加样式及其反映的长周期旋回特征,将路通沟剖面寒武系划分为9个三级层序,以第三统徐庄组组成的三级层序(TST+CS+HST)为界,整个沉积序列从混积潮坪相沉积变为缓坡型碳酸盐岩沉积,层序也从以"TST+HST"为主的沉积序列转变为以"CS+HST"为特征的淹没不整合型层序序列。芙蓉统中众多的叠层石生物丘暗示:寒武系末期贫乏骨骼的风暴海洋中微生物碳酸盐岩随后生动物辐射也在增加的特殊沉积现象。基于沉积相叠置方式及旋回特征对路通沟剖面寒武系的层序地层研究,将为探索华北地台东北部广泛分布的寒武系地层的层序划分提供一个典型的实例,为今后大范围的追索和对比提供更多的思考途径。

西气东输用焊接钢管疲劳可靠性寿命评估

通过疲劳试验, 建立了西气东输用X70焊管焊接接头材料在 0 5、0 999、0 999 9和0 999 99等 4种可靠度下的疲劳寿命曲线, 即P S N曲线; 根据西气东输管道输气量不均匀系数,建立了X70焊接钢管所承受的载荷谱; 基于焊接接头材料可靠性疲劳寿命P S N曲线和管道载荷谱,采用Miner累积损伤准则, 估算了X70焊管的疲劳可靠性寿命。在 0 999、0 999 9和 0 999 99等 3种目标可靠度下, 西气东输用X70焊管的疲劳寿命均超过 30a, 在管道设计寿命内X70焊管不会发生疲劳破坏。

油管道改气管道材料适用性评价

测试分析了克乌（克拉玛依－乌鲁木齐）复线５２９ｍｍ×７（８）ｍｍ管道材料化学成分、拉伸性能、夏比冲击韧性、金相组织和硬度等理化性能，评价了该管道由输油改输气后管材本身的适用性，包括材料抗脆断能力和延性断裂止裂能力评价及酸性气体环境下的应力腐蚀敏感性和氢致开裂敏感性分析。结果表明，若能严格控制气质条件，加强对天然气的脱硫、脱水，使进气质量达到ＳＹＪ—７５１４—８８中Ａ类Ⅱ级要求。