非线性有限元法用于腐蚀管道失效压力预测

采用非线性有限元法建立了含缺陷管道爆破失效的数值模型,以此预测腐蚀缺陷管道的失效压力。分析了模型中的单元划分、材料模式、非线性求解方法、失效判据等技术要点,对不同管材、规格以及缺陷尺寸的全尺寸管道爆破试验结果进行了分析和计算,验证了所建模型的准确性。基于有限元计算结果,同时考虑缺陷长度、深度、宽度等因素的影响,拟合出含缺陷管道的失效压力预测公式,与其他方法以及试验结果相比,该公式计算误差较小。

成品油管道与热原油管道同沟敷设技术研究

同沟敷设管道中成品油管道和原油管道间的传热对原油管道的运行有一定的影响。采用非结构化有限容积法,对成品油和原油管道内复杂的流动和传热问题进行了数值模拟。为了确定同沟敷设成品油管道对原油管道的影响,对相同条件下单独敷设的原油管道进行了水力和热力计算,并与同沟敷设管道的计算结果进行了对比。结果表明,两条管道的间距取1.2m时,原油管道沿线温度受成品油管道的影响较小。

燃气管道失效概率评估方法研究

失效概率评估是燃气管道定量风险评估的关键内容之一。对基于专家估计的主观失效可能性评估方法和基于历史失效数据统计或强度理论的客观失效概率评估方法的优缺点进行了分析,提出了一种主观方法和客观方法相结合的失效概率评估方法。采用历史失效数据统计方法,计算燃气管道的平均失效概率;采用层次分析法,利用专家估计数据,求得管道失效可能性,并认为主观估计的中等可能性等于历史失效数据统计的平均失效概率,从而确定主观失效可能性和客观失效概率之间的关系式。以埋地钢质管道腐蚀失效为例,阐述了这种失效概率评估方法。采用主观估计法,求得任意情况下的管道失效可能性,利用主观可能性和客观概率之间的关系式,求出燃气管道的客观失效概率。

大庆原油管输结蜡规律与清管周期的确定

在确定不同流态区管壁处剪切应力、蜡晶溶解度系数、径向温度梯度及管道沿线温降分布的基础上,回归建立了适用于描述大庆油田某两联合站间输油管道蜡沉积的结蜡模型。根据差压法原理,建立了研究原油管输结蜡过程室内模拟试验装置,并覆盖该输油管道的典型工况条件开展了管输原油结蜡模拟试验。相对偏差分析表明,结蜡模型预测结果与试验值的适配性良好。进而在预测运行时间对该输油管道结蜡影响的基础上,结合结蜡层厚度对管道轴向温降及压降的作用,确定了年季节最高与最低土壤温度期的清管作业周期分别为4个月和3个月。

腐蚀管道剩余强度评价方法及其应用

分析了管道腐蚀缺陷各种评价方法的理论基础,导出了相应的评价方法的评价公式。将现有的标准归纳为3种基本的准则,即B31G准则、API579准则和DNV RP-F101准则。理论和数值分析表明:B31G准则评价的保守性低于API579准则。在单一荷载下,3种准则的保守性从高到低依次为API579准则、B31G准则、DNV RP-F101准则,评价复杂程度从高到低依次为API579准则、DNV RP-F101准则和B31G准则。鉴于大多数管段主要在单一内压载荷下运行,为了降低评价的保守性,简化评价过程,对于单一荷载和简单缺陷,腐蚀管道的剩余强度仍按B31G准则或DNV RP-F101准则进行评价。

原油超声波降黏实验研究

采用自行研制的全波长聚能型压电超声换能器及变幅杆浸入式反应器,对原油油样进行了超声降黏处理,测定了黏-温曲线。分析超声处理时间、换能器工作电流和含水率对原油超声降黏效果的影响。结果表明:当超声处理时间为3min及换能器工作电流为0.36A时,油样在温度为25℃、黏度低达200mPa.s时能够维持原油常温下的连续输送。但当超声处理时间过长时,原油黏度反而升高。其中,含水率为60%和75%的原油经超声处理后,降黏率大于60%。采用扫描电镜(SEM)观察了不同参数条件下的蜡晶形态,证明了原油超声降黏的可行性和不可回复性,为超声降黏装置的研制提供了理论依据。

输气管道天然气水合物段塞形成机理

针对现有的多数水合物预测模型无法描述输气管道水合物段塞形成过程这一问题,依据管道中气液分布特点,构建了描述输气管道中水合物生成状态的物理模型。以此为基础,借用传热学、多相流和相平衡理论建立了预测水合物段塞形成的数学模型。给出了定解条件,继而采用数值模拟方法对水合物段塞的形成过程进行了研究。结果表明,模型可以成功预测段塞的形成位置、形态及变化过程;气流量、绝热层的厚度和导热系数对初始状态下水合物生成区域会产生明显的影响,而且随着气流量的增加,气芯的携液能力增强,液膜厚度减小;水合物段塞形成过程中引起管线压降增大、温度降低、气芯携液能力增强、液膜厚度减小等一系列参数的变化,这些变化又可以作用于段塞使其进一步生成。

基于LS-SVM的管道二维漏磁缺陷重构

针对铁磁材料的无损评估中,漏磁信号描述缺陷的几何特征难点,提出了应用支持向量机对二维缺陷重构的新方法,支持向量机输入是漏磁信号,输出是缺陷轮廓数据,建立了由缺陷的漏磁信号到缺陷二维轮廓的映射关系。网络学习采用最小二乘算法,训练样本由实验数据与仿真数据组成,测试样本为人工裂纹缺陷。该方法实现了人工裂纹缺陷的二维轮廓的重构,并与径向基神经网络重构结果进行了比较。试验结果表明,该方法具有速度快、精度高和很好的泛化能力,为漏磁检测定量化提供了一种可行的方法。

新大线同沟敷设热力分析

针对新大线同沟敷设管道,采用非结构化有限容积法,分析了不同的物性条件下,常温输送原油对加热输送原油的热力影响。

基于POD的埋地热油管道停输再启动模拟高效算法

基于特征正交分解(POD)技术,开发了一种进行埋地热油管道正常输送、停输及再启动3个过程计算的高效算法。首先采用有限差分法和有限容积法建立基础样本,然后通过奇异值分解(SVD)算法得到管道停输后的沿线油温、土壤温度场和再启动流量基函数库,并插值得到任意计算参数条件下的谱系数,最后进行重构。该算法可在少量计算条件数值模拟的基础上,快速、准确地求解其他条件下停输再启动过程的相关参数。实际算例表明,POD模拟结果与直接数值解法相比,温度偏差在0.05℃以内,流量偏差小于3%。POD算法计算速度显著提高,单算例平均耗时小于0.1s,而数值算法单算例平均耗时约20min。

提高油管漏磁检测设备性能的新方法

根据实际的漏磁检测设备相关参数,建立有限元仿真模型,确定了励磁线圈的形状和工作参数,获得最佳的信噪比。提出了在励磁线圈外面增加辅助磁路的措施来消除检测时的端部效应。通过在Hall探头两侧表面加装导磁块的方法,提高了探头对缺陷漏磁信号的轴向分量的检测能力。仿真数据同实验结果基本吻合,研究成果已经用在钢管漏磁检测设备的开发生产中。

六参数含蜡原油触变模型

含蜡原油在较低温度下具有典型的触变特征,触变模型是含蜡原油输送管道再启动数值模拟的基础。在分析现有触变模型的基础上,结合含蜡原油的特性以及悬浮体系流变学的相关理论,提出了一个适用于含蜡原油的包含6个参数的黏塑性触变模型,并利用基于剪切率阶跃方法测试的触变数据对该模型进行了检验。结果表明,该模型对触变数据的拟合效果优于目前常用的包含8个参数的Houska模型,与12个参数的双结构参数模型相当。与Houska模型和双结构参数模型相比,所提出的六参数模型因拟合参数少且状态方程形式较为简单,通过优化算法拟合确定的触变参数定性上更为合理,更适用于含蜡原油管道停输再启动数值模拟。

油气管道并行敷设热力影响

对两条输油管道并行敷设的热力影响规律已有研究,但对输气管道和输油管道并行敷设热力影响情况尚未清楚。采用有限容积和有限差分相结合的数值模拟方法,对工程实际中可能存在的3种典型油气管道并行敷设方式(热油管道与输气管道低温段,冷输油管道或热油管道低温段与输气管道高温段以及热油管道与输气管道高温段并行敷设)的热力影响规律进行了研究。在这3种并行敷设方式下,分析得到了并行敷设的油气管道采用不同管间距时,沿线油温和气温相对于单管敷设的最大温差变化范围和热力分布特征。

应用PIV技术测量幂律流体在环空管道内的流场

为研究偏心环空流动或其它流体的流动特性,建立了幂律流体的环空流动实验模型.利用PIV(粒子成像测速仪)技术对环空流场中的粒子分布、速度场和速度分布进行测量,获得了环空流场的流动特性和速度分布规律.结果表明:同一种流动条件下测量大量的瞬时流场,可以获得稳定的时均速度分布场,这反映了环空流场的流动特性,为研究不同情况下的环空流动提供了思路;不同质量浓度、不同流量下流场分布情况的测量结果为数值计算以及工程设计提供了重要的参考,也为以后偏心环空流场的测量奠定了基础;应用PIV流场测量技术研究环空流动流场特性可行.

中江气田地面高效集输关键技术与应用

针对中江气田滚动开发、快速上产导致管网压力高、低压低产井生产困难、同井场井间干扰制约低压井产能释放等问题,开展了针对管网、站场、气井的3项地面高效集输关键技术研究与应用。首先,基于现有管网开展多方案结构优化模拟,建立了8字型“枝状+环状”复合型管网,集输能力提升两倍、气田远端回压降低0.5 MPa,确保了天然气顺利外输;其次,针对轴向分布低压低产气井,开展了5~10 km多节点增压半径技术经济界限系统评估,形成中江气田10 km长半径增压方案,覆盖范围提升30%,建设成本降低25%,实现狭长带状分布气井低成本增压;最后,针对同井场高低压气井研制了“活动式+低压差”引射装置,将常规引射压差由3.0~5.0 MPa降低至0.4~1.0 MPa,实现了在无外部动力源条件下,同井站相对高压井对低压井的引射增压,被引射低压井油压最高降幅达0.9 MPa、产量提升20%~140%,避免了同井场高压气井对低压气井生产的抑制;中江气田地面高效集输关键技术有效支撑了气田产量目标的顺利实现、保障“采的出、输得走”。

优化算法在天然气管网运行中的应用

阐述了天然气管网运行优化的数学模型,建立了两种目标函数,最大收益目标函数和最大流量目标函数,8种约束条件。通过研究各种典型优化算法的优劣性,确定了线性化优化算法、复合形优化算法、可行方向优化算法三种方法来求解天然气管网运行优化模型,并编制了应用程序。结合实例,对三种算法在天然气管网运行优化中的应用进行了研究,结果表明,三种算法的优化结果误差在1％内,线性化优化算法在收敛速度和解的质量方面均优于其他两种算法,更具实用性。

成品油管道工艺方案优化设计研究

基于计算期内总费用最小现值建立了干线成品油管道工艺方案优化设计的数学模型,分析了分输方式、分输流量变化及工艺计算参数的选取等问题。考虑到传统数值算法求解多变量混合整数非线性规划问题的局部最优性及对初值敏感性强等缺陷,针对所建立的数学模型的特点,引进了一种较新的全局搜索算法———杂交差分进化方法,并对其进行了局部改进,采取了动态处理约束条件的措施。在泵站可选位置确定的条件下,采用赋权有向图来表示工艺方案优化设计问题。泵站位置候选点对应图的顶点,两顶点间管道的总费用现值对应弧的权值。通过递归调用Dijkstra算法,求解出了前N条最短路径对应的最优和次优方案,并以其作为进一步进行多因素方案比选的候选方案。用实际算例说明了上述方法的有效性。

用数值积分方法计算埋地热油管道的轴向温降

研究了埋地热油管道中油品流态变化时所对应的临界温度的求解方法,提出用临界温度来判断埋地热油管道中流态和流型的变化情况。在考虑原油物性和总传热系数随温度变化以及摩擦生热的基础上建立了埋地热油管道正常运行时的轴向温降数学模型,并研究了数学模型的求解方法,提出了求解埋地热油管道正常运行时的轴向温降数学模型的步骤,由于模型中考虑了原油物性和总传热系数随温度的变化,因此,利用此方法的计算结果更接近于实际。

基于热流固多场耦合的埋地输油管道地震响应

基于热流固耦合作用,推导输油管道轴向应力表达式,利用ANSYS Workbench建立土—管—油三维有限元模型,采用时程分析法,考虑温度场和热流固耦合因素影响,分析埋地输油管道地震响应,得出埋地输油管道在地震激励作用下的变形特征及动力时程曲线。结果表明:埋地输油管道在X向激励作用下比Y向与Z向轴向应力峰值提高14.9%;温度场对轴向应力影响略微增大,峰值应力提高2.5%;热流固耦合场对管道影响明显,热流固耦合下频率降低89%以上,轴向应力峰值增大46%。该结果为严寒地区埋地输油管道设计提供技术支持。

混合原油物性参数计算方法

介绍了混合原油的密度、粘度、比热容三个物性参数的计算方法以及各物性参数随温度变化的函数表达式,为设计人员的工艺计算提供了一定的参考。