CN105909182A - 一种高压管汇强度失效的判定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高压管汇强度失效的判定方法,在高压管汇内壁应力危险截面处规定的检测区域,沿圆周方向取4点进行检测;通过超声波壁厚测量仪检测高压管汇内壁应力危险截面的壁厚值;步骤二中检测到的壁厚值不超过使用极限壁厚值,建议予以报废处置,否则认为强度有效。该发明主要适用于油气井压裂、测试用高压管汇的强度计算、使用和检测中,为高压管汇的使用、降级使用、强度判定与检测提供了方法,极大地提高了在服役高压管汇的使用效率及破损预测能力,节约了投入成本,实用性强,有效解决了现有油气井压裂、测试用高压管汇强度失效的判定、预测及检测技术问题,防止了高压管汇因强度失效而继续使用所产生的风险和事故。
Description
技术领域
本发明涉及一种高压管汇强度失效的判定方法,主要适用于油气井压裂、测试用105MPa和70MPa高压管汇的强度计算、使用及检测中。
背景技术
随着油气田储层改造规模的扩大,油气田储层改造施工呈现“大排量、高泵压、高砂比”典型特征,尤其是,油气井大规模体积压裂施工、地面排液测试时,大排量、高砂比高速注入的压裂液和返排液对地面高压管汇产生很高的冲击压力和交变载荷,致使高压管汇内壁产生较大的磨损,从而导致高压管汇壁厚减薄、强度降低。随着使用年限的增长,高压管汇就无法满足105MPa及以上的高压承压能力,若未能有效判定或预测正在使用的高压管汇的强度失效性或可靠性,势必危及人员、设备安全,甚至造成人员伤亡、火灾、爆炸等恶性事故。
据国内油气现场和高压管汇制造厂家调研,目前国内石油行业还没有形成有效的高压管汇强度计算及失效分析方法,并且对于使用过的高压管汇的检测还没有统一的依据和标准,因此,为适应石油行业的现场需求,减少高压管汇破损事故,提高高压管汇的利用率,降低高压管汇投资和更换成本,提出了一种高压管汇强度失效的判定方法。
发明内容
为了减少高压管汇破损事故,提高高压管汇的利用率,降低高压管汇投资,本发明提供一种高压管汇强度失效的判定方法,解决现有油气井压裂、测试用高压管汇强度失效的判定,有效的判定高压管汇的安全问题,提高了高压管汇的利用率。
本发明采用的技术方案为:
一种高压管汇强度失效的判定方法,具体步骤为:
步骤一 在高压管汇内壁应力危险截面处规定的检测区域,沿圆周方向取4点进行检测;
步骤二 通过超声波壁厚测量仪检测高压管汇内壁应力危险截面的壁厚值;
步骤三 步骤二中检测到的壁厚值不超过使用极限壁厚值,建议予以报废处置,否则认为强度有效。
所述的高压管汇为高压直管或活动弯头。
所述高压管汇为异性整体接头或单向阀。
所述的异性整体接头含T型四通、十字型四通、L型四通。
所述步骤一中,在检测区域,沿圆周方向取4点进行检测;具体如下:
假设管汇长度为mm,应检测管汇危险截面数量为,需进行选定点位置的壁厚检测;如果检测的选定点的壁厚值均大于使用极限壁厚值,高压刚性直管强度富裕,可继续使用;如果检测的选定点中至少有1个点的壁厚值不大于使用极限壁厚值,高压刚性直管强度失效,建议报废处置。
所述的检测区域为逐级检测时沿管汇长度方向确定检测截面间距50mm,每个截面作为一个检测区域的危险截面。
所述的高压管汇本体材料抗拉强度:其数值=≥870MPa。
所述检测区域为高压活动弯头外弧、弯曲段与直管联结部位,沿圆周方向取4点位置进行壁厚检测。
所述高压管汇的高压范围为70~105MPa。
本发明的有益效果为:
本发明以“高压管汇使用极限壁厚”作为判定指标,根据下述判定准则对高压管汇强度失效进行判定和检测。
本发明为高压管汇的首次使用、降级使用与评价提供了分析方法,对提高高压管汇的使用效率、重复利用率以及节约高压管汇的成本具有重大的经济效益。为高压管汇的制造单位、使用技术人员提供了力学参考数据,有利于高压管汇加工制造、使用的规范性和有效性,具有较大的社会效益。现场应用效果显良好,实用性强。
具体实施方式
实施例1:
为了减少高压管汇破损事故,提高高压管汇的利用率,降低高压管汇投资,本发明提供一种高压管汇强度失效的判定方法,解决现有油气井压裂、测试用高压管汇强度失效的判定,有效的判定高压管汇的安全问题,提高了高压管汇的利用率。
一种高压管汇强度失效的判定方法,具体步骤为:
步骤一 在高压管汇内壁应力危险截面处规定的检测区域,沿圆周方向取4点进行检测;
步骤二 通过超声波壁厚测量仪检测高压管汇内壁应力危险截面的壁厚值;
步骤三 步骤二中检测到的壁厚值不超过使用极限壁厚值,建议予以报废处置,否则认为强度有效。
本发明中,a)判定准则:
管汇使用壁厚>管汇使用极限壁厚,强度富裕,可继续使用;
管汇使用壁厚≤管汇使用极限壁厚,强度失效,建议报废处置。
上述高压管汇强度失效的判定准则遵循如下力学理论和方法:
高压管汇件管体Mises屈服极限状态的应力可采用线弹性应力公式进行计算。根据APISpec 5C3、弹性力学厚壁筒理论、材料力学第四强度理论、弯曲应力与扭转应力计算公式计算高压管汇使用极限壁厚。计算方法如下:
在一定内压、外压、轴向力、弯矩和扭矩联合作用下,高压管汇等效应力为:
(1)
式中,
其中,—高压管汇Mises等效应力,MPa;—高压管汇径向应力,MPa;—高压管汇环向应力,MPa;—高压管汇轴向应力,MPa;—高压管汇弯曲应力,MPa;—高压管汇剪应力,MPa;—高压管汇所受内压,MPa;—高压管汇所受外压,MPa;—高压管汇所受弯矩,N.m;—高压管汇所受扭矩,N.m;—高压管汇所受轴向力,kN;—高压管汇外径,m;—高压管汇内径,m;—高压管汇横截面积,m2;—高压管汇弯曲时的惯性矩,m4;—高压管汇扭转时的极惯性矩,m4;—高压管汇半径,m。
上式(1)无弯曲和扭转作用时,等效应力最大值总是出现在管体内表面。在有弯曲作用时(),式(1)应进行4次校核,如内表面和外表面、分别为正值和负值的每个点上各1次。
高压管汇应力安全系数为:
(2)
式中,高压管汇管材屈服强度,MPa。
将外径替换为,通过联合式(1)和式(2)即可得出在内压、外压、轴向力、弯矩及扭矩载荷联合作用下高压管汇的壁厚值为:
(3)
根据经验分析,高压管汇作为力学构件,由于流体冲蚀作用而导致管汇壁厚减薄、强度降低,可以确定管汇内壁冲蚀最严重的位置为应力危险点(或应力危险截面)。在给定的载荷作用下,在压裂、测试、排液工况安全系数范围()内,可以通过式(3)理论计算管汇内壁处()应力危险点(或应力危险截面)对应的壁厚值,该壁厚值即为管汇使用极限壁厚。
通过逐级检测高压管汇内壁应力危险点(或应力危险截面)对应的壁厚值,再依据a)判定准则即可判定、预测高压管汇强度的失效性。
本发明主要适用于油气井压裂、测试用高压管汇的强度计算和使用分析中。以下将结合实施例对本发明作进一步详细阐述,说明本发明的效果,但不作为对本发明的限定。
本发明适用于油气井压裂、测试用高压管汇的强度计算、使用和检测中,为高压管汇的使用、降级使用、强度判定与检测提供了方法,极大地提高了在服役高压管汇的使用效率及破损预测能力,节约了投入成本,现场应用效果良好,实用性强,有效解决了现有油气井压裂、测试用高压管汇强度失效的判定问题,防止了高压管汇因强度失效而继续使用所产生的风险和事故。
实施例2:
基于实施例1的基础上,本实施例中,所述的高压管汇为高压直管或活动弯头。
所述高压管汇还可以是异性整体接头或单向阀。
所述的异性整体接头含T型四通、十字型四通、L型四通。
所述步骤一中,在检测区域,沿圆周方向取4点进行检测;具体如下:
假设管汇长度为mm,应检测管汇危险截面数量为,需进行选定点位置的壁厚检测;如果检测的选定点的壁厚值均大于使用极限壁厚值,高压刚性直管强度富裕,可继续使用;如果检测的选定点中至少有1个点的壁厚值不大于使用极限壁厚值,高压刚性直管强度失效,建议报废处置。
所述的检测区域为逐级检测时沿管汇长度方向确定检测截面间距50mm,每个截面作为一个检测区域的危险截面。
所述高压管汇的高压范围为70~105MPa。
所述的高压管汇本体材料抗拉强度:其数值=≥870MPa。
所述检测区域为高压活动弯头外弧、弯曲段与直管联结部位,沿圆周方向取4点位置进行壁厚检测。
本发明以“高压管汇使用极限壁厚”作为判定指标,根据下述判定准则对高压管汇强度失效进行判定。
本发明为高压管汇的首次使用、降级使用与评价提供了分析方法,对提高高压管汇的使用效率、重复利用率以及节约高压管汇的成本具有重大的经济效益。为高压管汇的制造单位、使用技术人员提供了力学参考数据,有利于高压管汇加工制造、使用的规范性和有效性,具有较大的社会效益。现场应用效果显良好,实用性强。
1. 根据施工井地层破裂压力、压裂层井深、管柱结构、泵注排量及液体类型与性能等因素,计算确定施工最高井口泵压,据此确定合适的压力级别、尺寸规格(含内径、壁厚)的高压管汇。
2. 压裂、测试施工前,将泵车、高压管汇以及井口装置连接。
3. 压裂、测试施工时,根据施工排量、携砂压裂液性能(砂比、黏度等)、高压管汇管材等因素,预测计算高压管汇内壁最大冲蚀量。根据高压管汇施工泵压、轴向力、弯矩等载荷,在压裂、测试工况最小安全系数前提下,通过理论壁厚计算公式(3)计算高压管汇最大冲蚀部位的使用极限壁厚值。
4. 压裂、测试结束后,将泵车、高压管汇以及井口装置拆卸,利用高压管汇应力危险截面处的壁厚检测方法对高压管汇危险截面进行逐级检测,确定高压管汇内壁应力危险截面的壁厚值。
5. 根据高压管汇强度失效判定准则,判定和评价经压裂、测试施工后该高压管汇能否继续使用,以保证高压管汇后续使用的可靠性和有效性。
实施例3:
基于上述实施例的基础上,本实施例中,本发明对苏里格气田一口苏54-27-111HX井开展了压裂高压管汇强度失效分析工作,通过本发明对该井压裂高压管汇进行了强度失效判定,指导了现场压裂作业和后续使用。
苏54-27-111HX井压裂施工时泵注排量2.8m3/min,环空绊注排量1.0m3/min,压裂液采用砂比为30%(砂浓度492kg/m3)的胍胶压裂液,预测计算最高井口泵压94.5MPa,考虑到砂液冲蚀效应选用连接高压管汇规格型号为3″-1502高压直管和活动弯头,管汇钢材选择35CrMo。
3″-150235CrMo高压直管、活动弯头使用极限壁厚计算值如表1所示。苏54-27-111HX井压裂施工后对3″-150235CrMo高压直管、活动弯头按照b)检测方法对管汇应力危险截面的壁厚值进行了检测,检测结果为3″-150235CrMo高压直管和活动弯头应力危险截面选定点的最小壁厚值分别为10.35mm和9.98mm。根据高压管汇强度失效a)判定准则,认为3″-150235CrMo高压直管应力危险截面选定点的最小壁厚值10.35mm,大于使用极限壁厚9.61mm,强度富裕,可继续使用;3″-150235CrMo高压活动弯头应力危险截面选定点的最小壁厚值9.98mm,小于使用极限壁厚10.67mm,强度失效,建议报废处置。可见,本发明应用方便,效果良好。
表1 3″-1502 35CrMo高压直管、活动弯头使用极限壁厚计算表
名称 | 规格型 | 额定压 | 内 | 出厂壁 | 出厂最 | 极限安 | 使用极限 |
直管 | 3″-1502 | 105 | 69. | ≥12.0 | 1.95 | 1.58 | 9.61 |
活动弯 | 3″-1502 | 105 | 69. | ≥13.46 | 2.10 | 1.70 | 10.67 |
一种高压管汇强度失效的判定方法的成功应用,有效解决了苏54-27-111HX井压裂用高压管汇强度失效的判定问题,防止了高压管汇因强度失效而继续使用所产生的风险和事故。
本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段,这里不再赘述。
Claims (9)
1.一种高压管汇强度失效的判定方法,其特征在于:具体步骤为:
步骤一 在高压管汇内壁应力危险截面处规定的检测区域,沿圆周方向取4点进行检测;
步骤二 通过超声波壁厚测量仪检测高压管汇内壁应力危险截面的壁厚值;
步骤三 步骤二中检测到的壁厚值不超过使用极限壁厚值,建议予以报废处置,否则认为强度有效。
2.根据权利要求1所述的一种高压管汇强度失效的判定方法,其特征在于:所述的高压管汇为高压直管或活动弯头。
3.根据权利要求1所述的一种高压管汇强度失效的判定方法,其特征在于:所述高压管汇为异性整体接头或单向阀。
4.根据权利要求3所述的一种高压管汇强度失效的判定方法,其特征在于:所述的异性整体接头含T型四通、十字型四通、L型四通。
5.根据权利要求1所述的一种高压管汇强度失效的判定方法,其特征在于:所述步骤一中,在检测区域,沿圆周方向取4点进行检测;具体如下:
假设管汇长度为mm,应检测管汇危险截面数量为,需进行选定点位置的壁厚检测;如果检测的选定点的壁厚值均大于使用极限壁厚值,高压刚性直管强度富裕,可继续使用;如果检测的选定点中至少有1个点的壁厚值不大于使用极限壁厚值,高压刚性直管强度失效,建议报废处置。
6.根据权利要求1所述的一种高压管汇强度失效的判定方法,其特征在于:所述的检测区域为逐级检测时沿管汇长度方向确定检测截面间距50mm,每个截面作为一个检测区域的危险截面。
7.根据权利要求1所述的一种高压管汇强度失效的判定方法,其特征在于:所述的高压管汇本体材料抗拉强度:其数值=≥870MPa。
8.根据权利要求2所述的一种高压管汇强度失效的判定方法,其特征在于:所述检测区域为高压活动弯头外弧、弯曲段与直管联结部位,沿圆周方向取4点位置进行壁厚检测。
9.根据权利要求1所述的一种高压管汇强度失效的判定方法,其特征在于:所述高压管汇的高压范围为70~105MPa。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160831 |
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |