一种基于参数化模型的油气管道剩余强度预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于参数化模型的油气管道剩余强度预测方法。根据已建立的受损管道三维模型，以管道材料抗拉极限强度作为判据对受损管道进行非线性有限元力学仿真分析，获得缺陷几何量对管道剩余强度的影响关系，根据缺陷几何量对管道剩余强度的影响关系构建用于定量化描述管道剩余强度的参数化模型，利用智能优化方法求解参数化模型的未知系数，将检测得到的缺陷几何量代入到已获得未知系数的参数化模型中求得管道剩余强度，完成对油气管道剩余强度的预测。本发明专利技术有效解决海底受损油气管道的安全性预测问题，可靠性高，可有效地用于海底油气受损管道的剩余强度分析，为管道的安全性预测提供理论依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及了一种管道检测预测方法，尤其是涉及了一种基于参数化模型的油气管道剩余强度预测方法。
技术介绍
油气管道是油气开发的重要组成部分，是油气输送的主要手段，被认为是油气生产系统中的生命线。由于受环境侵蚀、外部载荷作用等因素的影响势必导致油气管道系统的损伤积累和抗力衰减，油气管道破裂泄漏的风险也悄然增加，防范油气管道的泄漏已成为当务之急。从上世纪70年代起，国外就开展了受损管道极限承载力和失效机理的相关研究，并制定了一系列的管道安全性预测规范。美国机械工程师协会颁布了具有代表性的管道安全性预测规范ASME B31G《确定腐蚀管道剩余强度的手册》。随后，针对ASME B31G规范的保守性等问题，O’Grady等对腐蚀面积和膨胀系数等做了相应的修正，被称为改进版的B31G。挪威船级社通过对海底腐蚀管道进行了一系列的试验研究，与英国燃气公司联合颁布了腐蚀管道剩余强度预测规范DNV-RP-F101。为了验证现有规范的可靠性，国内外学者开展了腐蚀管道失效实验研究，并将试验结果与现有的规范进行比较，结果表明规范DNV-RP-F101和ASME B31G均过于保守，而改进版的B31G则偏于危险。以上规范准则中所给出的计算模型均未考虑缺陷宽度对于管道剩余强度的影响，这也是影响现有规范预测结果的影响因素之一。
技术实现思路
针对现有管道安全性预测规范中所存在不足，本专利技术提出了一种基于参数化模型的油气管道剩余强度预测方法，能有效解决海底受损油气管道的安全性预测问题。本专利技术采用的技术方案是，如图1所示：根据已建立的受损管道三维模型，以管道材料抗拉极限强度作为判据对受损管道进行非线性有限元力学仿真分析，获得缺陷几何量对管道剩余强度的影响关系，根据缺陷几何量对管道剩余强度的影响关系构建用于定量化描述管道剩余强度的参数化模型，将非线性有限元力学仿真分析的数据代入到参数化模型中利用智能优化方法求解参数化模型的未知系数，获得未知系数的参数化模型给出了管道剩余强度与缺陷几何量之间的定量关系，将检测得到的缺陷几何量代入到已获得未知系数的参数化模型中求得管道剩余强度，完成对油气管道剩余强度的预测。所述的缺陷几何量对管道剩余强度的影响关系包括缺陷长度对管道剩余强度的影响关系、缺陷深度对管道剩余强度的影响关系和缺陷宽度对管道剩余强度的影响关系。所述缺陷长度对管道剩余强度的影响关系为指数分布关系。所述缺陷深度对管道剩余强度的影响关系为抛物线分布关系。所述缺陷宽度对管道剩余强度的影响关系为指数分布关系。所述参数化模型具体采用以下公式： p f = 2 σ b t D [ 1 - d t ( 1 - f ) ] ]]>其中，pf表示管道剩余强度，D表示管道外径，t表示管道厚度，f表示缺陷几何量，d表示缺陷深度，σb表示管道材料的抗拉极限强度。所述的缺陷几何量f采用以下公式表示：(修改公式)其中，k、m和n分别为参数化模型的长度影响因子、深度影响因子和宽度影响因子，L表示缺陷长度，d表示缺陷深度，w表示缺陷宽度。将所述缺陷几何量f的公式代入参数化模型后获得以下最终的参数化模型公式表达： p f = 2 σ b t D [ 1 - d t ( 1 - exp ( k · L d D t ) · exp ( n · w π D ) ( 1 - m · ( d t ) 2 ) ) ] ]]>其中，pf表示管道剩余强度，D表示管道外径，t表示管道厚度，f表示缺陷几何量，σb表示管道材料的抗拉极限强度，k、m和n分别为参数化模型的长度影响因子、深度影响因子和宽度影响因子，L表示缺陷长度，d表示缺陷深度，w表示缺陷宽度。所述的智能优化方法具体可采用遗传算法。非线性有限元力学仿真分析包括：利用非线性有限元方法研究缺陷长度对管道剩余强度的影响规律并进行统计分析，分析结果如图2所示，得到的结论是，呈现指数分布；利用非线性有限元方法研究缺陷深度对管道剩余强度的影响规律并进行统计分析，分析结果如图3所示，得到的结论是，呈现抛物线分布；利用非线性有限元方法研究缺陷宽度对管道剩余强度的影响规律并进行统计分析，分析结果如图4所示，得到的结论是，呈现指数分布。本专利技术以管道材料的抗拉极限强度作为判据对受损管道进行非线性有限元力学分析，目前的有限元数值计算中，通常采用会弹塑性本构模型，该模型未曾考虑材料的硬化效应，而事实上材料的硬化效应对管道的失效会有很大的影响，为此在有限元计算模型中引入了Ramberg-Osgood幂硬化应力-应变法则，使得分析结果更加接近于实际。本专利技术经过实验验证，表明该模型比现有的管道预测标准具有更好的可靠性，可有效地用于海底油气受损管道的剩余强度分析，为管道的安全性预测提供理论依据。本专利技术具有的有益效果是：本专利技术在有限元分析基础上结合相应的边界条件构建了所述参数化模型，综合考虑了管道上缺陷的各个参数对于管道剩余强度的影响，克服了现有管道剩余强度预测规范所存在的不足，其预测结果能够更加接近于实际情况，可提高受损管道预测结果的可靠性。我国目前有将近6000公里长的海底油气管道，随着海洋油气资源的不断开发，海底管网规模会日益扩大，国外公司对我国实施技术封锁，只提供检测服务，每公里收费动辄数万美元。本专利技术能为我国海底管道的安全使用质量管理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于参数化模型的油气管道剩余强度预测方法，其特征在于：根据已建立的受损管道三维模型，以管道材料抗拉极限强度作为判据对受损管道进行非线性有限元力学仿真分析，获得缺陷几何量对管道剩余强度的影响关系，根据缺陷几何量对管道剩余强度的影响关系构建用于定量化描述管道剩余强度的参数化模型，利用智能优化方法求解参数化模型的未知系数，将检测得到的缺陷几何量代入到已获得未知系数的参数化模型中求得管道剩余强度，完成对油气管道剩余强度的预测。

【技术特征摘要】
1.一种基于参数化模型的油气管道剩余强度预测方法，其特征在于：根据已建立的受损管道三维模型，以管道材料抗拉极限强度作为判据对受损管道进行非线性有限元力学仿真分析，获得缺陷几何量对管道剩余强度的影响关系，根据缺陷几何量对管道剩余强度的影响关系构建用于定量化描述管道剩余强度的参数化模型，利用智能优化方法求解参数化模型的未知系数，将检测得到的缺陷几何量代入到已获得未知系数的参数化模型中求得管道剩余强度，完成对油气管道剩余强度的预测。2.根据权利要求1所述的一种基于参数化模型的油气管道剩余强度预测方法，其特征在于：所述的缺陷几何量对管道剩余强度的影响关系包括缺陷长度对管道剩余强度的影响关系、缺陷深度对管道剩余强度的影响关系和缺陷宽度对管道剩余强度的影响关系。3.根据权利要求2所述的一种基于参数化模型的油气管道剩余强度预测方法，其特征在于：所述缺陷长度对管道剩余强度的影响关系为指数分布关系。4.根据权利要求2所述的一种基于参数化模型的油气管道剩余强度预测方法，其特征在于：所述缺陷深度对管道剩余强度的影响关系为抛物线分布关系。5.根据权利要求2所述的一种基于参数化模型的油气管道剩余强度预测方法，其特征在于：所述缺陷宽度对管道剩余强度的影响关系为指数分布关系。6.根据权利要求1所述的一种基于参数化模型的油气管道剩余强度预测方法，其特征在于：所述参数化模型具体采用以下公式： p f = 2 σ b t D [ 1 - d t ( 1 - f ) ] ]]>其中，pf表示管道剩余强度，D表示管道外径，t表示管道厚度，f表示缺陷几何量，d表示缺陷深度，σb表示管道材料的抗拉极限强度。7.根据权利要求6所述的一种基于参数化模型的油气管道剩余强度预测方法，其特征在于：所述的缺陷几何量f采用以下公式表示： f = [ exp ( k · L D t ) · exp ( n · w ...

【专利技术属性】
技术研发人员：周闻青，周红明，茅振华，余松青，叶欣，陈挺，卢歆，
申请(专利权)人：浙江省计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：浙江;33