基于实际工况的复合软管内压密封层寿命评估方法与流程

1.本发明涉及海洋油气资源开采领域，具体涉及一种基于实际工况的复合软管内压密封层寿命评估方法。


背景技术：

2.用于海上油气田开采的复合软管是由聚合物材料和金属材料组成的具有多层独立结构的非粘结复合挠性管道，具有耐腐蚀性能高，铺设简单，施工进度快、铺设可达几公里一段，接头少，地形适应性好，综合费用低等优点。
3.内压密封层在复合软管中起到密封内部输送流体的功能，其结构完整性是复合软管安全运行的关键之一。由于软管的设计寿命较长，如何评估内压密封层的寿命是一项重要的工作，也是api规范中的规定内容。
4.目前针对软管内压密封层的老化寿命，第一是在设计期通过选用耐老化性能更优异的材料来实现，第二是进行实验室模拟加速老化试验。但第一种方法无疑会增加软管的生产成本，而第二种方法的介质固定不变，未考虑实际工况尤其是输送介质成分的变化对内压密封层的影响。
5.因此，亟需提出一种基于实际工况的复合软管内压密封层寿命评估方法，对保障海洋油气资源安全开采和输送具有重要意义。


技术实现要素：

6.本发明是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种基于实际工况的复合软管内压密封层寿命评估方法，对在役非粘接型复合软管的剩余寿命进行评估，保障海洋油气资源的安全开采和输送。
7.本发明是通过以下技术方案实现的：
8.一种基于实际工况的复合软管内压密封层寿命评估方法，包括以下步骤：
9.s1：采用复合软管的实际输送介质，在实验室条件下，对内压封层材料进行高温下的加速浸泡老化试验，选择至少3个加速浸泡老化试验温度点，为t1、t2、t3……
，测试不同加速浸泡老化试验温度点下内压密封层材料拉伸性能达到老化临界点的时间t1、t2、t3……
；
10.s2：建立内压密封层的老化寿命模型，预测老化寿命。拉伸性能在不同温度下达到临界值的时间遵从如下模型：
[0011][0012]
式中：a为常数；
[0013]
e为常数，数值为2.7182；
[0014]
t为温度，单位k；
[0015]
ea为老化活化能，单位为j/mol；
[0016]
r为摩尔气体常数，8.314j/(mol
·
k)。
[0017]
用lnti对1/t作图，并用数据处理软件拟合曲线方程，如下：
[0018][0019]
得到lna和ea/r值，将服役温度代入方程，即可得到服役温度下的老化寿命，记为life1。
[0020]
s3：从挂片笼中取出内压密封挂片，制成标准哑铃试样，对哑铃试样进行拉伸性能测试，对实际工况下的老化挂片进行性能测试，采用数据处理软件对老化挂片的性能对取样时间作图，建立性能变化规律，从而预测实际工况下的寿命，记为life2。
[0021]
s4：对比加速老化试验的寿命预测life1与实际工况下的寿命预测结果life2，取其小者作为内压密封层的寿命；
[0022]
s5：取多组老化挂片的性能数据样本，进行寿命动态预测。
[0023]
在上述技术方案中，所述实际输送介质为生产水、原油、油/气、油/水、油/气/水等介质。
[0024]
在上述技术方案中，所述加速浸泡老化试验温度高于软管的服役温度，低于内压密封层的软化点温度。
[0025]
在上述技术方案中，所述老化挂片的取出时间为1年、2年或3年不等。
[0026]
本发明的有益效果是：
[0027]
本发明提供了一种针对在役非粘接型复合软管基于实际工况的内压密封层寿命评估方法，考虑了实际输送介质，针对复合软管服役年限的增加，可能出现的实际工况发生变化，提出了设置内压密封层老化挂片，以获取实际工况条件下内压密封层的性能变化，确保内压密封层老化寿命计算的精度，对软管的风险评估以及设计寿命到期后的延寿评估具有重要的意义。
附图说明
[0028]
图1是本发明基于实际工况的复合软管内压密封层寿命评估方法的流程图；
[0029]
图2是本发明中挂片笼示意图；
[0030]
图3是挂片笼安装示意图。
[0031]
其中：
[0032]
1挂片笼
[0033]
2格栅
[0034]
3内压密封层老化挂片
[0035]
4旁通管
[0036]
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
[0037]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明技术方案，下面结合说明书附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
[0038]
实施例1
[0039]
如图1所示，一种基于实际工况的复合软管内压密封层寿命评估方法，包括以下步
骤：
[0040]
s1：
[0041]
采用复合软管的实际输送原油介质，对内压封层材料进行高温下的加速浸泡老化，加速浸泡老化的温度为高于软管的服役温度，低于内压密封层的软化点温度。
[0042]
加速浸泡老化的具体操作为：将内压密封层材料制备成gb/t1040标准中规定的拉伸试样，置于高压釜中，注入复合软管输送的原油介质，保证内压密封层拉伸试样完全浸泡于其中。将高压釜分别设置为140℃、130℃、120℃，测试3个温度下内压密封层材料的拉伸性能达到老化临界点的时间，分别为380h、1100h和2000h。
[0043]
s2：建立内压密封层的老化寿命模型，预测老化寿命。拉伸性能在不同温度下达到临界值的时间遵从如下模型：
[0044][0045]
式中：a为常数；
[0046]
e为常数，数值为2.7182；
[0047]
t为加速浸泡老化的温度，单位k；
[0048]
ea为老化活化能，单位为j/mol；
[0049]
r为摩尔气体常数，8.314j/(mol
·
k)。
[0050]
用lnti对1/t作图，并用数据处理软件拟合曲线方程，如下：
[0051][0052]
得到常数a为3.615
×
10-13
，老化活化能ea为1.14
×
105，将服役温度55℃代入方程，即可得到服役温度下的老化寿命，为70年。
[0053]
s3：
[0054]
(1)挂片安装和放置
[0055]
如图2所示，挂片笼为带孔笼板围成的长方框形结构，中间设置多个格栅(本实施例中为36个)，格栅两端与笼板固定连接，挂片通过格栅竖直固定于挂片笼内。然后将挂片笼安装在旁通管路中，如图3所示。
[0056]
(2)定期从挂片笼中取出内压密封材料挂片，制成标准哑铃试样，对哑铃试样进行拉伸性能测试，对实际工况下的老化挂片进行性能测试，采用数据处理软件对老化挂片的性能对取样时间作图，建立性能变化规律，从而预测实际工况下的寿命。
[0057]
其中，老化挂片的取出时间为1年、2年或3年不等。
[0058]
s4：对比加速老化试验的寿命预测与实际工况下的寿命预测结果，取其小者作为内压密封层材料的寿命；
[0059]
s5：根据间隔不同时间取出的老化挂片的性能数据样本，进行内压密封层材料寿命动态预测。
[0060]
本发明提供了一种针对在役非粘接型复合软管基于实际工况的内压密封层寿命评估方法，考虑了实际输送介质，针对复合软管服役年限的增加，可能出现的实际工况发生变化，提出了设置内压密封层老化挂片，以获取实际工况条件下内压密封层的性能变化，结合实验室加速老化试验和实际运行工况下挂片性能检测的双重评估，确保内压密封层老化
寿命计算的精度，对软管的风险评估以及设计寿命到期后的延寿评估具有重要的意义。
[0061]
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

技术特征：
1.一种基于实际工况的复合软管内压密封层寿命评估方法，其特征在于：包括以下步骤：s1：采用复合软管的实际输送介质，对内压封层材料进行加速浸泡老化试验；s2：建立内压密封层材料的老化寿命模型，预测老化寿命；s3：对实际工况下的老化挂片进行性能测试，建立性能变化规律；s4：对比加速老化试验的寿命预测与实际工况下的寿命预测结果，取保守值；s5：取多组老化挂片的性能数据样本，进行寿命动态预测。2.根据权利要求1所述的基于实际工况的复合软管内压密封层寿命评估方法，其特征在于：所述复合软管为非粘接型复合软管。3.根据权利要求1所述的基于实际工况的复合软管内压密封层寿命评估方法，其特征在于：所述内压密封层为热塑性聚合物挤出成型。4.根据权利要求1所述的基于实际工况的复合软管内压密封层寿命评估方法，其特征在于：所述实际输送介质为生产水、原油、油气混合物、油水混合物或油气水混合物。5.根据权利要求1所述的基于实际工况的复合软管内压密封层寿命评估方法，其特征在于：所述加速浸泡老化试验的温度高于软管的服役温度，低于内压密封层的软化点温度。6.根据权利要求1所述的基于实际工况的复合软管内压密封层寿命评估方法，其特征在于：所述加速浸泡老化试验具体为：将内压密封层材料制备成拉伸试样，置于高压釜中，注入复合软管的实际输送介质，使内压密封层拉伸试样完全浸泡于实际输送介质中，将高压釜温度分别设定为t1、t2、
……
t
n
，测试不同温度下内压密封层材料拉伸性能达到老化临界点的时间t1、t2、
……
t
n
，高压釜设定的温度即为加速浸泡老化试验温度点。7.根据权利要求6所述的基于实际工况的复合软管内压密封层寿命评估方法，其特征在于：所述加速浸泡老化试验的温度点至少为3个，即n≥3。8.根据权利要求1所述的基于实际工况的复合软管内压密封层寿命评估方法，其特征在于：所述性能包括拉伸强度、拉伸模量、屈服强度、屈服伸长率和断裂伸长率。9.根据权利要求1所述的基于实际工况的复合软管内压密封层寿命评估方法，其特征在于：所述老化挂片进行性能测试具体为：将挂片固定于挂片笼内，将挂片笼安装在旁通管路中，定期从挂片笼中取出内压密封材料挂片制成标准哑铃试样，对哑铃试样进行拉伸性能测试，对实际工况下的老化挂片进行性能测试，采用数据处理软件对老化挂片的性能对取样时间作图，建立性能变化规律，从而预测实际工况下的寿命。10.根据权利要求1所述的基于实际工况的复合软管内压密封层寿命评估方法，其特征在于：所述老化挂片取出时间间隔为1年、2年或3年。

技术总结
本发明公开了一种基于实际工况的复合软管内压密封层寿命评估方法，包括：S1：采用复合软管的实际输送介质，对内压封层材料进行加速浸泡老化试验；S2：建立内压密封层材料的老化寿命模型，预测老化寿命；S3：对实际工况下的老化挂片进行性能测试，建立性能变化规律；S4：对比加速老化试验的寿命预测与实际工况下的寿命预测结果，取保守值；S5：取多组老化挂片的性能数据样本，进行寿命动态预测等步骤。本发明寿命评估方法考虑了实际输送介质，针对复合软管服役年限的增加，可能出现的实际工况发生变化，提出了设置内压密封层老化挂片，以获取实际工况条件下内压密封层的性能变化，确保内压密封层老化寿命计算的精度。密封层老化寿命计算的精度。密封层老化寿命计算的精度。


技术研发人员：代志双 金磊 刘海超 陆刚 朱文胜 刘军 赵东红 孙玉江 韩雪艳 赵可天 王小力
受保护的技术使用者：中海油（天津）管道工程技术有限公司
技术研发日：2023.06.25
技术公布日：2023/10/11