本發(fā)明實(shí)施例涉及灘海區(qū)復(fù)合材料集輸管道測(cè)量，尤其涉及一種內(nèi)襯集輸管道失效的數(shù)值評(píng)價(jià)方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著陸地油氣的不斷枯竭，海洋石油開采所占比重逐漸增大。海洋油氣的開發(fā)必然要經(jīng)過輸運(yùn)的環(huán)節(jié)，深海油氣一般采用專用運(yùn)輸船，如lng船等，近海油氣開采則多數(shù)采用海底集輸管道的方式輸送。因此，近海海洋油氣區(qū)塊通常建有配套的油氣管網(wǎng)。目前，許多早期建設(shè)的海底管線己經(jīng)不同程度地出現(xiàn)了問題，有些己經(jīng)接近設(shè)計(jì)壽命，面臨腐蝕、裂紋等風(fēng)險(xiǎn)，每年都有海底管道損壞的報(bào)道，一旦發(fā)生事故，將導(dǎo)致油氣泄漏并造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，污染周邊海域，引起不良的社會(huì)影響。

2、為提高海底集輸管道的使用壽命，采用復(fù)合材料內(nèi)襯，應(yīng)用穿襯與翻襯修復(fù)舊管技術(shù)，對(duì)集輸管道性能進(jìn)行提升。為評(píng)價(jià)修復(fù)后海底管道的性能，需對(duì)其進(jìn)行失效評(píng)價(jià)。目前內(nèi)襯管道的檢測(cè)和性能評(píng)價(jià)測(cè)試主要集中在制管階段管材的力學(xué)性能和物化性能檢測(cè)，內(nèi)襯管道施工階段主要采用目測(cè)檢測(cè)、尺量檢查和壓力試驗(yàn)。關(guān)于運(yùn)行階段的內(nèi)襯管道無損檢測(cè)方法尚未形成體系。在灘海環(huán)境下，集輸管道會(huì)受到海洋波浪、洋流、海冰等的影響，導(dǎo)致內(nèi)襯集輸管道運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步可能導(dǎo)致管道移位或者受力過大，輕者導(dǎo)致使用壽命變短，重者導(dǎo)致管道斷裂，發(fā)生嚴(yán)重的泄露事故。因此，從設(shè)計(jì)源頭強(qiáng)化集輸管道各項(xiàng)指標(biāo)，保證集輸管道的安全允許非常重要。

3、數(shù)值仿真技術(shù)可充分考慮灘海復(fù)雜環(huán)境載荷作用，精確得到內(nèi)襯集輸管道的力學(xué)響應(yīng)，為內(nèi)襯管道損傷評(píng)價(jià)及失效提供了一種有效手段。目前對(duì)海底含復(fù)合材料內(nèi)襯的集輸管道并沒有系統(tǒng)有效的數(shù)值評(píng)價(jià)方法，大多數(shù)研究僅是利用數(shù)值模擬進(jìn)行管道基體（主要為立管）的數(shù)值計(jì)算，但這種計(jì)算只建立了海洋管道基體的數(shù)值模型，未考慮復(fù)合材料內(nèi)襯模型，特別是內(nèi)襯材料與管道基體之間粘合模型，因此也就無法針對(duì)含內(nèi)襯管道開展數(shù)值分析。另外，目前數(shù)值模型的計(jì)算長度無明確計(jì)算方法，數(shù)值模型只能選擇有限長度，如何確定模型的計(jì)算長度，在不影響分析精度的同時(shí)，采用最小的計(jì)算長度，以節(jié)省計(jì)算周期，降低計(jì)算成本，是需要解決的問題。除此之外，內(nèi)襯集輸管道兩端的邊界條件對(duì)計(jì)算結(jié)果精度也具有非常大影響，而目前的模型都將邊界定義為了固定端，認(rèn)為管道的軸向變形對(duì)結(jié)果無影響，這加劇了數(shù)值仿真結(jié)果的誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于此，為解決上述技術(shù)問題或部分技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種內(nèi)襯集輸管道失效的數(shù)值評(píng)價(jià)方法及裝置。

2、第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種內(nèi)襯集輸管道失效的數(shù)值評(píng)價(jià)方法，包括：

3、基于待評(píng)價(jià)的目標(biāo)內(nèi)襯集輸管道以及所述目標(biāo)內(nèi)襯集輸管道所在的環(huán)境信息生成有限元幾何模型與材料模型和所述環(huán)境信息對(duì)目標(biāo)內(nèi)襯集輸管道產(chǎn)生的作用載荷參數(shù)；

4、基于所述有限元幾何模型與材料模型和作用載荷參數(shù)生成數(shù)值計(jì)算網(wǎng)格；

5、基于所述數(shù)值計(jì)算網(wǎng)格對(duì)所述目標(biāo)內(nèi)襯集輸管道進(jìn)行三維數(shù)值計(jì)算，得到三維數(shù)值計(jì)算結(jié)果；

6、基于所述三維數(shù)值計(jì)算結(jié)果對(duì)所述目標(biāo)內(nèi)襯集輸管道進(jìn)行失效評(píng)價(jià)。

7、在一個(gè)可能的實(shí)施方式中，所述方法還包括：

8、所述環(huán)境信息至少包括海冰、海流、海浪和地面沉降信息；

9、從有限元幾何模型與材料模型中讀取管道基體的幾何與材料參數(shù)、內(nèi)襯的幾何與材料參數(shù)、粘結(jié)界面的性能參數(shù)、邊界彈簧元的材料參數(shù)、土彈簧材料參數(shù)；

10、計(jì)算所述海冰、海流、海浪和地面沉降信息對(duì)所述目標(biāo)內(nèi)襯集輸管道產(chǎn)生的作用載荷參數(shù)。

11、在一個(gè)可能的實(shí)施方式中，所述方法還包括：

12、基于所述管道基體的幾何與材料參數(shù)、內(nèi)襯的幾何與材料參數(shù)、粘結(jié)界面的性能參數(shù)、邊界彈簧元的材料參數(shù)、土彈簧材料參數(shù)和作用載荷參數(shù)生成數(shù)值計(jì)算網(wǎng)格。

13、在一個(gè)可能的實(shí)施方式中，所述方法還包括：

14、獲取預(yù)設(shè)的計(jì)算邊界條件，并基于所述計(jì)算邊界條件設(shè)置多種大變形分析參數(shù)，其中，所述計(jì)算邊界條件依據(jù)集輸管道與土體滑動(dòng)摩擦力、集輸管道面積、計(jì)算管道材料彈性模量、計(jì)算管道等效彈簧伸長量確定；

15、基于所述數(shù)值計(jì)算網(wǎng)格通過所述多種大變形分析參數(shù)、作用載荷參數(shù)、計(jì)算邊界條件對(duì)所述目標(biāo)內(nèi)襯集輸管道進(jìn)行三維數(shù)值計(jì)算，得到三維數(shù)值計(jì)算結(jié)果。

16、在一個(gè)可能的實(shí)施方式中，所述方法還包括：

17、基于所述三維數(shù)值計(jì)算結(jié)果確定所述目標(biāo)內(nèi)襯集輸管道的多個(gè)異常數(shù)據(jù)，其中，所述多個(gè)異常數(shù)據(jù)至少包括軸向變形、橫向變形、局部屈曲變形、內(nèi)襯與集輸管道基體粘合界面軸向伸長率、集輸管道基體屈服應(yīng)力、內(nèi)襯管與集輸管道基體錯(cuò)動(dòng)力；

18、基于預(yù)設(shè)的多種臨界值以及所述多個(gè)異常數(shù)據(jù)對(duì)所述目標(biāo)內(nèi)襯集輸管道進(jìn)行失效評(píng)價(jià)。

19、在一個(gè)可能的實(shí)施方式中，所述有限元幾何模型包括：管道基體模型、內(nèi)襯與管道基體界面粘合模型、內(nèi)襯材料模型、土彈簧模型和邊界彈簧模型；

20、所述管道基體模型為彈塑性三者線模型，內(nèi)襯材料模型采用等效模量的方式簡化其非均勻性的性質(zhì)，并采用逐步損傷模型分析內(nèi)襯材料的失效。

21、在一個(gè)可能的實(shí)施方式中，所述內(nèi)襯與管道基體界面粘合模型包括內(nèi)襯材料與目標(biāo)內(nèi)襯集輸管道基體材料接觸界面的軸向摩擦力、環(huán)向摩擦力和徑向接觸力；

22、所述土彈簧模型包含彈簧彈性變形階段、彈塑性變形階段、塑性變形階段的參數(shù)。

23、第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種內(nèi)襯集輸管道失效的數(shù)值評(píng)價(jià)裝置，包括：

24、生成模塊，用于基于待評(píng)價(jià)的目標(biāo)內(nèi)襯集輸管道以及所述目標(biāo)內(nèi)襯集輸管道所在的環(huán)境信息生成有限元幾何模型與材料模型和所述環(huán)境信息對(duì)目標(biāo)內(nèi)襯集輸管道產(chǎn)生的作用載荷參數(shù)；

25、生成模塊，用于基于所述有限元幾何模型與材料模型和作用載荷參數(shù)生成數(shù)值計(jì)算網(wǎng)格；

26、計(jì)算模塊，用于基于所述數(shù)值計(jì)算網(wǎng)格對(duì)所述目標(biāo)內(nèi)襯集輸管道進(jìn)行三維數(shù)值計(jì)算，得到三維數(shù)值計(jì)算結(jié)果；

27、評(píng)價(jià)模塊，用于基于所述三維數(shù)值計(jì)算結(jié)果對(duì)所述目標(biāo)內(nèi)襯集輸管道進(jìn)行失效評(píng)價(jià)。

28、第三方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種電子設(shè)備，包括：處理器和存儲(chǔ)器，所述處理器用于執(zhí)行所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的內(nèi)襯集輸管道失效的數(shù)值評(píng)價(jià)程序，以實(shí)現(xiàn)上述第一方面中所述的內(nèi)襯集輸管道失效的數(shù)值評(píng)價(jià)方法。

29、第四方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種存儲(chǔ)介質(zhì)，包括：所述存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有一個(gè)或者多個(gè)程序，所述一個(gè)或者多個(gè)程序可被一個(gè)或者多個(gè)處理器執(zhí)行，以實(shí)現(xiàn)上述第一方面中所述的內(nèi)襯集輸管道失效的數(shù)值評(píng)價(jià)方法。

30、本發(fā)明實(shí)施例提供的內(nèi)襯集輸管道失效的數(shù)值評(píng)價(jià)方案，通過基于待評(píng)價(jià)的目標(biāo)內(nèi)襯集輸管道以及所述目標(biāo)內(nèi)襯集輸管道所在的環(huán)境信息生成有限元幾何模型與材料模型和所述環(huán)境信息對(duì)目標(biāo)內(nèi)襯集輸管道產(chǎn)生的作用載荷參數(shù)；基于所述有限元幾何模型與材料模型和作用載荷參數(shù)生成數(shù)值計(jì)算網(wǎng)格；基于所述數(shù)值計(jì)算網(wǎng)格對(duì)所述目標(biāo)內(nèi)襯集輸管道進(jìn)行三維數(shù)值計(jì)算，得到三維數(shù)值計(jì)算結(jié)果；基于所述三維數(shù)值計(jì)算結(jié)果對(duì)所述目標(biāo)內(nèi)襯集輸管道進(jìn)行失效評(píng)價(jià)。相比于現(xiàn)有的數(shù)值評(píng)價(jià)方法覆蓋面小，評(píng)價(jià)結(jié)果不精準(zhǔn)的問題，由本方案，考慮海冰、海浪等環(huán)境載荷、內(nèi)襯管的流固耦合作用，開展的數(shù)值模擬與油田生產(chǎn)真實(shí)情況更加接近，能夠快速且準(zhǔn)確的計(jì)算分析出結(jié)果，從而節(jié)省時(shí)間成本、提高計(jì)算效率。