การประยุกต์ใช้ท่อท่อในบ่อก๊าซที่อุณหภูมิสูง

คุณสมบัติของสังกะสีท่อเหล็กเชื่อม

มกราคม 4, 2019

ความต้านทานการกัดกร่อนของ API 5L ทางท่อเหล็กเคลือบป้องกัน

มกราคม 7, 2019

ในปีที่ผ่านมา, ที่มีจำนวนลดลงของน้ำมันและก๊าซใช้ประโยชน์ได้อย่างง่ายดายหลุม, มันได้กลายเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับบ่อน้ำมันและก๊าซไปลึกทั้งใต้ดินและใต้น้ำ. และ, ท่อและปลอกสายที่อาจจะสูงกว่าอุณหภูมิและความดันที่สูงขึ้นในหลุมเหล่านี้, ซึ่งอาจจะทำให้เกิดความล้มเหลวของท่อหรือการรั่วไหลของก๊าซในแรงดันสูง / อุณหภูมิสูง (HPHT) หลุม. ด้วยเหตุนี้, ความสนใจมากขึ้นได้รับการจ่ายเงินให้กับ wellbore ซื่อสัตย์ในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซใน years.1,2 ที่ผ่านมาปัจจัยสำคัญของความซื่อสัตย์ wellbore เป็นท่อเชื่อมต่อสตริง, ซึ่งคาดว่าจะให้ทั้งความสมบูรณ์ของโครงสร้างและการรั่วไหลภายใต้สภาพแวดล้อมที่รุนแรง. ในฐานะที่เป็นเงื่อนไขในการโหลดที่เกี่ยวข้องกับลึก, อุณหภูมิและความดันหลุมก๊าซที่สูงขึ้น, ผู้ประกอบการหลายคนเปลี่ยนจากการใช้มาตรฐานสถาบันปิโตรเลียมอเมริกัน (API) การเชื่อมต่อกับการเชื่อมต่อพรีเมี่ยม.รูป 1 แสดงให้เห็นถึงการเชื่อมต่อท่อของพรีเมี่ยมและกลไกการปิดผนึกก๊าซ. พื้นผิวปิดผนึกจะเรียกว่าซีลโลหะกับโลหะ, ที่ให้ความดันติดต่อผ่านพอดีรบกวน. อะไรที่มากกว่า, ความดันที่ติดต่อบนพื้นผิวปิดผนึกที่สูงกว่าความดันก๊าซดี, และการเชื่อมต่อท่อสามารถป้องกันการรั่วไหลของ efficiently.3,4 ก๊าซ

รูป 1. กลไกการปิดผนึกก๊าซของการเชื่อมต่อพรีเมี่ยม.

ในปีที่ผ่านมา, การเชื่อมต่อการปิดผนึกแก๊สล้มเหลวในบางส่วน-อุณหภูมิสูง บ่อก๊าซ, แม้ว่าความดันออกแบบติดต่อบนพื้นผิวปิดผนึกสูงกว่าความดันก๊าซ. ในภาคใต้ของจีน ทะเล, อุณหภูมิในบ่อก๊าซบางสอบสวนที่สามารถเข้าถึงได้ถึง 240 ° C.5 ดีการออกแบบการเชื่อมต่อพรีเมี่ยมสามารถแบกก๊าซแรงดันสูงในหลุมในระยะแรก. อย่างไรก็ตาม, ปัญหาการรั่วไหลของก๊าซสามารถตรวจพบได้หลังจาก 2 ปีของการผลิตก๊าซในบ่อบาง, ซึ่งอยู่ไกลน้อยกว่าอายุการใช้งานที่คาดหวังของบ่อก๊าซ. ในอุณหภูมิที่สูง, พื้นผิวการปิดผนึกของการเชื่อมต่อท่อจะได้สัมผัสกับความเครียดคืบ, ซึ่งจะนำไปสู่การลดลงของแรงกดสัมผัสพื้นผิวปิดผนึกฯ. เมื่อความดันติดต่อที่ต่ำกว่าความดันก๊าซดี, ก๊าซจะรั่วไหลจากการเชื่อมต่อท่อ, ซึ่งจะช่วยลดอายุการใช้งานของก๊าซได้ดี. ในขณะเดียวกัน, มันจะทำให้ความดันก๊าซท่อยั่งยืน, การล่มสลายปลอก, หรือละทิ้งดี, ก่อให้เกิดความสูญเสียทางเศรษฐกิจมาก. ดังนั้น, มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะศึกษา viscoelasticity ของวัสดุที่เชื่อมต่อท่อและหาการผ่อนคลายของแรงกดสัมผัสบนพื้นผิวการปิดผนึก, ซึ่งอาจจะเป็นประโยชน์สำหรับการสำรวจและการพัฒนาของบ่อก๊าซที่อุณหภูมิสูง.

การศึกษาวิจัยเกี่ยวกับการเชื่อมต่อท่อได้รับการมุ่งเน้นในการออกแบบและความปลอดภัยของการประเมินโครงสร้างการเชื่อมต่อการตั้งกระทู้ในปีที่ผ่านมา. วิธีการวิเคราะห์,6,7 องค์ประกอบ จำกัด (FE) วิธี,8,9 และ method10,11 ทดลองนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในงานวิจัย. นักวิจัยบางคนได้รับการตรวจสอบกลไกการปิดผนึกของการเชื่อมต่อพรีเมี่ยม,12,13 และนักวิจัยบางคนได้รับการพัฒนาเชื่อมต่อพรีเมี่ยมที่มีประสิทธิภาพสูงในอุณหภูมิสูง / แรงดันสูง (HTHP) well.14,15However ก๊าซ, เหล่านี้งานวิจัยที่จะดำเนินการทั้งหมดที่อยู่ในความมั่นคงของรัฐ, ไม่ได้พิจารณาจากเวลาที่มีการเปลี่ยนแปลง. และ, กลไกการปิดผนึกของการเชื่อมต่อพรีเมี่ยมในบ่อก๊าซที่อุณหภูมิสูงยังไม่ได้รับการตรวจสอบอย่างสมบูรณ์, โดยเฉพาะอย่างยิ่งพฤติกรรมหนืดของวัสดุท่อ.

ในบทความนี้, การทดสอบการคืบของวัสดุท่อได้ดำเนินการภายใต้ความเครียดความตึงเครียดเหมือนกัน แต่อุณหภูมิที่แตกต่าง. แล้วก็, พฤติกรรมหนืดของวัสดุตัวเครื่องมีการศึกษา. ในขณะเดียวกัน, WLF (วิลเลียม-Landel-เฟอร์รี่) สมการสำหรับวัสดุตัวเครื่องมีมา. ในที่สุด, รูปแบบ FE จะใช้ในการศึกษาการผ่อนคลายของแรงกดสัมผัสพื้นผิวการปิดผนึกของการเชื่อมต่อท่อ, ซึ่งสามารถทำนายอายุการใช้งานในบ่อก๊าซที่อุณหภูมิสูง.

การทดสอบวัสดุทดลอง

อุปกรณ์การทดลองและวิธีการ

ตามมาตรฐาน ISO 204:2009, วัสดุโลหะทดสอบการคืบแกนเดียวในวิธีการของความตึงเครียดของการทดสอบ, การทดลองคืบจะดำเนินการภายใต้อุณหภูมิสูงที่แตกต่างกันในการประมาณการวัสดุผ่อนคลายคุณสมบัติทางกลตามทฤษฎีของ viscoelasticity.16 ดังแสดงใน รูป 2, อุปกรณ์คืบทดลองประกอบด้วยเตาอบ, เซ็นเซอร์อุณหภูมิ, Senor กระจัด, การทดสอบแรงดันไฟฟ้า, และชิ้นงาน. หลักการการทดสอบจะแสดงใน รูป 2(ข). ด้านล่างของชิ้นงานได้รับการแก้ไข, และด้านบนมีการโหลด. อุณหภูมิการทดลองจะถูกควบคุมโดยเตาอบและอุณหภูมิเซ็นเซอร์. ในขณะเดียวกัน, ความเครียดคืบจะถูกบันทึกไว้โดยเซนเซอร์. วัสดุชิ้นปลอกเป็น P110T และองค์ประกอบทางเคมีของมันจะถูกแสดงในตาราง 1. ในฐานะที่เป็นโลหะการทดสอบการคืบจะใช้เวลานาน, ชุดของการทดสอบไฟฟ้าแรงคงที่จะดำเนินการที่ 120 ° C, 200° C, และ 300 ° C, ตามลำดับ.

รูป 2. (เอ) อุปกรณ์การทดลองและการคืบ (ข) หลักการทดลอง.

ผลการทดลอง

โต๊ะ 2 แสดงให้เห็นถึงการคืบเงื่อนไขการทดลอง, ซึ่งรวมถึงภาระความตึงเครียดอย่างต่อเนื่องของ 680 MPa, สามอุณหภูมิที่แตกต่างกัน, และใช้เวลานานในการทดลอง. นอกจากนี้, ความเครียดแรงดึงโหลดอยู่ภายใต้ขีด จำกัด ของความยืดหยุ่นของวัสดุ P110T. ในการทดสอบ #1, ชิ้นงานที่ถูกหักหลังจาก 570 ชั่วโมงการทดสอบภายใต้ 300 ° C, ดังแสดงใน รูป 3. มันแสดงให้เห็นว่าการแตกหักของชิ้นงานเป็นของปรากฏการณ์กอดคอ. อย่างไรก็ตาม, ที่อุณหภูมิต่ำและหลัง 630 ชั่วโมงของการทดสอบการคืบ, ชิ้นงานไม่แตกหัก. มันพิสูจน์ให้เห็นว่าพฤติกรรมการคืบวัสดุที่ 300 ° C เป็นที่ชัดเจนมากขึ้นกว่าที่อุณหภูมิต่ำ. ผลการทดสอบการคืบจะแสดงใน รูป 4. โค้งเครียดเวลาที่ 300 ° C ประกอบด้วยทั้งสามขั้นตอนคืบ: ประถม, รอง, และอุดมศึกษา. และ, อัตราความเครียดมีการกำหนดเป็นอัตราส่วนของความเครียดเวลา. ในขั้นตอนหลัก, อัตราความเครียดที่ค่อนข้างสูง, แต่ช้ามีเวลา. แล้วก็, อัตราความเครียดในที่สุดก็ถึงค่าต่ำสุดและจะกลายเป็นค่าคงที่ระยะที่สอง, เป็นเส้นโค้งความเครียดเวลาให้เป็นเส้นตรงในขั้นตอนนี้. ในที่สุด, ในขั้นตอนการศึกษาระดับอุดมศึกษา, อัตราความเครียดชี้แจงเพิ่มขึ้นกับเวลาจนกระดูกหักชิ้นงาน, ซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากปรากฏการณ์กอดคอในชิ้นงาน. อย่างไรก็ตาม, สำหรับตัวอย่างที่ 120 ° C และ 200 ° C ทดลองคืบ, มีเพียงสองขั้นตอนในช่วง 630 ชั่วโมงการทดสอบ: ขั้นตอนหลักและระยะที่สอง.

รูป 4. ผลการทดสอบการคืบภายใต้อุณหภูมิที่แตกต่างกัน.

รูปแบบที่เป็นส่วนประกอบ viscoelastic

ในบทความนี้, วัสดุตัวเครื่องมีการคัดเลือกให้เป็นหนืดเชิงเส้น. ความสัมพันธ์ที่เป็นส่วนประกอบสามารถแสดงออกโดยหลักการ viscoelasticity ซ้อนเชิงเส้นและการใช้งานของการพักผ่อนและ function.17,18 คืบโมดูลัสเริ่มต้นจากรุ่นแมกซ์เวลทั่วไปและการเพิ่มระยะฤดูใบไม้ผลิอีกหนึ่งนำไปสู่รูปแบบที่เรียกว่ารูปแบบ Wiechert, ตาม รูป 5. โดยใช้รูปแบบ Wiechert, คืบและผ่อนคลายของวัสดุ viscoelastic อาจจะอธิบายได้ดี, และรูปแบบนี้อาจจะแทนด้วยฟังก์ชั่นการผ่อนคลายโมดูลัสอี(เสื้อ) เป็นดังนี้

E (t) = E_{\infty} + \sum_{i = 1}^{n} E_{i} \exp (\frac{- t}{τ_{i}})

(1)

ที่ $τ_{i}$ เป็นเวลาที่ผ่อนคลาย, $E_{i}$ เป็นโมดูลัสการผ่อนคลาย, $E_{\infty}$ เป็นโมดูลัสสมดุล, และ n คือจำนวนของข้อตกลงชุด Prony. สมการ (1) แสดงให้เห็นถึงผลรวมของชุดของคำชี้แจงและอาจถูกตีความว่าเป็นรูปแบบองค์ประกอบกล, ยังเป็นที่รู้จัก Prony ชุด.

รูป 5. โหมดวัสดุ Wiechert.

โปรดทราบว่า, จากสม (1), ถ้า t = 0

E (0) = E_{0} = E_{\infty} + \sum E_{i}

(2)

ที่เป็นโมดูลัส E0 ผ่อนคลายทันที. และ, สมการ (1) สามารถเขียนใหม่ดังนี้

E (t) = E_{\infty} + \sum_{i = 1}^{n} m_{i} E_{0} \exp (\frac{- t}{τ_{i}})

(3)

ที่ $m_{i} = E_{i} / E_{0}$ ถูกกำหนดให้เป็นพารามิเตอร์ชุด Prony.

ลักษณะวัสดุ P110T

ในฐานะที่เป็นสำหรับการทดสอบคืบ, โหลดแอปพลิเคตึงเครียดเป็นค่าคงที่, และโมดูลัสการผ่อนคลายสามารถแสดงด้วยอีกรูปแบบหนึ่ง

E (t) = \frac{σ}{[ε]}

(4)

ที่ $σ$ โหลดแอปพลิเคตึงเครียด; $[ε]$ เป็นเมทริกซ์สำหรับการทดสอบความเครียดคืบ, $[ε_{1}, ε_{2}, ε_{3}, \dots]$ , ที่สอดคล้องกับเวลาการทดลองเมทริกซ์ $[t]$ หรือ $[t_{1}, t_{2}, t_{3}, \dots]$ . ดังนั้นการผ่อนคลายโมดูลัสอี(เสื้อ) ในรูปแบบเมทริกซ์คือ

E (t) = E_{0} + \sum_{i = 1}^{n} m_{i} E_{0} [1 - \exp (\frac{[t]}{τ_{i}})]

(5)

สมการรวม (4) กับสมการ (5), ความสัมพันธ์ระหว่างเวลาและความเครียดที่จะจัดตั้งขึ้น, ดังแสดงในสมการ (6)

\sum_{i = 1}^{n} m_{i} E_{0} [1 - \exp (- \frac{[t]}{τ_{i}})] = E_{0} - \frac{σ}{[ε]}

(6)

โดยการแก้สมการ (6) โดยวิธีการของสมการเมทริกซ์เชิงเส้นและเมทริกซ์แทนเวลา $[t]$ และเมทริกซ์ความเครียด $[ε]$ โดยใช้ข้อมูลจากการทดลองคืบ, พารามิเตอร์ชุด Prony ไมล์สามารถรับได้.

ในฐานะที่เป็นความซับซ้อนคอมพิวเตอร์ของฟังก์ชั่นชุด Prony, ซอฟแวร์ MATLAB ถูกนำไปใช้ในการหาพารามิเตอร์ชุด Prony. สำหรับ 200 ° C อุณหภูมิสิ่งแวดล้อม, ชุดพารามิเตอร์ Prony ของวัสดุ P110T ตัวเครื่องมีการระบุไว้ในตาราง 3, และสมการผ่อนคลายโมดูลัสที่สามารถรับได้ดังต่อไปนี้

\begin{matrix} E (t) = 79, 827 + 61, 991 [1 - e^{\frac{- t}{10}}] \\ + 7367 [1 - e^{\frac{- t}{100}}] + 49, 615 [1 - e^{\frac{- t}{1000}}] \end{matrix}

ตามทฤษฎีกฎหมายฮุค, ความเครียดคืบคืออัตราส่วนของความเครียดความตึงเครียดอย่างต่อเนื่องเพื่อการพักผ่อนที่โมดูลัสอี(เสื้อ). นอกจากนี้, เส้นโค้งความสัมพันธ์ระหว่างความเครียดคืบเมื่อเทียบกับเวลาในการวางแผน รูป 6. เมื่อเทียบกับเส้นโค้งความเครียดเวลาในการทดสอบผลที่ 200 ° C, ดังแสดงใน รูป 6, Prony ชุดรูปแบบโค้งพอดีกับข้อมูลการทดลองคืบ, ซึ่งการตรวจสอบรูปแบบที่เป็นส่วนประกอบของวัสดุ P110T. ดังนั้น, ชุดสม Prony ของ P110T วัสดุท่อที่ 120 ° C และ 300 ° C จะได้รับยังอยู่ในทางเดียวกัน, ดังแสดงในสมการ (8) และ (9), ตามลำดับ

\begin{matrix} E (t) = 125, 986 + 875 [1 - e^{- t}] + 43, 314 [1 - e^{\frac{- t}{12}}] \\ + 2956 [1 - e^{\frac{- t}{100}}] + 38, 942 [1 - e^{\frac{- t}{1000}}] \end{matrix}

(8)

\begin{matrix} E (t) = 53, 560 + 66, 362 [1 - e^{\frac{- t}{5}}] + 6985 [1 - e^{\frac{- t}{10}}] \\ + 4802 [1 - e^{\frac{- t}{200}}] + 30, 015 [1 - e^{\frac{- t}{800}}] \end{matrix}

(9)

รูป 6. คืบข้อมูลการทดลองและแรงดึง Prony ชุดเมื่อเทียบกับที่ 200 ° C.

พฤติกรรม Thermo-การไหลของวัสดุท่อ

โมดูลัสการพักผ่อนเป็น dependent.19,20 อุณหภูมิที่อุณหภูมิต่ำ, อัตราการผ่อนคลายของวัสดุได้ช้ามาก, ซึ่งสามารถนำมาจำลองเป็นพฤติกรรมที่มีความยืดหยุ่น. ที่อุณหภูมิสูง, อัตราการผ่อนคลายของวัสดุจะกลายเป็นได้เร็วขึ้นมาก, ซึ่งเป็นพฤติกรรมที่มีความหนืดบริสุทธิ์. โมดูลัสการผ่อนคลาย, ที่ได้รับโดยวิธีชุด Prony, พล็อตในระดับเวลาเข้าสู่ระบบภายใต้สามอุณหภูมิที่แตกต่างกัน, ดังแสดงใน รูป 7. มันสามารถพบว่าแปลงทั้งหมดที่มีเกือบรูปร่างเหมือนกัน แต่จะมีการขยับตัวเพียงตามแนวนอน. นี่คือคุณสมบัติของวัสดุท่อและพฤติกรรมที่เรียกว่าเทอร์โมไหล. ค่าเฉลี่ยของระยะทางแนวนอนระหว่างสองเส้นโค้ง, ที่ด้านบน, กลาง, และด้านล่าง, ถูกกำหนดให้เป็นปัจจัยที่เปลี่ยนแปลง, $α_{T}$ , และความสัมพันธ์ระหว่างเส้นโค้งที่สามารถอธิบายได้ด้วยสมการดังต่อไปนี้

E (\log (t), T) = E (\log (t) - \log α_{T}, T_{1})

(10)

ที่ E(เสื้อ, T) เป็นโมดูลัสการพักผ่อนที่ T อุณหภูมิและเวลา t.

รูป 7. พฤติกรรม Thermo-การไหลของวัสดุ P110T ปลอก.

สมการ (10) สามารถเขียนใหม่ดังนี้

E (t, T) = E (\frac{t}{α_{T}}, T_{1})

(11)

ปัจจัยที่เปลี่ยนแปลง $α_{T}$ สามารถรับได้โดยสม WLF

\log α_{T} = - \frac{C_{1} (T - T_{0})}{C_{2} + (T - T_{0})}

(12)

ที่ T คืออุณหภูมิที่ผ่อนคลายโมดูลัสที่มีการคำนวณ, $T_{0}$ คืออุณหภูมิอ้างอิง. C1 และ C2 มีค่าคงที่ของสมการ WLF.

บนพื้นฐานของข้อมูลการทดลองคืบและวิธีการในชุด Prony รูป 6, และการตั้งค่า 200 ° C อุณหภูมิอ้างอิง, ปัจจัยการเปลี่ยนแปลง, จาก 200 ° C ถึง 120 ° C และ 200 ° C ถึง 300 ° C, สามารถปรับขนาดในการวางแผน. โดยการแทนปัจจัยการเปลี่ยนแปลงในสมการ WLF, คงที่ C1 และ C2 จะสามารถแก้ไขได้: C1 = 45.03 และ C2 = 4640. ดังนั้น, สม WLF สำหรับ P110T วัสดุท่อเป็น

\log α_{T} = - \frac{45.03 (T - 200)}{4640 + (T - 200)}

(13)

จำลอง FE และการประยุกต์ใช้

รุ่น FE

การจำลองเชิงตัวเลขของการทดสอบความตึงเครียดคืบชิ้นงานได้รับการดำเนินการโดยใช้ซอฟแวร์เชิงพาณิชย์ ABAQUS FE. พิจารณาจากวัสดุท่อ P110T โหลดคืบทดลอง, รูปแบบกล FE ก่อตั้งขึ้น, ดังแสดงใน รูป 8. คุณสมบัติที่ยืดหยุ่น, รวมทั้งโมดูลัสยืดหยุ่นและอัตราส่วนปัวซอง, 1.99× 105 MPa และ 0.3, ตามลำดับ, ที่กำหนดไว้ใน ABAQUS. นอกจากนี้, คุณสมบัติที่มีความหนืด, รวมทั้งเวลาการพักผ่อนและชุด Prony, ดังแสดงในตาราง 3, มีการกำหนดไว้ใน ABAQUS. อะไรที่มากกว่า, เทอร์โม-ไหลง่าย (TRS) พารามิเตอร์, C1 และ C2, ที่ได้รับจากสมการ WLF, จะรวมอยู่ในการจำลองนี้, และ * ประเภท VISCO ของการวิเคราะห์ถูกนำมาใช้สำหรับพฤติกรรม viscoelastic.

รูป 8. FE รุ่นกลที่ใช้สำหรับการจำลองการทดสอบความตึงเครียดคืบ.

การเปรียบเทียบระหว่างข้อมูลการทดลองคืบและผลการจำลองที่สามอุณหภูมิที่แตกต่างกันจะแสดงใน รูป 9(เอ)–(c), ตามลำดับ. ที่อุณหภูมิ 200 องศาเซลเซียส, ผลการจำลองตรงกับข้อมูลการทดลองคืบเดียว. นี้เป็นเพราะอุณหภูมิ 200 ° C ได้รับการกำหนดให้เป็นอุณหภูมิอ้างอิงในสม (13). แต่สำหรับอุณหภูมิ 120 ° C และ 300 ° C, พฤติกรรมร้อนไหล, มีความแตกต่างเล็ก ๆ ระหว่างทดลองและผลการจำลอง, และความแตกต่างที่ใหญ่ที่สุดคือน้อยกว่า 8%. เหตุผลสำหรับความแตกต่างนี้เป็นเพราะว่า, สำหรับการวิเคราะห์ FE, พารามิเตอร์ร้อนไหลเข้ามาจะนำไปใช้การจำลอง, ที่ได้จากสมการ WLF. ในสมการ WLF, 200 องศาเซลเซียสจะมาเป็นอุณหภูมิอ้างอิง, ดังนั้น, ใน รูป 7, เส้นโค้งสีแดงจะเลื่อนไปยังตำแหน่งของเส้นโค้งเส้นโค้งสีฟ้าและสีดำ. และ, โค้งเปลี่ยนใหม่เป็นตัวแทนของพฤติกรรมความร้อนการไหลของวัสดุท่อและนำมาใช้ในการแก้สมการ WLF. เพราะเส้นโค้งขยับไม่สามารถ 100% ตรงกับดีกับต้นฉบับหนึ่ง, ซึ่งได้มาจากผลการทดลอง, เบี่ยงเบนอยู่ระหว่างการทดลองและการจำลอง. นอกจากนี้, เป็น 200 องศาเซลเซียสจะมาเป็นอุณหภูมิอ้างอิง, ผลการจำลองถูกต้องมากขึ้นกว่าคนอื่น ๆ, ดังแสดงใน รูป 9. ดังนั้น, ผลการจำลองแสดงให้เห็นความถูกต้องของทฤษฎี viscoelastic และวิธี TRs ในบทความนี้. นอกจากนี้, รุ่น FE สามารถใช้ในการประเมินพฤติกรรมของ viscoelastic P110T วัสดุท่อที่สภาวะกลไกและความร้อนที่แตกต่างกัน.

รูป 9. การเปรียบเทียบข้อมูลและการจำลองการทดลองผลภายใต้อุณหภูมิที่แตกต่าง: (เอ) 120° C, (ข) 200° C, และ (c) 300° C.

ติดต่อดันในพื้นผิวปิดผนึก

ขึ้นอยู่กับรูปทรงเรขาคณิตของ 5.5 "SL-APOX ประเภทการเชื่อมต่อร่วมกัน, แกนสมมาตรรุ่น FE สำหรับพื้นผิวปิดผนึกถูกสร้างขึ้นใน ABAQUS, ดังแสดงใน รูป 10. ผนังด้านในอยู่ภายใต้ความดันก๊าซที่ใช้. เส้นสีแดงในรูปหมายถึงพื้นผิวปิดผนึก. หากความดันก๊าซที่สูงกว่าความดันติดต่อที่อยู่ในพื้นผิวปิดผนึก, การเชื่อมต่อร่วมกันจะมีแนวโน้มที่จะรั่วไหล.

รูป 10. รูปแบบองค์ประกอบ จำกัด ของพื้นผิวปิดผนึกจากการเชื่อมต่อร่วม SL-APOX.

ในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิสูง, ความดันที่ติดต่อบนพื้นผิวปิดผนึกจะลดลงด้วยเวลาเนื่องจากการ viscoelasticity วัสดุ. ความดันก๊าซบนผนังด้านในมีการตั้งค่าถึง 75 เมกะปาสคาล. ผลการจำลองของการผ่อนคลายแรงกดสัมผัสเฉลี่ยบนพื้นผิวการปิดผนึกเมื่อเทียบกับเวลาที่จะแสดงใน รูป 11. ผลการจำลองแสดงให้เห็นว่าเริ่มต้นแรงกดสัมผัสโดยเฉลี่ยอยู่ที่ 116 เมกะปาสคาลที่ 160 ° C และ 230 ° C. แล้วก็, ความดันติดต่อเฉลี่ยลดลงตามเวลา. ความดันติดต่อเฉลี่ยลดลงถึง 76 เมกะปาสคาล. ในขณะเดียวกัน, อัตราการลดลงของความดันที่ 230 องศาเซลเซียสจะเร็วกว่าหนึ่งที่ 160 องศาเซลเซียสสภาพแวดล้อม. มันแสดงให้เห็นว่าภายใน 4000 ชั่วโมง (166วัน), แรงกดสัมผัสลดลงถึง 76 เมกะปาสคาลที่ 230 ° C. อย่างไรก็ตาม, ในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิต่ำ, มันจะใช้เวลา 9000 ชั่วโมง (375วัน) จะลดลงถึง 76 เมกะปาสคาล.

รูป 11. ผ่อนคลายความกดดันติดต่อบนพื้นผิวปิดผนึกที่แตกต่างกันไปตามกาลเวลา.

ตามผลการจำลอง, อัตราส่วนของความดันการติดต่อครั้งแรกและแรงกดสัมผัสยอดคือ 1.56, ซึ่งหมายความว่า, ในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิสูง, ความดันติดต่อสุดท้ายบนพื้นผิวการปิดผนึกที่จะลดลงเกือบหนึ่งในสาม. ตามสมปัจจัยด้านความปลอดภัย

n = \frac{[σ]}{σ_{gp}}

(14)

ที่ n คือปัจจัยด้านความปลอดภัย, $[σ]$ คือแรงดันการออกแบบการติดต่อ, $σ_{gp}$ คือตั้งใจดันก๊าซปิดผนึก. ปัจจัยที่มีความปลอดภัย n ต้องมากกว่า 2 เพื่อประกอบการพิจารณาความปลอดภัย.

ข้อสรุป

การผ่อนคลายของความดันติดต่อที่อยู่ในพื้นผิวการปิดผนึกของการเชื่อมต่อพรีเมี่ยมเป็นสาเหตุหลักของการรั่วไหลของก๊าซจากท่อที่อุณหภูมิสูงก๊าซธรรมชาติดี.
ที่อุณหภูมิสูง, การทดสอบความตึงเครียดคืบถูกจ้างมาเพื่อศึกษาพฤติกรรมการ viscoelastic ของ P110T วัสดุท่อ. พฤติกรรมทางกลของวัสดุท่อเป็นอย่างยิ่งขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ. สภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิสูงขึ้น, ได้เร็วขึ้นอัตราคืบคือ.
รูปแบบที่เป็นส่วนประกอบสำหรับ P110T วัสดุท่อได้มาผ่านข้อมูลการทดลองคืบ, และพารามิเตอร์ชุด Prony ที่คำนวณได้. พฤติกรรมร้อนไหลนอกจากนี้ยังได้รับการตรวจสอบ, และปัจจัยการเปลี่ยนแปลงของวัสดุที่อุณหภูมิระหว่างด้านสิ่งแวดล้อมของ 120 ° C ถึง 300 ° C จะได้รับ.
viscoelastic รุ่น FE สำหรับ P110T วัสดุที่ก่อตั้งขึ้น, และผลการจำลองพอดีกับข้อมูลการทดลอง.
รุ่น FE ของพื้นผิวปิดผนึกในการเชื่อมต่อพรีเมี่ยมที่ถูกสร้างขึ้นใน ABAQUS, และผ่อนคลายแรงกดสัมผัสถูกสอบสวน. ก็จะแนะนำว่าความดันออกแบบติดต่อบนพื้นผิวปิดผนึกที่ควรจะเป็นมากเป็นสองเท่าตั้งใจดันปิดผนึกก๊าซที่อุณหภูมิสูงบ่อก๊าซธรรมชาติ.

แก้ไขการจัดการ: คาล Kuciej

ประกาศของผลประโยชน์ที่ขัดแย้งกัน
ผู้เขียน(s) ประกาศไม่มีความขัดแย้งทางผลประโยชน์ที่เกี่ยวกับการวิจัย, การประพันธ์, และ / หรือการตีพิมพ์บทความนี้.

อ้างอิง

Teodoriu, C, Kosinowski, C, Amani, M. ความซื่อสัตย์และความล้มเหลว wellbore ซีเมนต์ที่สภาวะ HPHT. Int J Eng Appl วิทย์ 2013; 2: 1-13.

พอล Cernocky, อี, Valigura, GA, Scholibo, เอฟซี. วิธีการมาตรฐานในการวิเคราะห์องค์ประกอบ จำกัด ของการเชื่อมต่อปลอกท่อเพื่อสร้างประสิทธิภาพการปิดผนึกญาติเป็นหน้าที่ของการออกแบบรูปทรงเรขาคณิต, ความคลาดเคลื่อนเครื่องจักรกล, และโหลดนำไปใช้. ใน: Idelsohn, S, Oñate, อี, Dvorkin, อี (สหพันธ์) กลศาสตร์การคำนวณ. บาร์เซโลนา: CIMNE, 1988, pp.1-19.

องค์, กรัม, Nizam Ramli, M, อาหมัด, H. การประเมินผลการปฏิบัติงานความเมื่อยล้าในการเชื่อมต่อพรีเมี่ยมกึ่งสำหรับการประยุกต์ใช้การขุดเจาะท่อเพื่อป้องกันความล้มเหลวของการเชื่อมต่อความเมื่อยล้า. ใน: การประชุมวิชาการดเทคโนโลยีฝั่งเอเชีย, กัวลาลัมเปอร์, ประเทศมาเลเซีย, 22-25 มีนาคม 2016, https://www.onepetro.org/conference-paper/OTC-26807-MS

Sugino, M, ยามากูชิ, S, Ugai, S., พรีเมี่ยมที่มีประสิทธิภาพสูงนวัตกรรมเธรดการเชื่อมต่อสำหรับ สตง. นิปปอนสตีล & Sumitomo โลหะไม่มีรายงานทางเทคนิค. 107, กุมภาพันธ์ 2015, pp.10-17, ในทำนองเดียวกัน://www.nssmc.com/en/tech/report/nssmc/pdf/107-03.pdf

Takano, เจ, ยามากูชิ, M, Kunishige, H. การพัฒนาของการเชื่อมต่อพรีเมี่ยม“KSBEAR” สำหรับการอดทนต่อการบีบอัดสูง, ความดันภายนอกสูง, และตัดดัด. คาวาซากิเหล็กไม่มีรายงานทางเทคนิค. 47, 2002, ในทำนองเดียวกัน://www.jfe-steel.co.jp/archives/en/ksc_giho/no.47/e47-014-022.pdf

คิม, เจ, ที่กำบัง, HS, คิม, N. ความมุ่งมั่นของโมดูลเฉือนและเป็นกลุ่มของของแข็ง viscoelastic จากการทดสอบการคืบตึงเครียดทางอ้อม. J Eng Mech 2010; 136: 1067-1075. 3

Lopes, เจ, อัลแบร์โต, C, โทมัส, เจ. viscoelastic ลักษณะผ่อนคลายโมดูลัสโดยใช้ชุด Prony. เขต Am J ของแข็ง Stru 2015; 12: 420-445.

จอด, SW, Schapery, RA. วิธีการ interconversion ระหว่างฟังก์ชั่นวัสดุเชิงเส้น viscoelastic. Part I-วิธีการคำนวณบนพื้นฐานของ Prony ชุด. Int J ของแข็งโครงสร้าง 1999; 26: 1653-1675.

Ananthsynm, B. การสร้างแบบจำลอง Computional ของแม่พิมพ์ความแม่นยำของเลนส์แก้วย่อม. วิทยานิพนธ์ทั้งหมด 326, 2008, ในทำนองเดียวกัน://tigerprints.clemson.edu/all_dissertations/326