李成兵 蔡中陶 张 昕 熊小钦

(1.西南石油大学机电工程学院 2.中国石油西部钻探工程技术研究院)

0 引言

随着油气集输工程的不断发展，油气管道服役过程中的安全问题备受关注。管道建设及运行过程中可能会受到外界因素的影响，从而导致管道发生损坏和失效问题[1]。统计分析结果表明，机械损伤是管道发生损坏和失效的主要原因之一[2]。由于机械作用而形成的凹痕缺陷(简称凹陷) 是最典型的一种管道机械损伤[3]。油气管道凹陷通常是在外界结构物的机械作用下发生永久塑性变形，形成深度为d的凹陷。油气管道凹陷产生后，会在凹陷处产生应力集中和管体结构损伤，最终对管道运行安全和使用寿命产生重要影响。当结构物被移除后，管道凹陷因约束解除会发生弹性回弹，凹陷深度由d减小为d0。在工程实际中，当油气管道正式运行后，在管道工作内压作用下，管道凹陷深度会进一步减小，通常称为再圆。

关于油气管道凹陷的回弹和再圆问题，国内外学者进行了很多研究。张健等[4]建立了含缺陷的天然气管道仿真模型。A.L.BASTARD[5]考虑了凹陷尺寸、管道尺寸、内压以及管材性能对回弹系数的影响，提出了回弹系数公式，但其适用性不强。J.H.BAEK 等[6]基于有限元分析，研究了压头尺寸、内压和凹陷深度对凹陷管道再圆行为的影响。M.J.ROSENFELD[7]通过试验和数学理论方法对外载和压力波动下的凹陷深度变化做了研究和描述，提出凹陷的深度变化历程，认为凹陷在内压循环作用下，其深度并非围绕恒定值波动，指出凹陷的回弹与回圆影响管道的疲劳寿命的结论。……