[發(fā)明專利]一種油田管金屬扣壓管件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校驗(yàn)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210053337.3
• 申請(qǐng)日: 2022-01-18
• 公開（公告）號(hào): CN114491844A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 褚展鵬;陳明華;霍福磊;陳江慧;金崇陽;劉躍明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 臨海偉星新型建材有限公司
• 主分類號(hào): G06F30/17
• 分類號(hào): G06F30/17;F16L13/16;G06F111/10;G06F113/14;G06F119/14
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 湯明

本發(fā)明公開了一種油田管金屬扣壓管件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校驗(yàn)方法，包括如下步驟：1)確定管件關(guān)鍵參數(shù)，包括管件的幾何參數(shù)、材料參數(shù)以及工況參數(shù)；2)確定金屬扣壓管件常見的失效模式，包括內(nèi)芯和外套筒之間的剪切破壞以及內(nèi)齒與塑料層的層間剝落；3)根據(jù)步驟2)中的失效模式和步驟1)中的管件參數(shù)，結(jié)合力學(xué)理論失效公式，分別提出理論計(jì)算與校核的數(shù)值模型；本發(fā)明針對(duì)內(nèi)芯和外套筒之間的剪切破壞和內(nèi)齒與塑料層的層間剝落這兩種失效模式，分別提出了理論計(jì)算與校核的數(shù)值模型，不僅僅對(duì)新管件的開發(fā)，對(duì)現(xiàn)有管件的安全校驗(yàn)也極具價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及油田管道連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種油田管扣壓管件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校驗(yàn)方法。

背景技術(shù)

目前在油田管領(lǐng)域，復(fù)合管的連接形式主要為金屬扣壓連接，目前針對(duì)于該管件的設(shè)計(jì)以經(jīng)驗(yàn)結(jié)合實(shí)際試驗(yàn)為主要支撐，需要做大量的爆破試驗(yàn)，扣壓管件為一次性管件，每次試驗(yàn)所需的人力和物力成本都不低。目前該領(lǐng)域缺少一套成熟可靠的理論設(shè)計(jì)依據(jù)和齒形承載力的校驗(yàn)方法。

在油田管領(lǐng)域，由于管道都是高壓運(yùn)行，加之高溫和腐蝕性介質(zhì)的輸送，對(duì)于管道系統(tǒng)的長(zhǎng)期服役壽命提出了更高的要求。而油田管道領(lǐng)域接頭失效導(dǎo)致的事故占絕大多數(shù)，而油田管道的泄漏問題伴隨著爆炸性或有毒的氣體和流體，因此接頭的設(shè)計(jì)是整個(gè)管道系統(tǒng)的關(guān)鍵，目前在該領(lǐng)域扣壓接頭的設(shè)計(jì)主要存在以下問題：

1)管件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以經(jīng)驗(yàn)為導(dǎo)向，缺乏足夠的理論支撐，新管件開發(fā)流程需要做大量的接頭驗(yàn)證試驗(yàn)，現(xiàn)有管件也缺少安全校驗(yàn)的手段。

2)管件的失效模式主要為金屬管件內(nèi)芯和外套筒之間的剪切破壞和內(nèi)齒與塑料層的層間剝離，缺少針對(duì)這兩種失效模式校驗(yàn)公式。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了設(shè)計(jì)合理的一種油田管金屬扣壓管件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校驗(yàn)方法，解決油田金屬管件扣壓管件領(lǐng)域存在的諸多痛點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種油田管金屬扣壓管件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校驗(yàn)方法，包括如下步驟：

1)確定管件關(guān)鍵參數(shù)，包括管件的幾何參數(shù)、材料參數(shù)以及工況參數(shù)；

2)確定金屬扣壓管件常見的失效模式，包括內(nèi)芯和外套筒之間的剪切破壞以及內(nèi)齒與塑料層的層間剝落；

3)根據(jù)步驟2)中的失效模式和步驟1)中的管件參數(shù)，結(jié)合力學(xué)理論失效公式，分別提出理論計(jì)算與校核的數(shù)值模型。

進(jìn)一步的，針對(duì)失效模式為內(nèi)芯和外套筒之間的剪切破壞，提出如下理論計(jì)算與校核的數(shù)值模型：

3.1)計(jì)算三向應(yīng)力分量：

根據(jù)三維應(yīng)力狀態(tài)分析，管件中一個(gè)單元體的受力主要分為：軸向應(yīng)力σ_x、環(huán)向應(yīng)力σ_θ、徑向應(yīng)力σ_r，對(duì)于受均勻內(nèi)壓的金屬管件而言，在距中心軸長(zhǎng)度為r處的環(huán)向應(yīng)力和徑向應(yīng)力如下式(1)-(2)所示：

其中：r₁為內(nèi)芯齒距中心距離，r₂為外套筒齒距中心距離，r₃為內(nèi)芯和外套筒結(jié)合界面距中心距離，r₄為內(nèi)芯內(nèi)半徑，Pn管件公稱壓力；代入r＝r₃即可得到在內(nèi)芯和外套筒結(jié)合界面處的環(huán)向應(yīng)力和徑向應(yīng)力；

同時(shí)可得到內(nèi)壓作用下的軸向應(yīng)力分量如式(3)所示：

3.2)計(jì)算等效Mises應(yīng)力：

根據(jù)第三強(qiáng)度理論，將步驟3.1)得到的三個(gè)應(yīng)力分量統(tǒng)籌為等效Mises應(yīng)力σ_e作為判別指標(biāo)，如式(4)所示：