[发明专利]含裂纹缺陷井口油管头四通安全评定方法

说明书

本发明属于含缺陷井口装置结构件安全评定技术领域，尤其涉及一种含裂纹缺陷井口油管头四通安全评定方法。该安全评定方法通过对不同装配方式产生的约束条件对油管头应力分布的影响，提高了油管头四通应力分布有限元模拟计算值与实际构件应力分布的吻合度，能够更为准确的对含裂纹缺陷的油管头四通进行安全评定。该安全评定方法包括有确定油管头四通的几何尺寸、计算得到表征裂纹尺寸；确定油管头材料参数；建立油管头四通有限元模型；计算油管头四通裂纹体上的应力强度因子K_I；计算材料的临界应力强度因子K_IC、评定用的材料断裂韧性K_C；对比应力强度因子K_I与评定用的材料断裂韧性K_C确定裂纹体安全性能等步骤。

技术领域

本发明属于含缺陷井口装置结构件安全评定技术领域，尤其涉及一种含裂纹缺陷井口油管头四通安全评定方法。

背景技术

作为采油系统中的核心部件之一，井口油管头四通对油井的安全生产起着至关重要的作用。在使用过程中，井口油管头四通其内、外壁由于受到腐蚀、颗粒磨损、介质冲蚀碰撞、异常压力等因素的影响，会产生裂纹、壁厚减薄等缺陷，从而造成装置运行的安全隐患。如果井口油管头四通壳体内外部超标裂纹缺陷长期存在并且日渐膨胀，必定会造成壳体在某个工作状态下发生突然开裂，甚至爆破而危及人身、财产安全，此类安全事故在国内外均有发生，必须加强管理予以最大限度的规避。

现有针对含缺陷压力容器的评定方法主要有以下几种：1、《GB/T19624-2004在用含缺陷压力容器安全评定》标准；2、《SY/T 6160-2014防喷器检查和维修》标准等。然而发明人在研究后发现，上述现有针对含缺陷压力容器的评定方法存在有仅适用于规范尺寸的含缺陷压力容器、无法对复杂结构的承压结构件进行安全性校核评定；存在一定的经验性，判废的准确性和可靠度不够等缺陷。

发明内容

本发明提供了一种含裂纹缺陷井口油管头四通安全评定方法，该安全评定方法能够对应不同装配方式产生的约束条件对油管头应力分布的影响，提高了油管头四通应力分布有限元模拟计算值与实际构件应力分布的吻合度，从而能够更为准确的对含裂纹缺陷的油管头四通进行安全评定。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

含裂纹缺陷井口油管头四通安全评定方法，所述安全评定方法包括有如下步骤：

步骤1：确定油管头四通的几何尺寸；根据裂纹实际位置、形状和尺寸得到表征裂纹尺寸；

步骤2：确定油管头材料参数，油管头材料参数包括有弹性模量E、泊松比υ、屈服强度σs、抗拉强度σb、断裂韧度J_IC；

步骤3：建立油管头四通有限元模型；

步骤4：选取多轴应力状态下裂纹体上最大的主应力作为裂纹平面上的拉应力σ；根据断裂力学理论，计算油管头四通裂纹体上的应力强度因子K_I；

K_I满足：

其中，Ψ为调和函数，查表可得；F满足：

步骤5：计算材料的临界应力强度因子K_IC，及评定用的材料断裂韧性K_C；

其中，K_IC满足：

K_C满足：K_c＝0.5K_Ic 公式(4)；