海洋平台结构损伤涡流热成像检测激励线圈设计

海上平台作为海上石油开发的重要设施,处在海水浸泡、冲击等恶劣环境中,很容易出现损伤,影响其安全性。管节点作为高应力集中的部位是海上平台结构中更易产生损伤的地方,因此对管节点进行检测十分重要,为适应海上平台管节点这种特殊结构的损伤检测,利用涡流热成像技术,考虑管节点结构、在管节点表面感应出的涡流分布情况等因素,设计出了圆台形线圈、三角形线圈、扁平双线圈三种形式的线圈,并通过COMSOL、SolidWorks完成了相应的仿真模拟,为了符合实验室需求,又构建出了等比例待测工件及线圈的实际模型,通过实验模拟、MATLAB数据处理验证了仿真模拟的准确性及所设计线圈的有效性。结果表明,扁平双线圈对海上平台管节点的加热效果更佳,能够用于对其损伤缺陷的检测。

水下井口套管悬挂器的敏感性及疲劳损伤分析

套管悬挂器是水下井口的关键部件之一,在温压环境等多场耦合作用下容易引发疲劳失效,破坏油气井井筒完整性。为探究套管悬挂器在复杂环境下的力学性能和疲劳损伤变化规律,以南海东方1-1气田某板块的水下井口为例,分析套管悬挂器温度分布和各类载荷,建立基于热力耦合作用的水下井口套管悬挂器精细有限元模型,对比下放、BOP试压、回收下放工具和完井采油等4种工况下套管悬挂器的力学性能和疲劳损伤,并评估温度和BOP重力等敏感性因素对水下井口套管悬挂器力学性能的影响效果。研究结果表明:在热力耦合作用下,等效应力和变形量均显著增加,井口温度对套管悬挂器性能的影响显著;最大疲劳损伤出现在BOP试压工况下,其值为1.23×10^(-4) d^(-1),在该工况下套管悬挂器的疲劳寿命为22.27 a,满足设计要求。研究成果对水下井筒完整性评估及深水钻采安全作业具有指导意义。

裸眼测试井壁失稳概率及参数敏感性分析

为保证南海高温高压区块裸眼测试期间的井壁稳定性,基于裸眼层段高温和渗流特点,结合温度应力理论和多孔渗流效应,建立了裸眼井壁渗流-温度耦合应力模型。对比分析Mohr-Coulomb准则、Drucker-Prager准则、Hoek-Brown经验准则和能量破坏准则下的井壁失稳临界测试压差,并利用蒙特卡罗模拟,用正态分布和三角分布模拟岩石力学参数计算井壁失稳概率,采用Sobol方法对临界测试压差参数进行全局敏感性分析。研究结果表明,Drucker-Prager准则更适合作为裸眼测试井壁失稳临界测试压差计算准则,小于临界测试压差3~5 MPa时已经存在井壁失稳的可能,最大水平主应力对临界测试压差起到决定性作用。裸眼测试过程中,临界测试压差与实际测试压差的差值应保持在5 MPa以上,对于最大水平主应力变化较大的地层减小测试压差,以防止发生井壁失稳。

海洋石油再用油管磁记忆检测系统

海洋石油再用油管在长期服役后容易失效而引发井下事故,因此有必要对其进行检测。为此,研制了海洋石油再用油管磁记忆检测系统。该检测系统由上下料机构、传输机构、检测台、控制系统、数据采集系统和检测分析软件等组成。传输机构采用减速电动机带动V字形辊轮的方式,可保证油管传输的稳定性;在检测台上设计了大、小检测环,可实现多规格油管的检测;数据采集系统采集的是油管本身剩磁场的水平分量,水平分量不影响检测结果,因此可实现无盲区检测。现场应用表明,该系统可检测油管的腐蚀、裂纹、管体变形等各种缺陷。

炼化设备油液分析诊断软件开发

介绍炼化设备油液分析诊断软件,该软件由铁谱定量分析模块、自动铁谱显微图像分析模块、油液分析数据库模块、磨损状态评判模块和诊断报告输出模块组成,通过铁谱分析仪、铁谱显微镜获取油样磨损信息,监测大型炼化设备润滑油品质量,并对磨损状况智能分级,为设备维护和管理提供依据。

套管磨损三维表面形貌恢复及其机理分析

在DCWT-1000型套管摩擦磨损试验机上进行了套管摩擦磨损试验,研究深井、超深井中"冲击-滑动"复合磨损对套管磨损行为的影响,采用三维表面形貌测试仪、光学显微镜及扫描电子显微镜观察分析了在不同载荷条件下套管磨损表面的微观结构和表面形貌,在此基础上对套管磨损表面进行了三维恢复并计算套管磨损表面的主要形貌参数,探讨了套管磨损表面的磨损机理.结果表明:套管的磨损性能与载荷有关;在不同载荷条件下,套管磨损表面的三维形貌具有不同特点,且主要的表面形貌参数与载荷呈现出较好的相关性,证明了三维形貌分析方法能够真实反映套管磨损表面的情况;当冲击载荷和频率不大时,套管的磨损机制以磨粒磨损为主,兼有粘着磨损,随着冲击载荷和频率增加,套管磨损表面出现明显粘着剥落和疲劳剥落迹象,并出现疲劳裂纹扩展和连通,套管的磨损机制向粘着磨损和疲劳磨损转化,磨损趋向严重.

不同工况下的水下井口油管悬挂器有限元分析

在水下油气开采过程中,油管悬挂器是水下井口核心的承压部件,其性能高低决定开采系统能否持续安全可靠运行。对处于500 m水深的油管悬挂器在下放过程、密封激励建立过程和工作过程3种复杂工况下进行强度及疲劳寿命分析。分析结果表明:油管悬挂器在密封激励建立过程中,最大等效应力为427.01 MPa,最大变形量为0.27226 mm,最小疲劳寿命为12174 d,确定其为最危险工况。对处于密封激励建立过程的油管悬挂器主体分别进行模态及可靠性分析,以全面评估其安全性能;运用Modal模块分析得到油管悬挂器的6阶固有频率都较高,远远高于水下井口涡轮转动频率,不存在共振风险;运用6σ模块分析得到油管悬挂器的可靠性为98.61%,并发现材料的许用应力和外界载荷对油管悬挂器的可靠性影响最大。研究结果可为油管悬挂器的优化设计提供参考。

一种新型套管磨损表面形貌检测装置的研制及应用

介绍了一种自行研制的套管表面形貌检测仪的结构、工作原理。以S135钻杆和P110套管为摩擦副,以不同的钻井液(清水和不同成分的泥浆)为中间介质,在套管磨损实验机上进行了磨损实验,采用研制的套管表面形貌检测仪测试了摩擦副磨损表面形貌。测试结果表明,自行设计的套管表面磨损检测仪可检测套管磨损表面形貌,并可用于计算表面形貌参数。结合磨损条件,该检测仪可以分析套管的摩擦磨损性能。

HFL模型在海上压裂工艺过程风险评估中的应用

为有效降低海上压裂工艺过程事故发生的可能性,建立将危险与可操作性研究(HAZOP)、事故树分析(FTA)和保护层分析(LOPA)集成的量化风险评估模型(HFL模型)。阐述HFL模型的集成机理和分析流程。以海上压裂工艺过程高压管线危险性分析为实例,开展该模型的研究与应用。在运用HAZOP方法对危险源初步辨识基础上,构建高压管线超压的蝴蝶结模型(BTM),确定导致事故发生的9种风险因素和5种事故后果,并估算高压管线断裂事故场景的初始事件概率和剩余事故风险。结果表明,现有的独立保护层(IPL)即超压电子保护装置无法使事故风险达到可接受水平,需要通过增加新的IPL,即安装井口保护装置和泄压装置,提高压裂过程高压管线运行的可靠性,确保剩余事故风险处于可接受水平。

钻杆损伤磁记忆检测软件设计与应用

针对现有的钻杆无损检测方法(超声波、磁粉、漏磁、涡流和射线等)只能检测出已经成形的宏观缺陷的问题,根据钻杆结构特点以及钻具检测中心的现场情况,采用金属磁记忆方法,开发了一种新型钻杆损伤磁记忆检测系统,设计了上位机检测控制分析软件。使用该软件能够对钻杆损伤部位实施可靠有效的检测,对损伤信息的特征提取分析与检测位置关系的直观显示,可以比较直接地判断出已成形的缺陷和以应力集中为特征的潜在的危险部位,为钻杆疲劳损伤的早期诊断开辟了新的途径。

基于激光扫描的铁谱全谱定量分析系统研究

介绍了最新研制的一种基于激光扫描的铁谱全谱分析系统的工作原理、总体结构和应用实例。该系统利用旋转漏斗结合高梯度磁场制备磨屑的沉积谱片,依靠高精度激光传感器和自动检测装置实现铁谱片的全谱检测,并实时进行数据显示和计算机采集。利用故障诊断软件对全谱数据及其它指标数据进行综合分析,参考设备库和故障库,生成磨损监测和故障诊断报告。

基于不同冲击频率条件下的套管磨损表面分形特征及磨损机制研究

选取TP140套管在自行研制的套管磨损试验机上进行磨损试验,利用表面形貌仪测量在不同冲击频率条件下的套管表面磨损形貌,选用结构函数法考察磨损形貌的分形特征,使用拟合误差法确定分形曲线的无标度区间并计算分形维数,利用扫描电子显微镜分析其磨损机制。结果表明:在不同冲击频率条件下的套管表面形貌存在明显的分形特征,但分形维数会随频率的不同而有所变化。从光学图像和扫描电镜图像可以看出磨损机制主要有粘着磨损和犁沟。

套管磨损表面形貌测量及三维图像恢复方法

利用表面形貌测试仪对套管磨损表面的参数进行了测量。通过理论分析和计算,得到了大量的对套管磨损表面形貌研究有意义的数据。通过VB.NET调用Matlab对这些数据进行处理,恢复了套管磨损表面三维形貌图,计算出套管磨损表面的二维和三维评定参数并进行比较,其做法方便、快捷,可以直接由数据得到为套管磨损机理研究有意义的图像。这为套管磨损表面微观形貌的分析奠定了基础,也有助于钻井过程中套管磨损机理的研究。

潜孔钻头端面切削齿载荷仿真研究

为使潜孔钻头布齿更加合理及为钻头结构改进提供理论依据,达到提高潜孔钻头破岩效率、延长其使用寿命的目的,需要了解潜孔钻头端面切削齿的载荷分布。为此,建立了平面、凸面和凹面3种端面形式的潜孔钻头三维模型,以显式动力分析软件ANSYS/LS-DYNA中常用的H-J-C模型为材料模型,并利用H-J-C模型中的等效屈服强度、压力、积累损伤等函数对潜孔钻头的破岩过程进行仿真,分析不同齿圈上切削齿的载荷状态,并将切削齿载荷分解到轴向、径向及切向3个方向,运用控制变量的方法对3种不同端面形式潜孔钻头的切削齿进行力学分析。研究结果表明:凹面潜孔钻头的轴向载荷峰值最大且径向载荷峰值最小;潜孔钻头切削齿载荷的主要差别在边齿及其相邻齿圈的切削齿上,与其余齿圈上的切削齿关系不大;潜孔钻头边齿的载荷最大,易损坏。模拟结果可为切削齿的选择、切削齿的分布及潜孔钻头的结构设计提供依据。

新型交流电磁场检测探头仿真和测试研究

交流电磁场无损检测(ACFM)作为一种新兴的无损检测技术,具有较高的检测精度和评估金属缺陷尺寸的能力。该文提出一种基于交流电磁场的管道内检测探头,对该探头进行数值模拟及提离距离参数优化,建立激励线圈和传感器沿缺陷长度方向运动的参数扫掠模型,模拟油气管道内检测探头对缺陷的检测扫描过程,得到磁场沿缺陷长度方向分布的数值解;建立与仿真模型一致的实验条件,进行检测实验,测试探头的检测能力,对检测信号进行了经过EMD降噪处理,评估探头的定量检测性能。该文的研究结果表明该检测探头对管道内表面的轴向缺陷检测效果较好,可为管道缺陷早期缺陷预警及金属结构物长期安全服役提供技术借鉴。

油管悬挂器及下放工具性能鉴定试验方法

对油管悬挂器及其下放工具进行性能鉴定试验能确保产品的性能和可靠性,对于减小潜在事故发生的可能性具有重要意义。在介绍油管悬挂器及其下放工具结构功能的基础上,阐述了性能鉴定试验的基本概念及目的,参考相关标准并结合所研究对象的特点,提出了一套卧式采油树油管挂及其下放工具的性能鉴定试验方法。该方法将试验过程详细划分为试验准备、试验运行及试验后总结3个阶段,增加了对受试物体的故障模式和影响分析以及试验过程中故障的处理程序等;同时能针对不同的试验对象及试验项目,结合实际情况和相关标准中的规定,给出具体的接受或失效判据。所得结论对保证水下采油树安全运行意义重大。

一种新的多探头金属磁记忆检测仪信号处理方法

金属磁记忆仪器采集到的信号的处理分析方法单一,在利用磁记忆信号切向最大值确定检测工件的情况时,主要是通过计算单个探头的梯度值来确定检测工件金属磁记忆信号的切向最大值,进而来确定应力集中情况及位置。由于方向唯一,常会造成漏检。提出了对探头之间信号的差异进行处理分析,来确定检测工件的应力集中情况和位置的方法,取得了较好的效果。

基于蝴蝶结模型的海上钻井井漏事故分析

为了有效地预防和控制井漏事故,建立基于安全屏障的井漏事故蝴蝶结模型。阐述井漏风险的国内外研究现状,总结井漏事故的原因及后果,建立井漏事故的事故树并分析其最小径集,得到能引起井漏事故的最危险事件,根据井漏事故的蝴蝶结模型,结合BD气田给出井漏风险的预防与控制策略。结果表明:蝴蝶结模型不但可以表示出事故原因,还能直观地显示出事故的后果以及预防和控制措施,对预防和控制井漏事故有一定的指导意义。

“三高”气田钻井过程硫化氢泄漏动态风险分析

传统的H_2S泄漏风险分析方法不能很好地对事故发展过程进行动态分析,导致分析结果偏离实际。基于贝叶斯方法,构建了高温、高压、高含硫("三高")气田钻井过程中H_2S泄漏的蝴蝶结模型并提出将其转化为贝叶斯网络,在事故已发生的情况下更新基本事件发生的概率。然后,假定事故后果在确定的时间段内发生的累积次数已知的条件下,更新安全屏障及事故后果发生的概率,从而完成对H_2S泄漏的动态风险分析。结果表明,该方法克服了传统静态定量分析方法中的不足,可动态评估导致H_2S泄漏的基本事件发生的概率和对顶事件发生的影响程度,并动态反映安全屏障和事故后果的风险变化,能为钻井过程中H_2S泄漏的风险分析及防控措施提供参考。

涡流热成像动态检测模式的缺陷信号重构方法研究

在涡流热成像检测中,缺陷信号重构可以有效评定结构的安全性和可靠性,及时预防生产中安全事故的发生,目前大多数信号重构方法都不适用于动态模式的涡流热成像检测。为了对动态模式涡流热成像检测的信号进行重构,提出了1种基于区域扫描的方法,选定区域大小及划分准则,在每帧图像相同位置划分区域,对各个区域内的温度数据进行相应的运算处理并提取结果,以此作为每个区域的重构温度,进而重构出包含所有缺陷温度信息的热像图。结果表明:该方法可以对动态模式下的涡流热成像温度信号进行重构,并能在一定程度上消除噪声,有利于后续的图像处理。