本發(fā)明屬于工程技術(shù)領(lǐng)域，更加具體的說(shuō)，涉及卷管鋪設(shè)過(guò)程中管道的工程臨界評(píng)價(jià)方法，即確定當(dāng)管道環(huán)焊縫中存在表面裂紋時(shí)，評(píng)價(jià)此裂紋是否會(huì)導(dǎo)致環(huán)焊縫的斷裂。

背景技術(shù)：

隨著全球經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，對(duì)能源特別是油氣資源的需要也迅速增加。陸地石油資源在經(jīng)過(guò)百年的開(kāi)采后，資源日益耗竭，油田產(chǎn)能快速遞減。在這種背景下，蘊(yùn)藏著豐富資源的海洋得到了世界各國(guó)的青睞，紛紛進(jìn)行開(kāi)發(fā)采用。世界上深水油氣資源開(kāi)采的發(fā)展速度已經(jīng)超過(guò)了陸地和淺水開(kāi)采。對(duì)中國(guó)而言，目前陸上原油的開(kāi)采量逐年減少，已有油田的穩(wěn)產(chǎn)工作難度也越來(lái)越大。同時(shí)我國(guó)海洋以探明油氣資源十分豐富，開(kāi)發(fā)海洋油氣資源在當(dāng)今能源緊張的形勢(shì)下勢(shì)在必行。我國(guó)近海海洋油氣資源有限，而南海深水海底蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源，據(jù)估計(jì)南海海域潛在的石油儲(chǔ)量約為550億噸，天然氣20萬(wàn)億立方米以上，被譽(yù)為“第二個(gè)波斯灣”。因此走向深水開(kāi)發(fā)南海油氣資源是必然趨勢(shì)，此舉對(duì)于緩解我國(guó)石油供應(yīng)緊張，降低進(jìn)口依賴具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

深水油氣資源開(kāi)發(fā)需要在海上設(shè)置各類(lèi)鉆井、采油平臺(tái)以及油氣資源的輸送工具。目前，在深水勘探及鉆采油平臺(tái)方面，我國(guó)已經(jīng)設(shè)計(jì)建造了最大作業(yè)水深3050米的深水半潛式鉆井平臺(tái)(中海油“海洋石油981”)。在輸送工具-海底管道方面，我國(guó)雖然發(fā)展很快(總長(zhǎng)度超過(guò)6000公里)，但多為淺水區(qū)，深水管道鋪設(shè)技術(shù)還相對(duì)落后，成為我國(guó)深水油氣資源開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵瓶頸之一。

目前常用的海洋管道鋪設(shè)方法有s型鋪設(shè)、j型鋪設(shè)、卷管鋪設(shè)。卷管鋪設(shè)法的過(guò)程為：首先進(jìn)行管段焊接，形成幾千米長(zhǎng)的管線，然后將管線卷繞在卷滾上，然后將鋪管船駕駛到管道的鋪設(shè)地點(diǎn)，最后將管線從卷滾上退卷，進(jìn)行鋪設(shè)，如附圖1所示。與s型鋪設(shè)、j型鋪設(shè)相比，卷管鋪設(shè)的鋪設(shè)效率高。由于卷管鋪設(shè)的管道裝配、焊接、檢測(cè)過(guò)程在陸地上進(jìn)行，因此焊接質(zhì)量高。但是，管道在卷管鋪設(shè)階段必然經(jīng)受較大范圍的 塑性變形，應(yīng)變量可達(dá)1％-4％。由于管線是通過(guò)焊接進(jìn)行連接，焊接過(guò)程不可避免出現(xiàn)未熔合、未焊透、氣孔、夾雜、錯(cuò)邊等焊接缺陷。為保證管道在安裝、運(yùn)行階段的安全，基于“合于使用”的原則，應(yīng)對(duì)管道進(jìn)行工程臨界評(píng)價(jià)(eca)，以避免重大經(jīng)濟(jì)損失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供用于卷管工程臨界評(píng)價(jià)的改進(jìn)型參考應(yīng)變方法。

本發(fā)明的技術(shù)目的通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

用于卷管工程臨界評(píng)價(jià)的改進(jìn)型參考應(yīng)變方法，按照下述步驟進(jìn)行：

步驟1，計(jì)算參考應(yīng)變，其計(jì)算公式為：

其中，εref為參考應(yīng)變；εunc為名義應(yīng)變；a為表面裂紋深度，單位mm；c為表面裂紋長(zhǎng)度的一半，單位mm；t為管道壁厚，單位mm；d為管道外徑，單位mm；r為卷輥的半徑，單位mm；σy為材料的屈服強(qiáng)度，單位mpa；σu為材料的抗拉強(qiáng)度，單位mpa；a為-25.1809，b為12.3614，c為3.3494，d為24.7598，e為-13.2084，f為-2.5，g為4.0261，h為0.8；a-h均為系數(shù)。

步驟2，計(jì)算dr

其中，εy為屈服應(yīng)變；

步驟3，計(jì)算kr

其中，k為應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子，單位為mpa·mm^-0.5；kmat為材料的斷裂韌度，單位為mpa·mm^-0.5；

步驟4，繪制失效評(píng)定圖并將步驟2和步驟3計(jì)算的dr和kr繪制在圖中，其中dr和kr分別為橫縱坐標(biāo)，失效評(píng)定曲線的公式為：

其中，e為彈性模量，單位為mpa；σref為參考應(yīng)力，單位為mpa；

步驟5，這樣一來(lái)形成失效評(píng)定曲線和諸個(gè)點(diǎn)(dr，kr)構(gòu)成的圖并判斷每個(gè)點(diǎn)(dr，kr)與失效評(píng)定曲線的位置，如果點(diǎn)(dr，kr)位于曲線下方，則說(shuō)明這個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的裂紋是安全的，反之說(shuō)明裂紋是危險(xiǎn)。

上述方法的適應(yīng)范圍為：d/t為10～30，a/t為0.1～0.5，2c/πd為0.05～0.2，σy/σu為0.659～0.846。

linken發(fā)展了基于參考應(yīng)變的j積分估算方法，在linken工作的基礎(chǔ)上，budden發(fā)展了以應(yīng)變?yōu)榛A(chǔ)的失效評(píng)定圖法。但是linken、budden發(fā)展的j積分估算方法只適用于淺裂紋。本發(fā)明在budden工作的基礎(chǔ)上，提出了計(jì)算參考應(yīng)變的經(jīng)驗(yàn)公式。利用計(jì)算的參考應(yīng)變，以應(yīng)變?yōu)榛A(chǔ)的參考應(yīng)變法能夠用于含較深表面環(huán)向裂紋卷管的工程臨界評(píng)價(jià)。本發(fā)明的修正的參考應(yīng)變法，能夠擴(kuò)展基于應(yīng)變的失效評(píng)定圖法，并能夠進(jìn)行敏感性分析。

附圖說(shuō)明

圖1是卷管鋪設(shè)示意圖。

圖2是本發(fā)明中的失效評(píng)定圖。

圖3是本發(fā)明的實(shí)施例的評(píng)價(jià)結(jié)果示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。

應(yīng)用實(shí)施例

管道的外徑為300mm，壁厚為20mm，環(huán)向表面裂紋的深度為4mm，長(zhǎng)度為30.14mm。所選用的材料的屈服強(qiáng)度為450mpa，抗拉強(qiáng)度為561mpa，彈性模量為206000mpa，斷裂韌度為9615.74mpa·mm^-0.5。

(1)進(jìn)行工程臨界評(píng)估

采用改進(jìn)的參考應(yīng)變法對(duì)此裂紋在6種名義應(yīng)變水平(0.015、0.02、0.025、0.03、0.035、0.04)下進(jìn)行工程臨界評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)的結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，當(dāng)名義應(yīng)變小于0.03時(shí)，此裂紋是安全的。

(2)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

在進(jìn)行彎曲之前在管道上加工深度為4mm，長(zhǎng)度為30.14mm的環(huán)向表面裂紋。然后，將管道安裝到彎管機(jī)上，注意此時(shí)裂紋位于管道的3點(diǎn)鐘方向(此位置應(yīng)變最大)。逐漸施加推力，管道發(fā)生彎曲。當(dāng)管道3點(diǎn)鐘位置的名義應(yīng)變?yōu)?.015、0.02、0.025、0.03、0.035、0.04時(shí)，采用硅橡膠復(fù)型法檢測(cè)裂紋的深度。通過(guò)最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得，當(dāng)名以應(yīng)變大于0.03時(shí)，裂紋深度變大。由此，驗(yàn)證了所提出改進(jìn)的參考應(yīng)變法的準(zhǔn)確性。

以上對(duì)本發(fā)明做了示例性的描述，應(yīng)該說(shuō)明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情況下，任何簡(jiǎn)單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費(fèi)創(chuàng)造性勞動(dòng)的等同替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。