【摘要】：高壓氣井井場壓力管線是油氣井開采和生產(chǎn)的重要采輸部件。隨著油氣開采條件的不斷劣化,以及一些夾砂壓裂、酸化等增產(chǎn)工藝的應(yīng)用,高壓環(huán)境和流體顆粒沖蝕會對壓力管線造成嚴重的損傷,甚至會發(fā)生管線刺漏、爆裂等安全事故。為了能夠及時有效地發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損壞情況,對壓力管線進行實時在線監(jiān)測顯得尤為重要。本文主要是針對壓力管線的沖蝕過程進行流體力學模擬計算,采用液-固流體沖蝕模型對壓力管線進行沖蝕損傷分析,并研究管線在高壓載荷下的力學行為,進一步構(gòu)建壓力管線在線監(jiān)測系統(tǒng)。本文通過建立彎管沖蝕有限元模型,采用FLUENT軟件模擬研究液-固流體對彎管的沖蝕行為,同時分析不同流體因素對沖蝕損傷的影響規(guī)律。結(jié)果表明,彎頭內(nèi)壁的外拱處沖蝕損傷較為嚴重,范圍從外拱中部到彎頭出口處,且靠近出口處沖蝕率較大。采用ANSYS有限元軟件對不同缺陷深度的損傷彎管進行結(jié)構(gòu)靜力學分析。結(jié)果表明,彎管缺陷處會發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。環(huán)向應(yīng)變隨著缺陷深度的增加,呈現(xiàn)指數(shù)式的增長,且達到0.5倍壁厚時開始急劇變大。采用液-固沖蝕模型對直管進行損傷分析。結(jié)果表明,直管的沖蝕效果沒有彎管明顯,主要表現(xiàn)為管壁上均勻分布的凹坑。對部分凹坑進一步?jīng)_蝕模擬,發(fā)現(xiàn)在凹坑邊緣處沖蝕率較大,傾向于形成長條狀的溝壑缺陷。采用ANSYS結(jié)構(gòu)靜力學模塊針對直管局部減薄損傷模型進行分析,分別研究了缺陷深度、長度和寬度因素對管壁應(yīng)力應(yīng)變場的影響。結(jié)果表明,缺陷深度和軸向長度對管壁環(huán)向應(yīng)變影響較大,寬度達到一定值后影響較小。當缺陷深度達到0.5倍壁厚時,環(huán)向應(yīng)變開始急劇增大。本文引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法來進行壓力管線損傷識別,設(shè)計開發(fā)壓力管線在線監(jiān)測系統(tǒng),并進行現(xiàn)場試驗。采用不同損傷模型的模擬數(shù)據(jù),訓練損傷識別神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。在線監(jiān)測系統(tǒng)實時處理現(xiàn)場數(shù)據(jù),實現(xiàn)了實時應(yīng)變、實時溫度、實時壁厚等界面功能,能夠進行管道的損傷定位和安全預(yù)警。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TE973.6;TP274

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本文編號：2695933