含杂质超临界CO_(2)管道止裂分析及控制方案

管道输送作为CCUS技术的关键环节,在超临界高压环境下输送CO_(2)时,由于含杂质CO_(2)特殊的相特性,一旦发生泄漏,压力会维持较高值且温度急剧下降,输送管道易发生裂纹扩展,造成断裂事故。基于延长油田一期36×10^(4)t/a超临界CO_(2)管输预研方案,根据减压波速度计算模型和管道裂纹延性扩展止裂判据,采用修正后的Battelle双曲线法对管道进行止裂分析,对无法满足止裂要求的设计方案进行增加壁厚试算。结果表明:材质为X80、尺寸为Φ140 mm×6.0 mm的L12管线韧性值满足工况下裂纹控制的要求;而同样材质等级、壁厚组合为Φ168 mm×6.0 mm的L11管线所提供的止裂压力低于平台压力,无法保证管线发生裂纹延性扩展时能够自行止裂。对于L11管线,通过将管道壁厚增加至7 mm,其他设计参数不变,可以实现裂纹自行止裂。该研究可为实际工况下Battelle双曲线法在超临界CO_(2)管道断裂控制的应用提供理论基础与实际范例。

海底管道边界条件类型及其对走管行为的影响

针对深海海底管道两端通常与井口、悬链线立管、器管收集器等相连,管道端部边界条件复杂的情况,为了探究不同的管道边界条件对走管行为的影响,将海底管道端部边界条件简化为3种类型,即类型Ⅰ两端水平力、类型Ⅱ一端水平力一端倾斜力和类型Ⅲ一端弹性边界一端水平力,建立不同边界条件下海底管道走管数值模型,对比分析不同类型边界条件下海底管道走管行为。结果表明:类型Ⅱ边界条件与类型Ⅰ相比,随着管道端部拉力倾角增加,管道轴向拉力减小,走管量也减小,管道拉力倾角从0°增至60°,最大轴向拉力减小6.73%,走管率减小50%,这意味着悬链线立管形态改变,使得作用于海底管道的拉力方向改变,相应的海底管道走管量也随之改变;类型Ⅲ与类型Ⅰ边界条件相比,类型Ⅰ边界条件下海底管道走管率为恒值,随着升降温循环次数的增加,海底管道走管量近似线性增长;类型Ⅲ边界条件下海底管道走管率受器管收集器弹性刚度影响,弹性刚度越大,第1次升降温循环走管率越大;随着升降温循环次数增加,管道走管率快速衰减,直至为0,类型Ⅲ边界条件下多次升降温循环最终走管量通常小于类型Ⅰ。3类边界条件下海底管道走管行为差异很大,可为实际工程中分析海底管道端部边界条件类型、选定合适的边界条件提供参考。

特殊螺纹接头密封面微滑接触行为研究

特殊螺纹接头在井下服役期间受到交变载荷作用,导致接头密封面处发生微滑,影响接头的密封性能。为研究特殊螺纹接头密封面处的微滑接触行为,基于弹性杆振动微分方程,建立了特殊螺纹接头微滑模型,分析了接头密封面的黏着-滑移临界区域及载荷-位移的迟滞特性;利用数值仿真软件建立了接头摩擦接触有限元模型,考察不同内压载荷、位移幅值和摩擦因数的影响下,接头密封面接触压力、相对滑移距离和剪切摩擦力的变化规律,得到了接头密封面处黏着-滑移状态的临界转化范围。研究结果表明:接头的摩擦接触有限元模型可模拟井下实际工况下接头密封面的微滑接触行为;随着内压载荷的增加,相对滑移距离减小、剪切摩擦力和黏着长度增加;随着位移幅值的增加,相对滑移距离增加,黏着长度减小;在内压载荷60~70 MPa之间,位移幅值0.02~0.025 mm之间,分别在密封面处发生黏着-滑移状态的临界转化;随着摩擦因数的增加,密封面相对滑移距离减小,剪切摩擦力和黏着长度增加。研究结果可为动载作用下特殊螺纹接头密封性研究提供参考。

基于PCNN图像融合的ECT多相流测量系统设计

针对ECT在多相流测量过程中存在的成像质量不高、精度低、稳定性差等问题,提出并实现了基于PCNN图像融合的ECT多相流测量系统。系统采用模块化设计,主要包括阵列电极传感器模块、电容采集电路模块、上位机成像软件模块。文中设计改进的网络模型,将Tikhonov和Landweber算法的成像结果作为输入进行双通道融合成像,改善了传统算法存在的伪影、模糊的现象。实验结果表明:应用尼龙棒模拟气固两相流对系统进行测试,系统对于微小电容的测量具有良好的稳定性和准确性,通过系统的成像结果可以准确地分辨管道内不同介质的位置,其中对于流型的预测成功率为100%,相含率的测量误差在1%以内。

基于VMD的广义三次互相关管道泄漏定位检测

针对天然气管道泄漏检测声波定位技术中,二次互相关时延估计算法存在较大误差的问题,提出了一种基于变分模态分解(VMD)结合广义三次互相关的时延估计算法。该方法首先利用VMD算法对两路信号进行分解并重构信号;其次,在二次互相关的基础上再进行一次相关,并在互相关算法的峰值检测阶段引入希尔伯特变换(HT),对峰值进行尖锐化处理,成为一种新型的广义三次互相关时延估计算法。通过对平台搭建的油气管道泄漏检测系统采集数据进行模拟试验,分析了各算法的精度。试验表明,相较于二次互相关,改进广义三次互相关时延估计算法定位平均精度有明显的提升,有着更高的精度和更好的抗噪性能,在天然气管道泄漏定位方面有着更广泛的应用前景。

含裂纹油气管道CFRP修复数值研究

裂纹缺陷引发的管道强度下降是埋地油气管道的主要事故原因之一,而高强度、高模量、耐腐蚀的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)可以很好地缠绕修复缺陷管段。针对有/无CFRP修复20钢含矩形裂纹缺陷管道,采用ANSYS有限元软件模拟内压载荷作用下含裂纹管道修复前后的响应过程,分析了裂纹角度、裂纹长度、裂纹深度、修复长度及修复厚度等参数对含裂纹管道强度的影响规律。研究表明,含裂纹管道的最大Mises等效应力随着裂纹与管道轴向夹角的减小、裂纹长度和深度的增大而增大,内压的增大加剧了缺陷参数对管道强度的影响程度。在工程中要严格控制裂纹在深度和长度方向的扩展,在内部减压后再维修含裂纹管道。CFRP修复厚度是修复后含裂纹管道强度的主要影响因素,随着修复厚度一定程度的增大,含裂纹管道最大Mises等效应力呈线性下降。

储气库注采管柱屈曲后表面半椭圆裂纹力学分析

采用有限元方法,研究了注采管柱屈曲后表面半椭圆裂纹的应力强度因子K_(Ι)和J积分。首先,由于储气库注采管柱是长直圆管结构,通过建立含外表面裂纹直管的有限元模型,对其进行有限元验证。然后,基于子模型法,建立了管柱屈曲后裂纹力学计算模型,计算了屈曲后不同裂纹形状参数、裂纹相对深度和轴线夹角下的应力强度因子K_(Ι)和J积分,分析了管柱不同螺距数对K_(Ι)和J积分的影响规律。结果表明,有限元法在计算应力强度因子时精度较高,造成有限元法误差明显的主要因素是网格尺寸和裂纹前缘网格划分份数;管柱螺旋屈曲后,K_(Ι)和J积分随裂纹形状参数的增加而减小,随裂纹相对深度的增加而增大;随着注采管柱屈曲螺距数以及轴线夹角的增加,K_(Ι)和J积分均呈增长趋势,且裂纹为周向裂纹时的增长速率最大。

利用时域叠加的声学成像法定位埋地PE管道

针对现有埋地管道探测技术难以确定聚乙烯(PE)管道埋深且通常对管线走向的探测误差较大的问题,提出了优化的时域叠加声学成像法。利用该方法对仿真信号进行直达波与表面波消除、反射波提取和成像定位处理,验证了方法的可行性。最后,对埋深0.4 m和1.0 m的PE管进行定位测试实验,最大管线平面定位误差分别为0.179 m和0.240 m,说明该方法基本满足较好埋地条件PE管道探测的需求。

大型铺管船托管架疲劳损伤实时监测应用与研究

托管架长期承受着交变载荷的作用,结构疲劳破坏问题不容忽视。为此,本文分别基于波浪谱和监测数据对托管架的疲劳问题进行研究。通过计算结果的对比分析,发现基于波浪谱的疲劳损伤计算,由于波浪荷载的随机性很强,导致计算结果偏于保守,适用于设计阶段结构的疲劳寿命预报评估;而基于实时监测数据的疲劳损伤计算,数据相对更加准确,适用于实时评估结构当前的疲劳损伤情况,并依此提出适当的维修和保养建议。

油气管道焊缝凹陷韧性损伤研究

针对含焊缝凹陷管道的失效问题,以X80管线钢为研究对象,采用临界空穴扩张比韧性失效准则与数值模拟相结合的方法对管道焊缝凹陷损伤程度进行了研究,探讨了焊接残余应力应变、焊缝余高、凹陷深度、压头尺寸、内压和偏移距离对焊缝凹陷损伤的影响。结果表明:焊接残余应力应变和焊缝余高使管道焊缝凹陷损伤值增大;焊缝凹陷损伤值随凹陷深度的增加而增大;随着内压的增加,损伤值增幅最大值点在凹陷侧部;压头与管道接触面积越小,焊缝凹陷损伤值越大;凹陷偏移达到一定距离时,凹陷附近的损伤值超过焊缝附近的损伤值,此时凹陷可以视作普通凹陷。

埋地天然气管道泄漏失效分析

某采气厂天然气管道发生了穿孔泄漏失效,为了确定该管道泄漏失效原因,对泄漏钢管的外观形貌、化学成分、金相组织、开路电位、力学性能和微观形貌等进行了试验分析。结果表明,泄漏钢管材料的化学成分和拉伸性能均符合GB/T 8163—2018标准的要求。该管道泄漏是由于所输送天然气中的固体不溶物沉积后与管道钢管内壁裸露金属形成大阴极、小阳极腐蚀电池,使暴露金属发生了阳极溶解。另外,由于钢管内流体中的固体颗粒冲刷钢管内表面,钢管内表面金属阳极快速溶解,从而使钢管管壁逐渐减薄,最终导致该钢管管壁局部腐蚀穿孔失效。

分布式光纤温度传感信号小波去噪方法

在分布式光纤拉曼温度传感系统中,反斯托克斯光包含了温度信息,但其强度相对较弱,易受到噪声干扰。传统的信号去噪方法往往会滤除系统所具有的原始特征。针对这一问题,本文提出了改进的小波阈值方法,将3sigm准则与传统算法相结合。在该算法中,对信号进行小波分解,再对分解的各层小波系数进行阈值处理,使用3sigm值来区分有用信号和噪声,然后进行小波重构,实现信号去噪。在7 km长的多模光纤上进行温度测量实验,使用改进的算法对数据进行分析。结果表明,改进的方法处理后的温度波动平均为0.991℃,相较于传统算法得到的2.422℃,提高了1.431℃。与传统算法相比,3sigm准则算法提高了测温精度,并为阈值的选择提供了新的思路,使阈值的选择更具统计意义。

天然气携砂对缩扩管冲蚀磨损分析

为探究天然气携砂在缩扩管处气固两相流冲蚀磨损机理,采用计算流体动力学—离散单元法(Computational Fluid Dynamics-Discrete Element Method, CFD-DEM)耦合方法,建立了CFD-DEM模型,分析了粒径、颗粒质量流率、缩扩管管径比、连续相流速对缩扩管冲蚀磨损的影响。研究表明,粒径和最大磨损深度成正相关,粒径1.2 mm时最大磨损深度为粒径0.4 mm时的1.7倍。最大磨损深度与颗粒质量流率和连续相流速呈正比关系。随着缩扩管管径比增大,最大磨损深度先减小后增大。最大磨损深度受上述因素的影响会发生不同程度的增大或减小,影响程度从大到小依次为连续相流速、缩扩管管径比、颗粒粒径、颗粒质量流率。模拟结果可为缩扩管优化设计提供思路,降低天然气输运过程中因磨损导致管道泄漏的风险。

基于IEEMD-IGCC算法的管道泄漏点定位技术研究

现用于检测油气管道发生泄漏情况的声波检测法有抗噪声能力弱、定位误差大的缺点,因此提出了一种基于IEEMD-IGCC算法的管道泄漏点定位方法。首先,在EEMD分解算法的基础上,通过计算每一次集合平均得到本征模态分量的自相关函数,判断该模态是否含有噪声分量,作为是否继续添加高斯白噪声的依据;随后,基于不同源目标进行广义二次互相关计算,进而获得时延值;最后,根据时差定位公式确定泄漏点位置。结果表明:经IEEMD算法的泄漏信号提取效果较好,与峭度系数的有效信息选取结果一致;重构信号不仅信噪比大、均方误差小,且计算成本大幅降低;IGCC算法下的时延值计算准确,减小了单次误差较大的可能性;IEEMD-IGCC算法对于不同工况下的适应性较好,最大绝对定位误差不超过30 m,极大提高了泄漏点定位精度。

基于遗传算法优化的潜液泵效率提升研究

为了提高潜液泵效率并解决潜液泵多部件多参数优化的难题,提出一种基于遗传算法优化的潜液泵效率提升优化设计方法。选取潜液泵效率作为优化的目标函数,以叶轮和诱导轮作为优化的核心部件,以潜液泵叶轮进口角β_(1)、叶轮出口角β_(2)、叶片包角ϕ、叶片进口宽度b_(2)、诱导轮进口角β_(3)、诱导轮出口角β_(4)、诱导轮叶片倾角γ作为约束条件,利用遗传算法进行优化,并利用ANSYS Fluent软件进行数值模拟验证。数值模拟结果表明:综合考虑叶轮与诱导轮优化的潜液泵与原泵相比,其工作效率由原来的71.65%提升至80.40%,且增压效果更明显,并且效率提升效果比单一优化叶轮或诱导轮的泵更好。通过遗传算法对LNG潜液泵的叶轮以及诱导轮进行综合优化,显著提高了泵的工作效率。

外浮顶储油罐静储过程VOCs排放影响因素研究

为解决原油罐储过程中VOCs排放问题,从理论计算油田现场储罐进VOCs损耗量出发,定性分析大气温度、太阳辐射以及风速对储罐排放VOCs的影响,并基于不同影响因素对VOCs排放的影响方式给出解决办法。在原油外浮顶储罐静储过程VOCs排放的主要影响因素定性分析过程中,发现随着太阳辐射强度的增大、大气温度的升高和风速的增快,储罐VOCs损耗量也随之增加。考虑到太阳辐射、大气温度对储罐VOCs排放的影响,建议采用隔热涂层和加装反光条措施进行减排;在应对风速影响方面,采取消除液面上的气体空间和设置呼吸阀挡板进行减排。

油库建设工程质量缺陷及运行风险的防控

以某新建油库为例,分析了油库建设工程中质量缺陷形成的运行风险,指出质量缺陷存在于施工图设计、设备选型、安装施工和竣工资料交付等多个阶段,运行风险则表现为工艺安全、油品质量、环境污染、资料丢失等几种类型,总结了质量缺陷形成的原因是设计能力或设计经验不足、图纸会审和技术交底不细、施工及监理质量控制不严、质量信息反馈意识不强、有关管理规定解读过度等,提出了质量缺陷运行风险的防控措施,为油库建设工程的全面质量管理提供了借鉴。

混流增压单元驱动下LNG与NG两相流研究

目前,国内LNG(Liquefied Natural Gas,液化天然气)接收站所使用的单相泵需对泵前BOG(液化天然气气化后的形态)进行气液转化。BOG的再冷凝处理需要利用外输LNG的冷量,由于外输LNG流量长时间处于波动状态,影响再冷凝器的温度、压力等参数,威胁高压泵的安全运行。提出一种组合式气液混输泵,其结构由混流增压单元与离心叶轮组合而成,前者实现气态天然气的增压液化,后者实现单相LNG外输增压。采用数值模拟的方法研究混流泵增压单元驱动下,天然气和LNG两相在泵内的流动情况。研究发现,混流叶轮不仅能实现较强的两相流动增压,还能实现气相向液相的转变。

中东石油平台项目法兰管理特殊注意事项

中东石油平台项目,由于中东油品硫化氢含量高,硫化氢属于有毒有害气体,泄露的话对人体危害大,所以中东项目管线系统密封性要求高,特别是一些含硫化氢等酸性流体的系统,对于法兰密封的要求就更高,对于法兰类型的选择,相应特殊工艺对法兰管理方法和要求也提出相对于常规油气项目的一些特殊要求。为了保证法兰密封效果,就需要对法兰材料选择,法兰管理方式,螺栓摩擦系数等参数正确选择。

盐岩储气库稳定性评估模型与应用研究

为了解决盐岩储气库稳定性评估的模糊性和不确定性问题,降低事故发生的概率,提高判断准确度,将功效系数法引入盐岩储气库系统的评估与控制中,提出一种基于集成赋权-功效系数法的盐岩储气库稳定性评估模型。在所建评估体系下,运用反熵权法(AEW)、决策试验和评价试验法(DEMATEL)、改进组合数的有序加权平均C-OWA算子计算指标权重,三者优势互补,削弱了单一赋权方法的不足,并利用乘法合成原理获得综合权重。通过计算盐岩储气库的总功效系数值,评估整个系统的风险等级,最后利用实例,验证了模型的适用性与有效性。验证结果表明:该模型赋权方法可靠,计算结果贴近实际情况,能有效评估盐岩储气库的状态。