CN113762651A - 井口装置的剩余强度评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种井口装置的剩余强度评估方法，包括：步骤S10：获得井口装置的预定部件的预定位置的实际壁厚；步骤S20：获得井口装置的预定部件的设计壁厚；步骤S30：将实际壁厚与设计壁厚进行对比，如果实际壁厚小于设计壁厚则判断为不合格，如果实际壁厚大于等于设计壁厚，则根据公式：
Figure DDA0002514084250000011
ν1＝ν0+ν2以及dn＝δ‑δn获得剩余寿命，其中，Tn为剩余寿命，ni为安全系数，dn为临界壁厚减薄量，ν1为腐蚀速率，ν0为外腐蚀速率，ν2为内腐蚀速率，δ为设计壁厚，δn为实际壁厚。应用本发明的技术方案，有效的解决了现有技术中井口装置因冲蚀腐蚀造成的安全问题。

Description

井口装置的剩余强度评估方法
技术领域
本发明涉及油田开采领域，具体而言，涉及一种井口装置的剩余强度评估方法。
背景技术
井口装置是油气井井筒最上部重要设备，起到控制井筒、调节油气生产、确保油气井安全生产的作用。在生产作业过程中，时有井口装置因冲蚀腐蚀等造成刺漏、泄漏等事件发生，其原因可能是由于高温高压多相流介质对井口装置冲蚀、腐蚀较为严重。随着服役期的延长，会出现不同程度的壁厚减薄现象。如不采取措施，可能会出现安全风险，影响原油的生产和工作人员的安全。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种井口装置的剩余强度评估方法，以解决现有技术中井口装置因腐蚀造成的安全问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种井口装置的剩余强度评估方法，包括：步骤S10：获得井口装置的预定部件的预定位置的实际壁厚；步骤S20：获得井口装置的预定部件的设计壁厚；步骤S30：将实际壁厚与设计壁厚进行对比，如果实际壁厚小于设计壁厚则判断为不合格，如果实际壁厚大于等于设计壁厚，则根据公式：
Figure BDA0002514084230000011
ν1＝ν0+ν2以及dn＝δ-δn获得剩余寿命，其中，Tn为剩余寿命，ni为安全系数，dn为临界壁厚减薄量，ν1为腐蚀速率，ν0为外腐蚀速率，ν2为内腐蚀速率，δ为设计壁厚，δn为实际壁厚。
进一步地，剩余强度评估方法还包括：步骤S40：将时间区间通过预设的时间点分隔为多个区间，每个区间对应不同的检测时间间隔，区间内的数值越小，对应的检测时间间隔越短，根据Tn判断Tn所在区间以获得对应的检测时间间隔。
进一步地，预设的时间点包括7年和15年。
进一步地，步骤S20包括：步骤S22：判断预定部件的容器类型，容器类型包括薄壁容器、厚壁容器以及压力容器平板封头，根据预定部件的容器类型选择相应的壁厚公式以得到预定部件的设计壁厚。
进一步地，预定部件具有圆筒内径、外径、额定工作压力以及许用应力，根据预定部件的内外径比值及额定工作压力与许用应力的比值，判断预定部件的容器类型。
进一步地，步骤S20还包括：步骤S21：判断预定部件的圆筒内径是否已知，如果圆筒内径已知则执行步骤S22，如果圆筒内径未知则执行步骤S23；步骤S23：根据超声C扫描检测法，采用缺陷最大化原则确定预定部件的预定位置处的实际壁厚，测量得到预定部件的外径，外径与实际壁厚的差值作为圆筒内径，获得圆筒内径后执行步骤S22。
进一步地，井口装置包括球形承压件，其中，球形承压件为厚壁球形承压件，厚壁球形承压件的壁厚公式为：
Figure BDA0002514084230000021
或者，球形承压件为薄壁球形承压件，薄壁球形承压件的壁厚公式为：
Figure BDA0002514084230000022
其中，t为设计壁厚，D为圆筒内径，P为规定的设计压力，S为材料的许用应力，E为焊接接头系数。
进一步地，井口装置包括圆柱形承压件，其中，圆柱形承压件为厚壁圆柱形承压件，厚壁圆柱形承压件的壁厚公式为：
Figure BDA0002514084230000023
或者，圆柱形承压件为薄壁圆柱形承压件，薄壁圆柱形承压件的壁厚公式为：
Figure BDA0002514084230000024
其中，t为设计壁厚，D为圆筒内径，P为规定的设计压力，S为材料的许用应力，E为焊接接头系数。
进一步地，井口装置包括阀门阀底，阀门阀底的壁厚公式为：
Figure BDA0002514084230000025
其中，t为设计壁厚，Dc为圆筒内径，K为结构系数，Pc为规定的设计压力，σ为材料的许用应力，
Figure BDA0002514084230000026
为焊接接头系数。
进一步地，预定部件包括阀体，预定部件的预定位置包括阀体的本体或阀体的颈部。
应用本发明的技术方案，根据步骤S10先测出井口装置的预定部件的预定位置的实际壁厚，再根据步骤S20计算出此预定部件的预定位置的设计壁厚，如果实际壁厚小于设计壁厚，说明该预定部件受到的冲蚀腐蚀等较严重，预定部件判断为不合格。如果实际壁厚大于设计壁厚，说明该预定部件可继续服役，根据公式计算出该预定部件的剩余寿命。通过这种方式，能够筛查出不合格的部件，便于对不合格部件及时进行更换，避免了安全事故的发生，保证了生产的正常进行和员工的生命安全。另外，对于合格的部件还能够得出其剩余寿命，便于有针对性的对其进行定期的检测和维护，使井口装置始终能够安全使用。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的井口装置的剩余强度评估方法的实施例的流程示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本实施例的一种井口装置的剩余强度评估方法，包括：步骤S10：获得井口装置的预定部件的预定位置的实际壁厚；步骤S20：获得井口装置的预定部件的设计壁厚；步骤S30：将实际壁厚与设计壁厚进行对比，如果实际壁厚小于设计壁厚则判断为不合格，如果实际壁厚大于等于设计壁厚，则根据公式：
Figure BDA0002514084230000031
ν1＝ν0+ν2以及dn＝δ-δn获得剩余寿命，其中，Tn为剩余寿命，ni为安全系数，dn为临界壁厚减薄量，ν1为腐蚀速率，ν0为外腐蚀速率，ν2为内腐蚀速率，δ为设计壁厚，δn为实际壁厚。
应用本实施例的技术方案，根据步骤S10先测出井口装置的预定部件的预定位置的实际壁厚，再根据步骤S20计算出此预定部件的预定位置的设计壁厚，如果实际壁厚小于设计壁厚，说明该预定部件受到的冲蚀腐蚀等较严重，预定部件判断为不合格。如果实际壁厚大于等于设计壁厚，说明该预定部件可继续服役，根据公式计算出该预定部件的剩余寿命。通过这种方式，能够筛查出不合格的部件，便于对不合格部件及时进行更换，避免了安全事故的发生，保证了生产的正常进行和员工的生命安全。另外，对于合格的部件还能够得出其剩余寿命，便于有针对性的对其进行定期的检测和维护，使井口装置始终能够安全使用。
当然，在图中未示出的其他实施例中，也可以先计算出设计壁厚，再测出实际壁厚，步骤S10与步骤S20之间无先后关系。
需要说明的是，预定部件包括球形承压件和柱型承压件，一个预定部件有若干个预定位置，预定位置包括预定部件的本体和颈部，对于一个预定部件来说，只有所有预定位置的实际壁厚均大于设计壁厚，该预定部件才能被判定为合格部件。
需要说明的是，在步骤S20中，获得预定部件的设计壁厚需要预先获得预定部件的内径，在本实施例中，步骤S21：判断预定部件的圆筒内径是否已知，如果圆筒内径已知则执行步骤S22，如果圆筒内径未知则执行步骤S23，步骤S23为：根据超声C扫描检测法，采用缺陷最大化原则确定预定部件的预定位置处的实际壁厚，测量得到预定部件的外径，外径与实际壁厚的差值作为圆筒内径，获得圆筒内径后执行步骤S22。其中，圆筒内径已知是指预定部件的内径可从出厂说明中直接获得，可直接执行步骤S22。若圆筒内径未知，则需要执行步骤S23。通过步骤S21可针对预定部件的内径是否已知给出相应的解决方法，使得无论内径能否直接得出，均不影响后续对井口装置的强度进行评估。
在本实施例中，步骤S23为：根据超声C扫描检测法，采用缺陷最大化原则确定预定部件的预定位置处的实际壁厚，测量得到预定部件的外径，外径与实际壁厚的差值作为圆筒内径，获得圆筒内径后执行步骤S22。需要说明的是，超声C扫描法是指通过超声C对预定部件的圆筒进行扫描，检测出圆筒内壁是否有因冲蚀或腐蚀等造成的缺陷，如有缺陷，则采用缺陷最大化原则，将圆筒内壁上最大的缺陷位置确定出，该缺陷导致圆筒侧壁的壁厚最薄，如果该缺陷处的实际壁厚能够大于设计壁厚，则该零部件的预定位置处的剩余强度合格。该缺陷处的壁厚能够通过超声扫描得出，该缺陷处的圆筒内径应当为缺陷的最靠近零部件轴线的位置与零部件轴线之间的距离。步骤S23提供了一种获得预定部件内径的方法，解决了因内径未知而无法进行后续测量的问题。另外，步骤S23中采用了缺陷最大化的原则，严格保证了评估的准确性。
在本实施例中，根据步骤S21或步骤S23获得预定部件的内径后，可进行步骤S22：判断预定部件的容器类型，容器类型包括薄壁容器、厚壁容器以及压力容器平板封头，根据预定部件的容器类型选择相应的壁厚公式以得到预定部件的设计壁厚。需要说明的是，预定部件具有圆筒内径、外径、额定工作压力以及许用应力，根据预定部件的内外径比值及额定工作压力与许用应力的比值，判断预定部件的容器类型。具体的，当额定与许用应力比≥0.4或者内外径比值≥1.5为厚壁容器；当许用应力比＜0.4且内外径比值＜1.5则为薄壁容器。
具体的，井口装置包括球形承压件时，根据上述方法判断球形承压件为厚壁球形承压件还是薄壁球形承压件，如果球形承压件为厚壁球形承压件，则采用公式：
Figure BDA0002514084230000041
得到设计壁厚；如果球形承压件为薄壁球形承压件，则采用公式：
Figure BDA0002514084230000042
得到设计壁厚，其中，t为设计壁厚，D为圆筒内径，P为规定的设计压力，S为材料的许用应力，E为焊接接头系数。通过上述壁厚公式，对薄壁球形承压件和厚壁球形承压件分别计算其设计壁厚，提升了评估的准确性。
同样地，井口装置包括圆柱形承压件时，根据上述方法判断圆柱形承压件为厚壁圆柱形承压件还是薄壁圆柱形承压件，如果圆柱形承压件为厚壁圆柱形承压件，则采用公式：
Figure BDA0002514084230000043
如果圆柱形承压件为薄壁圆柱形承压件，则采用公式：
Figure BDA0002514084230000044
其中，t为设计壁厚，D为圆筒内径，P为规定的设计压力，S为材料的许用应力，E为焊接接头系数。通过上述壁厚公式，对薄壁圆柱形承压件和厚圆柱形承压件分别计算其设计壁厚，提升了评估的准确性。
同样地，井口装置包括阀门阀底时，根据阀门阀底的公式：
Figure BDA0002514084230000045
获得设计壁厚，其中，t为设计壁厚，Dc为圆筒内径，K为结构系数，Pc为规定的设计压力，σ为材料的许用应力，
Figure BDA0002514084230000046
为焊接接头系数。
在本实施例中，剩余强度评估方法还包括：步骤S40：将时间区间通过预设的时间点分隔为多个区间，每个区间对应不同的检测时间间隔，区间内的数值越小，对应的检测时间间隔越短，根据Tn判断Tn所在区间以获得对应的检测时间间隔。
具体的，预设的时间点包括7年和15年。根据剩余寿命计算结果，制定后期检测计划如下：针对剩余寿命在7年内的井，采用一年检测一次的方式；针对剩余寿命在7-15年的井，采用两年检测一次的方式；针对剩余寿命大于15年的井，采用三年检测一次的方式。通过这种方式能够针对不同寿命的井口装置进行有针对性的检测，并制定了合理的检测周期，保证了井口装置的安全运行。
在本实施例中，预定部件包括阀体，预定部件的预定位置包括阀体的本体或阀体的颈部。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种井口装置的剩余强度评估方法，其特征在于，包括：
步骤S10：获得所述井口装置的预定部件的预定位置的实际壁厚；
步骤S20：获得所述井口装置的所述预定部件的设计壁厚；
步骤S30：将所述实际壁厚与所述设计壁厚进行对比，如果所述实际壁厚小于所述设计壁厚则判断为不合格，如果所述实际壁厚大于等于所述设计壁厚，则根据公式：
Figure FDA0002514084220000011
ν1＝ν0+ν2以及dn＝δ-δn获得剩余寿命，其中，Tn为剩余寿命，ni为安全系数，dn为临界壁厚减薄量，ν1为腐蚀速率，ν0为外腐蚀速率，ν2为内腐蚀速率，δ为设计壁厚，δn为实际壁厚。
2.根据权利要求1所述的井口装置的剩余强度评估方法，其特征在于，所述剩余强度评估方法还包括：
步骤S40：将时间区间通过预设的时间点分隔为多个区间，每个所述区间对应不同的检测时间间隔，所述区间内的数值越小，对应的检测时间间隔越短，根据所述Tn判断所述Tn所在区间以获得对应的所述检测时间间隔。
3.根据权利要求2所述的井口装置的剩余强度评估方法，其特征在于，所述预设的时间点包括7年和15年。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的井口装置的剩余强度评估方法，其特征在于，所述步骤S20包括：
步骤S22：判断所述预定部件的容器类型，所述容器类型包括薄壁容器、厚壁容器以及压力容器平板封头，根据所述预定部件的所述容器类型选择相应的壁厚公式以得到所述预定部件的设计壁厚。
5.根据权利要求4所述的井口装置的剩余强度评估方法，其特征在于，所述预定部件具有圆筒内径、外径、额定工作压力以及许用应力，根据所述预定部件的内外径比值及额定工作压力与许用应力的比值，判断所述预定部件的容器类型。
6.根据权利要求5所述的井口装置的剩余强度评估方法，其特征在于，所述步骤S20还包括：
步骤S21：判断所述预定部件的所述圆筒内径是否已知，如果所述圆筒内径已知则执行所述步骤S22，如果所述圆筒内径未知则执行步骤S23；
所述步骤S23：根据超声C扫描检测法，采用缺陷最大化原则确定所述预定部件的预定位置处的所述实际壁厚，测量得到所述预定部件的外径，所述外径与所述实际壁厚的差值作为所述圆筒内径，获得所述圆筒内径后执行所述步骤S22。
7.根据权利要求4所述的井口装置的剩余强度评估方法，其特征在于，所述井口装置包括球形承压件，其中，所述球形承压件为厚壁球形承压件，所述厚壁球形承压件的所述壁厚公式为：
Figure FDA0002514084220000021
或者，所述球形承压件为薄壁球形承压件，所述薄壁球形承压件的壁厚公式为：
Figure FDA0002514084220000022
其中，t为设计壁厚，D为圆筒内径，P为规定的设计压力，S为材料的许用应力，E为焊接接头系数。
8.根据权利要求4所述的井口装置的剩余强度评估方法，其特征在于，所述井口装置包括圆柱形承压件，其中，所述圆柱形承压件为厚壁圆柱形承压件，所述厚壁圆柱形承压件的壁厚公式为：
Figure FDA0002514084220000023
或者，所述圆柱形承压件为薄壁圆柱形承压件，所述薄壁圆柱形承压件的壁厚公式为：
Figure FDA0002514084220000024
其中，t为设计壁厚，D为圆筒内径，P为规定的设计压力，S为材料的许用应力，E为焊接接头系数。
9.根据权利要求4所述的井口装置的剩余强度评估方法，其特征在于，所述井口装置包括阀门阀底，所述阀门阀底的壁厚公式为：
Figure FDA0002514084220000025
其中，t为设计壁厚，Dc为圆筒内径，K为结构系数，Pc为规定的设计压力，σ为材料的许用应力，
Figure FDA0002514084220000026
为焊接接头系数。
10.根据权利要求1所述的井口装置的剩余强度评估方法，其特征在于，所述预定部件包括阀体，所述预定部件的预定位置包括所述阀体的本体或所述阀体的颈部。
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