海上井口采油树闸板阀判废研究

发布时间：2020-12-29 23:49

　　采油树作为海洋油气开采的重要井口承压装置,目前没有相关报废标准及要求,因此有必要研究采油树报废指标对其进行合理判废。运用有限元软件对采油树闸板阀本体进行了强度、裂纹扩展及冲蚀三个方面的计算分析,研究结果表明,闸板阀本体在额定工况下及静水压力工况下强度满足API标准要求,闸板阀本体垂直通孔与水平通孔相贯处及两端短节处应力较大;初始裂纹的存在会降低防闸板阀本体的承压能力,随着初始裂纹的尺寸的变大,闸板阀本体承压能力逐渐降低;不同的出砂工况情况下闸板阀的使用寿命不同,在预测其使用寿命时需要结合特定工况进行分析。研究结果可指导采油树闸板阀判废,并为采油树其它部件的判废提供参考。 

【文章来源】：计算机仿真. 2020年09期 北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

闸板阀本体有限元网格

由图2可见:当阀体承受的是额定工作压力(21MPa)时,最大等效应力为97.43MPa,额定压力下的设计应力强度远小于2Sy/3=276MPa,满足API标准中强度要求。当阀体承受的是静水试验压力(42MPa)时,阀体的应力分布规律与承受额定压力作用下分布规律相同,只是产生的等效应力值更大,最大等效应力为146.8MPa。闸板阀本体危险截面处在短节处(截面A-A),其薄膜应力为97.78MPa,最大许用的总体一次薄膜应力强度为97.78MPa<5Sy/6=345MPa。经校核满足API标准中强度要求。此外,通过上述两种工况的分析,闸板阀本体垂直通孔与水平通孔相贯处及两端短节处应力较大,这些薄弱部位闸板阀本体易发生破坏,需要在使用维保及报废时重点关注。

高应力区为裂纹高发区,根据强度分析结论,截取采油树本体受力较大区域作为分析模型。将一个纵向椭圆形内裂纹(长度30mm,深度7.5mm)嵌入到内通径表面上。对闸板阀本体模型划分网格,裂纹扩展路径范围内采用细化的六面体网格,在远离裂纹扩展路径的其它部分粗化网格。XFEM模型有限元网格如图3所示。闸板阀本体断裂力学材料参数设置如下,弹性模量E=2.06×105MPa,泊松比为0.3。采用的是基于损伤力学演化的失效准则[5]:将最大主应力(84.4MPa)失效准则作为损伤起始的判据,损伤演化选取基于能量的、线性软化的、混合模式的指数损伤演化规律,设置断裂能G1C=G2C=G3C=43300N/m,α=1。


本文编号：2946570