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表面技术 2023年第3期52卷 91-110页

作者：王志远杨贺民张洋洋刘晓中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580

储气库的管柱冲蚀规律较复杂,且冲蚀预测难度较大,开展循环注采工况下的储气库管柱冲蚀理论、冲蚀预测方法研究具有必要性及迫切性。目前,针对储气库强采强注工况下的管柱冲蚀报道极少。综述了塑性材料及气主导体系管柱冲蚀机理、冲蚀... 详细信息

储气库的管柱冲蚀规律较复杂,且冲蚀预测难度较大,开展循环注采工况下的储气库管柱冲蚀理论、冲蚀预测方法研究具有必要性及迫切性。目前,针对储气库强采强注工况下的管柱冲蚀报道极少。综述了塑性材料及气主导体系管柱冲蚀机理、冲蚀预测方法,对保障储气库管柱注采安全具有一定借鉴意义。以塑性材料冲蚀机理为出发点,详细介绍了适用于管柱塑性材料的微切削、变形切削、挤压-薄片、局部变形、二次冲蚀及靶面热熔等六大典型冲蚀理论,并汇总其优缺点。指出适用于储气库管柱的冲蚀准则(材料的临界冲蚀流量、临界冲蚀流速、表面延展性、质量损失、体积损失、强度衰减)及冲蚀表征指标(冲蚀比、临界塑性应变、冲蚀损失率、材料剩余最小安全系数),针对这些指标介绍了目前国内外典型的旋转式、射流式、管流式、单颗粒冲蚀式实验系统,以及基于实验数据的冲蚀预测经验模型,如使用频率最高的E/CRC模型和Oka模型等。描述了基于CFD预测冲蚀的普遍流程及不足,分析了基于人工智能预测管柱冲蚀的可行性,这对保障储气库安全高效注采具有一定的理论指导及现实意义。

关键词：储气库管柱冲蚀准则冲蚀理论冲蚀预测模型冲蚀预测方法

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注采过程对储气库管柱密封性影响研究

注采过程对储气库管柱密封性影响研究

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作者：徐帅中国石油大学（北京）

学位级别：硕士

储气库管柱是天然气注入和采出的双重通道,其密封性时时刻刻关系着储气库的运行安全。储气库管柱由特殊螺纹接头连接,特殊螺纹接头依靠其特有的金属-金属密封结构实现密封。常用的密封结构有锥面-锥面、锥面-球面和柱面-球面三种。为了... 详细信息

储气库管柱是天然气注入和采出的双重通道,其密封性时时刻刻关系着储气库的运行安全。储气库管柱由特殊螺纹接头连接,特殊螺纹接头依靠其特有的金属-金属密封结构实现密封。常用的密封结构有锥面-锥面、锥面-球面和柱面-球面三种。为了保证储气库管柱的运行安全,需要研究注采过程对三种特殊螺纹接头密封性的影响,找出更优的密封结构类型。本文主要进行了以下研究工作:（1）通过对储气库管柱的密封结构特点、密封机理和运行工况进行分析,找出了影响储气库管柱密封性的因素,其主要包括设计加工因素、施工因素和储气库工况因素三类。（2）采用有限元方法研究了在30周期的交变载荷及内压作用下三种密封结构的性能以及三种密封结构在其台肩有缺陷时的性能,并进行了对比分析。结果表明,三种密封结构的密封面上的接触压力曲线沿接触面均呈现拱形。随着周期增加,三个密封面上的最大接触压力逐渐减小,有效密封长度逐渐增加。采气时三个密封面上的接触压力比注气时的大,且采气时接触压力的分布范围均比注气时的广。当三种密封结构的台肩有缺陷时,其密封面上的接触压力及有效密封长度的变化情况与台肩完好时类似。对比台肩完好时的情况,当台肩有缺陷时,三个密封面上的接触压力减小,并且靠近台肩一侧密封面上的接触压力下降幅度大于远离台肩一侧密封面上的接触压力下降幅度,其中锥面-锥面密封结构的变化幅度最小,密封性能最稳定。（3）利用PDS技术分析锥面-锥面、锥面-球面和柱面-球面三种密封结构的可靠性及参数敏感度,对密封结构进行优选,并提出优化建议。结果表明,三种密封结构均是可靠的,其中锥面-锥面密封结构最优。对密封结构的优化应主要从增加有效密封长度、控制尺寸加工误差、提高材料性能和增大上扣扭矩等方面进行。

关键词：储气库管柱注采过程特殊螺纹接头密封结构密封性

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腐蚀与力学共同作用下储气库管柱疲劳寿命预测

腐蚀与力学共同作用下储气库管柱疲劳寿命预测

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作者：李碧曦重庆科技学院

学位级别：硕士

随着国内天然气供需日益矛盾,枯竭油气藏储气库被广泛运用于天然气的储存,然而在运营过程中,各种安全风险时常发生,其中尤为注采井相对风险最高。储气库注采井,井下环境复杂,管柱将受腐蚀性气体与交变载荷的共同作用,相互促进,从而大大... 详细信息

随着国内天然气供需日益矛盾,枯竭油气藏储气库被广泛运用于天然气的储存,然而在运营过程中,各种安全风险时常发生,其中尤为注采井相对风险最高。储气库注采井,井下环境复杂,管柱将受腐蚀性气体与交变载荷的共同作用,相互促进,从而大大降低了管柱寿命。目前,枯竭油气藏储气库腐蚀规律尚不明确,且未考虑到腐蚀与力学相互促进对管柱寿命的影响,预测管柱服役寿命。因此,注采井的监测、防腐、气井寿命预测已成为必须提前研究的课题。本文主要是以W储气库为研究背景,研究储气库管柱的腐蚀规律,分析管柱受力情况,结合腐蚀速率与受力,建立管柱疲劳寿命预测模型,预测储气库服役寿命。主要结论如下:(1)管柱腐蚀以电化学腐蚀和冲刷腐蚀为主。电化学腐蚀是由CO2和H2O引起,腐蚀部位在1900m以上,腐蚀形态为均匀腐蚀和小孔腐蚀。冲蚀发生在采气期和注气期,安全阀和滑套最先发生冲蚀,采气期井口压力为5MPa时,气量超过29.0×104m3/d会出现冲蚀,注气期井口压力为20MPa时,气量超过70.22×104m3/d会出现冲蚀。(2)根据现场腐蚀挂片监测情况,结果表明:第一、二阶段储13井和储8井三种材质在气相中的腐蚀速度均小于0.25mm/a,属于轻度腐蚀,且第2期监测的腐蚀速率较第1期成数十倍增加;第一阶段属于注气期,第二阶段注、采气期均有,腐蚀主要在采气期。(3)将内压力、外挤力的波动转化为轴向力,计算储气库管柱轴向力。并给出套管在组合载荷作用下管体强度计算公式,结合组合载荷与腐蚀速率,推出管柱腐蚀寿命预测公式,计算出管柱抗挤寿命为10.57年,抗拉寿命为6.21年。(4)依据管螺纹校核公式建立腐蚀与力学共同作用下储气库管柱疲劳寿命预测公式,计算出储气库管柱服役寿命为36年。在此基础上,提出延长储气库管柱寿命的措施。

关键词：储气库管柱腐蚀力学共同作用疲劳寿命

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基于灰色理论的储气库管柱剩余寿命预测研究

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油气田地面工程 2024年第2期43卷 56-61页

作者：魏昊天董绍华段宇航徐晴晴马晓红赵景涛中国石油大学(北京)管道技术与安全研究中心国家管网集团工程技术创新有限公司中国石油吉林油田公司

储气库在天然气的运输和储存方面发挥着不可替代的作用。针对储气库管柱腐蚀变量众多、关系复杂,且获取数据样本困难等问题,提出了基于灰色理论的储气库管柱剩余使用寿命预测方法。首先,结合灰色理论,设计了一种可动态更新建模数据的GM(... 详细信息

储气库在天然气的运输和储存方面发挥着不可替代的作用。针对储气库管柱腐蚀变量众多、关系复杂,且获取数据样本困难等问题,提出了基于灰色理论的储气库管柱剩余使用寿命预测方法。首先,结合灰色理论,设计了一种可动态更新建模数据的GM(1,1)(Grey Model)模型。其次,通过中石油某地下储气库中C5井中管柱剩余壁厚的样本数据集,建立了储气库管柱定量腐蚀剩余寿命预测模型,统计预测模型的平均相对误差,并与监测数据、最小二乘预测法进行比较。结果表明:基于灰色理论的预测方法平均相对误差为0.27%,模型预测达到一级精度,可作为预测储气库管柱安全性的一种新方式。最后,使用Matlab进行软件界面设计,开发储气库管柱剩余寿命预测软件,更加直观、快捷地实现其剩余寿命定量预测,最大限度地延长管柱乃至整个储气库的寿命。

关键词：储气库管柱腐蚀剩余寿命预测灰色理论

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储气库注采管柱力学分析及风险评估

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作者：石臻中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

目前,天然气的使用量逐年攀升,储气库建设也迎来高速发展期。储气库管柱作为沟通地面设施与地下设施的关键部件,正受到越来越多的关注。储气库管柱一般长达数千米,受力复杂且难以更换,一旦发生损坏极易引起十分严重的事故,危急人员生命... 详细信息

目前,天然气的使用量逐年攀升,储气库建设也迎来高速发展期。储气库管柱作为沟通地面设施与地下设施的关键部件,正受到越来越多的关注。储气库管柱一般长达数千米,受力复杂且难以更换,一旦发生损坏极易引起十分严重的事故,危急人员生命安全。因此,本文针对储气库管柱的工况环境,开展力学分析及风险评估。首先,通过储气库事故调研,总结事故类型,对占比最高的管柱失效型事故展开进一步研究。通过研究管柱载荷与失效形式,归纳风险因素,将储气库管柱失效风险因素分为4个模块、8个大类合24个子因素。其次,建立储气库管柱动力学模型并编制计算模块,以现场反馈的工况数据为基础从理论的角度推算管柱在各井深、各注气量、各注入压力下的应力数值;通过ANSYS Workbench对管柱开展瞬态动力学分析,研究弯曲段角度、弯曲段曲率半径和交变载荷等因素对管柱的力学影响。再者,对储气库管柱展开疲劳寿命研究,结合动力学计算模块的应力输出结果对管柱进行疲劳寿命实例计算,研究日注气量、注入压力、裂纹尺寸等对管柱疲劳寿命的影响。通过表面裂纹发展发育的模拟结果,针对不同类型的裂纹提出检测监测措施,合理分配精力与资源,保障管柱安全运行。最后,基于管柱失效风险因素,进行事故树模型及模糊层次分析法风险评估,对重点因素提出预防措施,保障储气库的正常运转;编制模糊层次分析法权重计算模块,简化计算步骤,便于现场应用。

关键词：储气库管柱风险因素疲劳寿命风险评估

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储气库Y型井口携砂采气临界冲蚀模拟研究

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表面技术 2024年第11期53卷 160-170页

作者：贺梦琦杨炎鑫檀德库王江宽段吉彬于晓聪阚长宾中国石油辽河油田储气库公司辽宁盘锦124010 中国地质大学(武汉)资源学院武汉430074 中国石油辽河油田分公司辽宁盘锦124010

目的研究储气库携砂采气过程中储气库生产通道冲蚀磨损的主要影响因素及规律。方法在辽河油田双6储气库注采井管柱结构和生产工况条件下,开展室内冲蚀模拟实验和生产通道冲蚀数值模拟研究,通过数值分析,明确采气速度、生产压力、出砂速... 详细信息

目的研究储气库携砂采气过程中储气库生产通道冲蚀磨损的主要影响因素及规律。方法在辽河油田双6储气库注采井管柱结构和生产工况条件下,开展室内冲蚀模拟实验和生产通道冲蚀数值模拟研究,通过数值分析,明确采气速度、生产压力、出砂速率、出砂粒径对管柱冲蚀速率的影响规律。结合临界冲蚀理论计算结果,设计适用于出砂工况条件下储气库生产通道临界冲蚀系数取值的图版。结果出砂速度、采气速度、生产压力在管柱冲蚀中起着主要作用,实验数据与预测结果的一致性较高,管柱最大冲蚀速率与日产气量的二次幂、井筒内压力的负二次幂、出砂速率的一次幂成正比。此外,管柱变径部位的冲蚀速率随着服役时间的延长呈下降趋势,最终与管壁的冲蚀速率基本保持在相同数量级。根据构建的临界冲蚀系数取值图版,在当前储气库出砂工况条件下,为了保证储气库满足服役年限,将临界冲蚀系数(C)取值为180,进一步考虑到储气库的最大产能情况,推荐C介于175~200之间。结论通过储气库管柱冲蚀的实验模拟和数值模拟研究,建立了储气库注采井管柱的冲蚀速率模型,构建了储气库注采管柱临界冲蚀系数设计图版,有利于工程技术人员准确判断实时生产工况条件下储气库注采管柱的生产工况负荷、服役安全工况条件等,可以提供关键的实时性、安全性基础数据。

关键词：储气库管柱冲蚀规律 Y型井口冲蚀速率图版管柱安全临界冲蚀

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