全部分类/
科学普及/
石油机械

石油机械

2026年03期

扫码免费借阅

目录

快速导航

油气人工智能 | 基于代价敏感学习的早期溢流智能监测方法

油气人工智能 | 基于代价敏感学习的早期溢流智能监测方法

摘要：为了克服传统机器学习算法在早期溢流监测中，因样本数据稀缺和类别不平衡导致的分类精度低、泛化能力差等问题，通过融合代价敏感学习构建了新型智能监测模型FCE（featuretransformation，cost-sensitive learning，ensemble learning)。该模型选取立管压力、总池体积、进出口流量、钻井液密度差等多个关键参数作为特征，由特征转换模块、代价信息嵌入模块和集群分类模块3个核心模块组成，其中：特征转换模块通过非线性变换增强特征与溢流事件的关联性；代价信息嵌入模块采用生成对抗网络（GAN）技术扩增溢流样本，实现代价信息与数据集的深度融合；集群分类模块通过集成学习策略融合多个弱分类器，显著提升模型性能。基于BZ区块真实溢流数据对模型进行了训练与测试，测试结果表明，当误分类代价设为2\~4且特征维度为4\~6时，模型误分类总代价较小，其中在特征维度为5、误分类代价设为3时，FCE模型的误分类总代价仅为2.2，同时召回率达到0.975，精确率为0.965， A_UC 值为0.935，展现出卓越的分类性能。进一步的对比试验显示，FCE在各项指标上均显著优于传统的过采样、欠采样及SMOTE方法。将训练完备的FCE模型应用于XX井三开钻井的溢流监测，通过油田数据银行实时获取现场参数并输出监测结果，共识别出3次溢流事件，其中2次为真实溢流，1次为误报。现场应用结果表明，FCE模型具有可靠性高、分类能力强、泛化性能优异等特点，可为钻井现场的早期溢流监测提供有效的智能决策支持。
油气人工智能 | 基于NSGA-Ⅱ算法的电潜泵系统能耗多目标动态优化方法

油气人工智能 | 基于NSGA-Ⅱ算法的电潜泵系统能耗多目标动态优化方法

摘要：随着节能减排要求的不断提高，油气田生产过程中日益突出的能耗问题不容忽视。电潜泵作为重要的人工举升设备，其运行能耗在油田整体能耗中占据较大比例，如何在保障生产需求和运行安全的前提下实现电潜泵系统的高效、低耗运行，已成为油田精细化管理中的关键问题。为此，针对电潜泵系统工况变化频繁以及多目标相互制约的特点，提出了一种基于非支配排序遗传算法（non-dominated sorting genetic algorithmII，NSGA-II）的电潜泵系统能耗多目标动态优化方法。该方法以电潜泵系统能量流结构为基础，综合考虑电潜泵系统效率、电机效率和电缆电流等关键指标，构建多目标协同优化模型，并利用NSGA-II的多目标搜索能力，实现不同能效目标之间的协调优化；同时，引入动态调整优化策略，通过实时数据反馈来动态调整优化策略，使优化过程能够根据生产需求和设备状态变化实时更新运行方案，实现面向生产过程的动态优化与决策支持，并以渤海油田电潜泵井为例开展实证分析。研究与应用结果表明，该方法能够有效降低能耗，提高系统的整体运行效率，并能够较好适应电潜泵系统运行状态和生产目标的动态变化。所得结果可为电潜泵系统节能运行提供有效的技术保障，并为油田人工举升系统的智能化调控提供技术支撑。
油气人工智能 | 基于XGBoost机采井智能诊断系统的开发与应用

油气人工智能 | 基于XGBoost机采井智能诊断系统的开发与应用

摘要：随着油气田开发迈向智能化新阶段，机采井精准高效的工况诊断已成为保障油田稳产、优化维护决策与降本增效的核心关键。传统诊断方法依赖人工经验与固定规则匹配，存在诊断效率低、主观性强、可推广性差等局限。尽管以支持向量机、决策树为代表的机器学习方法在智能诊断研究中不断深入，但现有模型仍普遍存在以下问题：模型可解释性不足，难以获得领域专家信任；泛化能力有限，对数据分布变化及类别不平衡问题敏感；技术流程割裂，依赖人工特征工程与复杂调优，且难以与生产管理系统深度融合，制约了其规模化应用。为此，以极限梯度提升算法（XGBoost）为核心构建了一套机采井示功图智能诊断系统，其涵盖数据采集、特征提取、智能诊断与可视化的完整流程。该系统采用B/S架构与“ 1+N^? 分布式设计方案，实现多源异构数据的实时接入与统一管理；通过引入XGBoost作为核心分类算法，结合多维特征提取技术与SHAP（shapleyadditive explanations）可解释性分析框架，在提升分类精度的同时增强诊断过程的透明度与专家可信度。现场试验结果表明，系统对7类典型工况的诊断准确率达 90% 以上，单井诊断时间由 30min 缩短至 2min 以内，预警符合率达 85.7% 。与传统诊断方法相比，该系统在保证诊断精度的前提下，显著提升了诊断效率与结果可解释性。研究结果可为油田机采井智能诊断提供可推广的技术方案。
油气人工智能 | 融合逻辑规则的井漏智能诊断模型研究及应用

油气人工智能 | 融合逻辑规则的井漏智能诊断模型研究及应用

摘要：海洋油气勘探开发正朝着深层、高压等领域迈进，复杂的地质条件和井下环境导致井漏风险频发，准确及时的井漏诊断对保障安全高效钻井至关重要。基于机器学习的井漏智能诊断技术能有效提高诊断准确性和时效性，但仍面临复杂工况下模型适应性和泛化能力不足而产生的虚警问题。为此，提出了一种融合逻辑规则的井漏智能诊断模型。融合井漏识别领域知识进行数据预处理并形成高质量井漏建模数据集，优选卷积神经网络和长短期记忆神经网络构建井漏时序智能诊断模型，提取井漏风险多参数复杂时序演化特征，模型在测试数据集上准确率为 93.7% ，漏警率为 4.4% ，虚警率为 7.8% 。结合现场专家经验构建了一套基于关键参数变化趋势和速率分析计算的井漏逻辑识别规则，根据实际虚警情况对智能模型进行前置条件和输出结果双约束，降低正常工况误判和传感器数据波动导致的智能模型虚警，进一步提高模型的工程适用性。并通过渤海油田实钻井数据对受约束智能模型进行验证。研究结果表明：融合逻辑规则的井漏智能诊断模型与未约束模型相比，实际虚警频次可降低 75% ，且对井漏发生时的关键参数变化响应较快，能够先于人工发现井漏风险。所得结论可为海洋油气安全高效钻井提供坚实保障，助力实现智能化钻井。
油气人工智能 | 基于MSVR-MOPSO的水驱开发油藏注采优化方法研究

油气人工智能 | 基于MSVR-MOPSO的水驱开发油藏注采优化方法研究

摘要：针对高含水油田开发过程中面临的含水体积分数上升与产量递减矛盾，以及传统数值模拟优化计算耗时大、单输出模型难以兼顾多变量关联性等问题，提出了一种基于多输出支持向量回归（MSVR）与多目标粒子群优化（MOPSO）的注采闭环优化技术方案。该方案利用MSVR构建包含产油量与含水体积分数的多变量同步预测代理模型，替代高耗时的数值模拟计算；构建以累计产油量最大化与综合含水体积分数最小化为双目标的优化模型，引入MOPSO算法进行全局寻优。该方法解决了复杂油藏系统快速建模与多目标协同优化的难题，克服了传统单输出模型独立建模导致的维度冗余与误差累积，实现了“增油”与“控水”冲突目标的智能决策。研究及试验结果表明：MSVR代理模型预测性能优异，经过超参数优化后，其平均绝对误差（ E_MA) 从6000左右大幅降至 1000 左右，各关键指标决定系数（ ?R² ）均大于0.96，预测精度与稳定性显著优于传统SVR模型；MOPSO算法能够有效处理多目标冲突，搜索到的帕累托（Pareto）前沿清晰揭示了不同注采方案下产油量与含水体积分数的制约关系，高效获取了非支配解集。在杏十区油藏实际井组应用中，优化后的注采方案使综合含水体积分数降低了 0.5823% ，累计产油量增加了325.91m³ ，验证了该方法在实际生产中的有效性。所得结论可为我国老油田二次开发提供一种可复制、高效率的智能化解决方案与技术支撑。
钻井技术与装备 | 柔性钻具侧钻白云岩裸眼井段斜向器卡瓦结构优化设计

钻井技术与装备 | 柔性钻具侧钻白云岩裸眼井段斜向器卡瓦结构优化设计

摘要：柔性钻具侧钻分支井技术通过增加井眼与热储层的接触面积来增强出水能力，然而在侧钻开窗过程中，斜向器的坐封稳定性直接关系到作业的安全性。同时关于可回收式斜向器卡瓦与井壁之间的力学行为研究相对匮乏。为此，在斜向器坐封力学分析的基础上，建立了斜向器坐封仿真模型；借助正交试验设计，以卡瓦高度、卡瓦角度、卡瓦宽度和卡瓦长度为影响因素，以加压坐封的径向位移及坐封后承压的轴向位移为性能评价指标，对卡瓦结构进行了优化设计，并对优化后的卡瓦进行了现场试验。研究结果表明：卡瓦在坐封以及坐封后承压时在顶端以及两侧出现应力集中，卡瓦的作用力与坐封径向位移同时达到最大值，而应力传递相对于轴向位移存在一定滞后性；对径向位移影响程度主次排序为卡瓦长度>卡瓦宽度>卡瓦高度 > 卡瓦角度，对轴向位移影响程度主次排序为卡瓦角度 > 卡瓦长度 > 卡瓦宽度 > 卡瓦高度，轴向位移可作为评价坐封性能的关键指标，径向位移在一定范围内可有效表征坐封效果；优化后的卡瓦结构参数为高度5mm 、角度 25^° 、宽度 7mm 、长度 8mm ，坐封后承压的轴向位移减小了 69% ，现场试验中坐封效果良好，出水量提升14. 89% 。研究结果可增强斜向器的坐封稳定性，增大地热井泄油面积，提高出水量。
钻井技术与装备 | 自适应滤波算法在近钻头姿态角动态测量中的应用研究

钻井技术与装备 | 自适应滤波算法在近钻头姿态角动态测量中的应用研究

摘要：油气钻井中，近钻头姿态动态测量系统受高转速、强振动及地磁异常等多源干扰影响而导致其测量精度下降。部分数据融合算法可进一步提升动态姿态参数的测量精度，但其滤波性能高度依赖先验噪声的统计特性，一旦井下钻进工况发生改变，该算法难以自动进行误差调整。为此，提出一种基于协方差匹配的自适应扩展卡尔曼滤波（AEKF）算法。基于九轴捷联式姿态测量系统建立了状态空间模型，以用于设计和实现所提出的自适应滤波算法；通过构建理论新息(innovation）与实际新息协方差的实时匹配准则，形成双参数自适应调整机制，实现估计参数观测噪声协方差 R 与过程噪声协方差 Q 的动态优化；将传统算法改进为具有误差自适应能力的优化算法，从而增强系统在井下工况未知且不断变化条件下的动态测量精度与鲁棒性。为验证该算法在转速波动和随机振动噪声发生突变情况下的有效性，利用三轴无磁转台与振动台搭建了模拟井下工况的测试装置，并开展了姿态动态测量数据采集试验。试验结果表明，该算法可将姿态角估计误差降低至标准扩展卡尔曼滤波（EKF）算法的 75% ，具有更强的环境适应性。研究结果对提升旋转导向工具的实时轨迹控制精度及推动其智能化发展具有重要的现实意义。
钻井技术与装备 | 15000m 特深井钻机顶驱齿轮箱箱体疲劳寿命预测

钻井技术与装备 | 15000m 特深井钻机顶驱齿轮箱箱体疲劳寿命预测

摘要：针对 15000m 特深井钻井作业中顶驱齿轮箱面临的高承载、高可靠性要求，以及在复杂交变载荷作用下箱体疲劳失效行为不明确、寿命难以精准预测的工程难题，提出了一种结合有限元仿真分析、S-N曲线多维修正与Morrow-Manson-Coffn算法的箱体疲劳寿命预测方案。该方案通过建立顶驱齿轮箱箱体三维有限元模型，引入疲劳缺口系数、尺寸系数和表面系数对材料基础S-N曲线进行多维修正，获取适用于实际工况的弯曲疲劳特性曲线；深度结合现场服役监测数据，构建涵盖正常钻进与极端卡钻工况下的起钻载荷谱，应用Morrow-Manson-Coffin算法计算不同恒幅载荷下的疲劳寿命，并定量分析残余应力对疲劳性能的影响机制。研究及试验结果表明：箱体疲劳寿命与起下钻作业中的轴向载荷峰值呈现显著对数递减关系，随载荷增加寿命急剧缩短，且残余拉应力显著加速疲劳损伤，残余压应力则有效延缓失效；疲劳失效位置表现出明确倾向性，仿真锁定箱体前提环销外侧边缘为最薄弱环节，该区域应力集中效应最为显著；综合考量 15000m 设计井深及极端恶劣工况，箱体预测疲劳寿命超过 45a ，远超标准要求，验证了结构设计的合理性与可靠性；该方法解决了特深井关键承载部件在多变量耦合环境下的疲劳寿命评估难题。所得结论可为顶驱及相关深部资源钻采动力装备的结构优化设计、抗疲劳制造工艺改进及全寿命周期可靠性评价提供重要理论依据与技术参考。
钻井技术与装备 | 旋转导向万向节接触特性分析

钻井技术与装备 | 旋转导向万向节接触特性分析

摘要：随着油气勘探技术的迅速发展，复杂结构井型日益增加，为弥补常规定向钻井技术的不足，旋转导向钻井技术应运而生。而动态指向式旋转导向钻井工具中的万向节在井下恶劣环境作业时会承受较大的扭矩，进而致使其接触应力集中导致结构失效，并引起钻井可靠性问题。为此，以动态指向式旋转导向工具的万向节为研究对象，根据球笼式等速万向节沟道曲面的结构特点，结合有限元分析与响应面优化方法，研究了不同沟道形状与结构参数对万向节接触应力的影响规律，对比验证了有限元分析方法的准确性。采用Box-Behnken设计，系统量化多个沟道参数的交互影响，构建二次回归模型，探究了曲率系数、球体直径和接触角对内外圈接触应力的交互影响。优化结果表明：椭圆形沟道曲率连续性好，且加工工艺简单，接触应力分布较圆弧形沟道减小约 18% ，最优参数组合可使万向节外圈最大接触应力减小至 554MPa ，较初始值减小 31% 左右，由此证明合理匹配曲率系数与接触角可显著改善应力集中现象。研究结果揭示了沟道参数与应力分布的量化关系，为高承载万向节设计提供了理论依据，对延长旋转导向工具井下工作寿命具有一定指导意义。
钻井技术与装备 | 一体式气驱自动化固井水泥头研制与应用

钻井技术与装备 | 一体式气驱自动化固井水泥头研制与应用

摘要：随着油气勘探开发目标复杂度和地质条件苛刻性的增加，大体量、高泵压、高精度、变密度及多级注水泥等作业对固井作业提出了更高的可靠性、效率和精确度要求。因此，固井工艺及其配套装备的技术革新至关重要，而传统的固井水泥头设备难以满足自动化和精确化方面的需求。为此，设计并研制了一体式气驱自动化固井水泥头，以提升陆上固井作业的效率、安全性和便利性。该设备集成了 90^° 投塞和流道同步切换结构、模块化高压气源及多级指示的双模式控制系统，实现了机械组件、控制系统和远控软件系统的高度集成；通过优化机械结构设计，减少了流道闸阀数量，并采用气动驱动方式，简化了整体结构，减轻了设备质量；无线远程控制技术的应用提高了操作安全性，避免了现场连接与布线的繁琐工作。经过静水压强度试验、控制系统测试及投胶塞功能试验测试，验证了其可靠性和实用性。辽河油田的应用案例证明，该设备在现场作业中显著提升了固井作业的自动化水平，实现了高压井口无人化。研究结果可为固井作业提供一种高效、便捷且可靠的解决方案，具有广阔的应用前景。
海洋石油装备 | 水下防喷器液压控制系统故障检测与诊断方法

海洋石油装备 | 水下防喷器液压控制系统故障检测与诊断方法

摘要：水下防喷器（BOP）是防止井喷事故的关键安全屏障，而液压控制系统是决定防喷器能否正常工作的关键系统，一旦失效，在发生井喷时将无法及时关闭井口，从而导致后果呈指数级放大，威胁环境与人员安全。探寻一种准确、快速的水下防喷器液控系统故障检测与诊断方法非常重要。针对液压控制系统特征变量类型多、复杂性高、耦合关系复杂以及实际工况下故障样本严重不足的问题，提出了一种结合数据预处理算法和深度学习神经网络的故障检测与诊断方法，对采集到的压力、流量等关键运行数据进行预处理；并引入核主成分分析（KPCA）的方法，将高维、强非线性的原始变量压缩为更具代表性的特征信息，从而降低模型学习难度并提升模型的区分能力。在此基础上，针对故障数据占比偏低、类别分布失衡的问题，采用表格生成对抗网络（CTGAN）对少量故障样本进行扩充，使数据结构更加接近真实工况分布。利用增强后的数据集训练深度置信网络（DBN）分类模型，构建起完整的故障检测与诊断框架。试验结果表明，该模型在不同数据不平衡条件下均保持了较高的识别精度，诊断准确率稳定在 93% 以上，最高可达98% 。研究结果表明，融合数据增强的深度学习模型能够有效解决样本不足对诊断性能的制约，可为水下防喷器液控系统的智能运维提供更具价值的技术支撑。
海洋石油装备 | 新型水下柔性储油装置的水动力特性分析

海洋石油装备 | 新型水下柔性储油装置的水动力特性分析

摘要：水下储油技术替代常规浮式储油生产设施（FPSO）可以降低海上油田开发的经济门槛，在海上油田开发中，尤其是边际油田中具有应用前景。为研究新型水滴形水下柔性储油装置在海洋环境中的力学特性，开展了装置的水动力特性分析。通过有限元方法对水滴形储油装置在不同流速和不同波浪工况下的流体阻力、升力和波浪力等特性进行了数值模拟计算。计算得到该装置的来流阻力和来流升力系数分别为0.307和0.177。波浪阻力、升力和转矩随着波浪的周期运动呈周期性变化，变化曲线频率和周期与波浪的频率和周期一致，波浪阻力和转矩变化曲线不存在相位差，波浪阻力变化曲线领先波浪升力变化曲线4个周期的相位；波浪阻力、升力和转矩随着波浪波长（简称波长）的增加呈先增大后减小的变化趋势，且存在变化极值，极值对应的波长范围分别为 95～105m 、 95～105m 和 70～80m ；波浪阻力、升力和转矩随着波浪波幅的增大而增大，与波浪波幅的平方呈线性关系，与波浪周期呈反比关系，与波浪频率呈正比关系。研究结果表明，新型水滴形水下柔性储油装置的水动力特性与流速、波幅、波长以及波频率密切相关，工程应用时需综合考虑海洋环境条件进行水动力特性计算，选取与水文条件相对应的水动力最大参数进行水下工程设计，以确保足够的安全系数。
海洋石油装备 | 单筒双井隔水导管定向打桩技术

海洋石油装备 | 单筒双井隔水导管定向打桩技术

摘要：海上平台作业面临井槽资源稀缺和加密调整井表层轨迹防碰的问题。通常需要利用单筒双井解决井槽不足的问题，另外利用隔水导管定向打桩解决轨迹防碰的问题。为此，提出单筒双井隔水导管定向打桩同时解决井槽不足和轨迹防碰的方案。基于大量北部湾盆地隔水导管打桩的历史数据，通过导管受力分析，构建了单筒双井定向打桩井斜角、偏移距离模型；开展了地层承载力分析，构建了单筒双井定向打桩入泥深度设计模型；设计了定向打桩配套关键工具，形成单筒双井隔水导管定向打桩技术。研究结果表明：本技术关键点在于水下导向孔定向和预斜控制隔水导管入泥前角度，该角度不宜过大（ 10^° )，规避占位钻具移动至隔水导管内低边，从而对钻具、表层套管、第2口井钻具形成干涉。构建的理论模型在南海西部W油田B平台3个槽口 _∞914.4mm 隔水导管打桩进行了应用，均朝向防碰有利方向，平均每进尺 25cm 需打锤17.51锤，相比前期打桩作业，作业效率显著提高，成功实现增加井槽资源并规避加密调整井浅层碰撞风险，保障了作业安全。研究成果可为海上单筒双井隔水导管定向打桩作业提供理论支撑。
海洋石油装备 | 海洋钻井岩屑高效随钻多级处理技术研究

海洋石油装备 | 海洋钻井岩屑高效随钻多级处理技术研究

摘要：渤海油田主要采用水基钻井液，在钻井作业中会产生大量结构复杂的水基钻屑。为解决海上水基钻屑处理设备占地面积大，随钻处理率低等问题，基于海上水基钻屑物性参数，针对海洋钻井平台特点进行工艺流程设计，提出了水基钻屑高效随钻三级处理系统；借助数值模拟及现场试验研究，确定水基钻屑三级处理设备为“甩干机 + 卧螺离心机 + 带式压滤机”，各级固相清除率分别为 55% 、 30% 和 15% ；对处理系统进行了联动测试和结构优化，开发了占地面积小于80m² 的多级减量一体化设备。现场应用结果表明：设计的水基钻屑多级减量一体化设备处理量大，可以实现连续作业，不必另行安装废弃物储存罐，设备的最大处理量可达 28.8m³ ；处理后的固相含水体积分数小，液相清澈且可回用，实现了钻井废弃物“不落地”和液相循环利用。所得结果可为海洋钻井废弃物的处理工艺再优化提供参考。
油气田开发工程 | 基于CEL方法的射孔侵彻套管三维仿真分析

油气田开发工程 | 基于CEL方法的射孔侵彻套管三维仿真分析

摘要：射孔技术是油气井增产的关键环节，尤其在低渗透油气藏的开发中扮演着至关重要的角色。射孔侵彻套管试验成本高、数据获取难度大，因此射孔侵彻套管数值模拟研究具有重要意义。基于ABAQUS数值模拟软件，采用耦合欧拉-拉格朗日（CEL）方法，建立了射孔弹、射孔枪和套管的三维有限元模型。通过模拟分析射孔弹起爆后金属射流侵彻射孔枪和套管的全过程，深入探讨了射孔弹侵彻套管的机理、套管外壁应力变化规律，并分析了射孔弹能量和速度变化规律，以及不同药型罩锥角和壁厚对射孔效果的影响。研究结果表明：药型罩锥角在 50^°～70^° 范围内，药型罩锥角越大，金属射流能量转化效率越高；射流头部速度峰值与药型罩锥角呈负相关；药型罩壁厚在 0.6～1.5mm 范围内，药型罩壁厚越薄，金属射流能量和射流头部速度越大。研究结果可为优化射孔弹设计、提高射孔效率提供理论支持。
石油管工程 | 正交励磁多参感知油气管道缺陷检测与识别方法

石油管工程 | 正交励磁多参感知油气管道缺陷检测与识别方法

摘要：针对油气管道在长期服役过程中易产生裂纹、腐蚀及复合缺陷等复杂形貌，而传统差分涡流检测在腐蚀形貌区分、抗干扰能力及误检控制方面存在局限的问题，基于差分涡流电磁感应效应，提出一种将差分接收线圈与TMR磁传感器相结合的正交励磁多参感知检测方法。通过建立正交差分涡流检测数学模型，明确激励线圈、感应涡流及初级、次级磁场之间的电磁耦合关系，揭示差分电压信号与磁场真实值信号在复杂缺陷检测中具有互补性的机理。利用Maxwell软件构建裂纹、矩形凹坑、湖形腐蚀及多种组合缺陷的三维有限元模型，对涡流分布、磁场畸变及探头扫查响应进行系统仿真。研究结果表明：差分接收线圈在缺陷边界处呈现典型峰谷特征，可实现高信噪比的缺陷检出，但自零特性导致腐蚀中段深度与形貌信息易丢失；磁传感器可获取空间磁场的真实幅值变化，能有效解析裂纹的局部峰值特征、矩形凹坑的阶跃式响应以及湖形腐蚀的连续梯度变化，从而补全差分线圈难以获取的几何信息。在复合缺陷簇条件下，磁传感器能够识别差分线圈因缺陷干涉产生的假峰信号，显著降低误检风险，并辅助实现裂纹、凹坑、湖形腐蚀及其组合形态的准确区分。多参数融合能够同时利用差分结构的抗噪优势与磁传感器的高分辨率特性，对典型与复杂缺陷形貌均实现可靠识别，可为油气管道复杂工况下的智能内检测提供有效的理论依据与技术支撑。
石油管工程 | 基于半闭合磁路的X80管道钢矫顽力-应力检测技术

石油管工程 | 基于半闭合磁路的X80管道钢矫顽力-应力检测技术

摘要：长输油气管道沿线运行环境复杂，外部载荷易导致管道局部区域应力集中，增加管道运行风险，定期检测管道应力状况是保证管道安全运行的重要手段。分析了半闭合磁路尺寸参数对矫顽力的影响规律，建立了矫顽力传感器的三维瞬态模型，明确了不同磁极间距对矫顽力的影响，理论推导了矫顽力-应力换算关系。制作不同尺寸的U形探头及试件开展X80管道钢矫顽力一应力测量试验。证实了探脚宽度、探脚厚度及磁路长度增大均可使矫顽力测量值增大，磁极间距15mm 探头测量值大于磁极间距 10mm 探头测量值，且平均增幅为 11% ，前者应力敏感系数更大，与理论分析结果一致。基于试验结果，推荐使用高 72.5mm 、宽 45mm 、有效磁路长度 20mm 的探头测量现场X80管道钢的矫顽力。弹塑性拉伸试件矫顽力测量试验结果表明，随着应变的增大，在弹性阶段，轴向矫顽力先减小后增大，最小值出现在应变为0.1580处；横向矫顽力随应变增大快速增大。进入塑性阶段后，轴向和横向矫顽力均随应变增大而增大，但增大速率远小于弹性阶段。X80管道钢进入塑性阶段的轴向矫顽力临界值约为 1350A/m ，横向矫顽力临界值约为1600A/m 。研究成果可进一步推动矫顽力法在检测管道应力方面的深化应用，为矫顽力检测设备探头参数选取及应力量化提供参考依据。
石油管工程 | 基于径向基人工神经网络的管道三级失效评估曲线预测

石油管工程 | 基于径向基人工神经网络的管道三级失效评估曲线预测

摘要：失效评估图（failure assessment diagram，FAD）法是同时考虑了管道裂纹起裂失效和塑性失稳失效的管道适用性评价方法。目前对FAD法的改进思路主要是针对一、二级失效评估曲线（failure assessmentcurve，FAC）进行修正，降低其在评价时的保守性，但在提高三级FAC绘制效率方面的研究较少。为此，在介绍FAD法基本构成和失效评估曲线基本原理的基础上，建立了不同钢材和缺陷参数的有限元模型，进而分析不同模型的三级FAC曲线；基于RBF人工神经网络，实现了三级FAC的预测，并与有限元分析结果进行比较。研究结果表明：不同钢材等级、裂纹长度、裂纹深度均对三级FAC有影响；基于RBF人工神经网络的三级FAC快速预测方法，极大地提高了三级FAC的绘制速度；三级FAC评价安全区域更大，很好地解决了一级FAC在适用性评价时评价结果过于保守的问题，可以提供更加准确的管道运行指导方案和维修、维护建议；X60钢材和X70钢材的三级FAC整体趋势一致，但X60钢材曲线对应的安全区面积略大于X70钢材曲线对应的安全区面积；不同裂纹长度的管道三级FAC整体趋势接近，但随着裂纹长度的增加，曲线对应的安全区面积减小；基于RBF人工神经网络的预测结果接近有限元分析结果，平均误差为0.4% ，最大误差为 6.5% ，反映了训练后的RBF人工神经网络具有较高的预测精准度。研究结果有助于含裂纹管道三级FAC的快速生成，进而为性能评价提供参考。

过往期刊

更多

猜你喜欢

期刊阅览室