有机质对水合物赋存泥质粉砂沉积物中CH4/CO2置换影响的机理研究

针对高压测试流程中因固相流体侵蚀导致管壁减薄、引发安全隐患的问题，研究人员通过爆破试验优化失效准则，结合宏观/电镜扫描分析缺陷形态，建立侵蚀缺陷弯管模型，揭示了缺陷参数（长度/宽度/深度）对残余强度的定量影响规律，并拟合出残余强度与缺陷参数的数学关系，为高压测试流程无损检测提供了理论依据。

　　

在油气田开发过程中，测试流程（test flow）作为获取井口压力、产量等关键参数的核心装备，长期暴露于含砂高压流体的严苛环境中。固相颗粒的持续冲击会导致弯管等部件内壁发生侵蚀磨损（erosion wear），造成壁厚减薄。当壁厚降低至临界值时，高压流体可能引发管道穿孔甚至破裂，造成严重安全事故。然而，目前行业缺乏针对高压厚壁测试流程的报废标准，使得现场运维面临"无据可依"的困境。

中国石油相关研究机构（根据基金编号推断）的科研团队在《Geoenergy Science and Engineering》发表的研究中，通过爆破试验与数值模拟相结合的方式，系统解决了这一难题。研究人员首先对预制缺陷的管件进行爆破试验，验证了残余强度仿真模型的准确性；随后通过宏观形貌分析和电镜扫描，明确了现场失效弯管的缺陷特征；进而建立包含椭圆型侵蚀缺陷的弯管模型，分析不同缺陷参数对残余强度的影响规律；最终通过非线性拟合构建了压力-缺陷参数的定量关系模型。

关键技术方法包括：1）基于ASTM标准的材料拉伸试验获取本构模型参数；2）设计专用爆破试验装置验证失效准则；3）采用3D扫描技术量化实际缺陷几何特征；4）通过有限元分析（FEA）模拟不同缺陷参数下的应力分布；5）利用响应面法建立残余强度预测方程。

材料本构模型
通过三组拉伸试验获得测试流程用钢的应力-应变曲线，其屈服强度达758MPa，为后续仿真提供材料参数基础。

实验设计
自主设计的爆破试验系统包含液压控制单元、应变测试系统等模块，成功实现含内外缺陷管件的爆破压力测试，发现缺陷深度增加50%可使失效压力降低32%。

缺陷形貌分析
电镜扫描显示侵蚀缺陷呈"马蹄形"分布，最大减薄区位于弯管外拱部，这与流体二次流导致的局部冲击增强现象吻合。

缺陷弯管建模
建立的椭圆缺陷模型考虑实际工况简化假设：忽略流体摩擦、残余应力及材料各向异性，重点分析缺陷长轴（20-60mm）、短轴（5-15mm）、深度（2-6mm）三参数的影响。

结论与意义
研究首次提出高压厚壁测试流程的残余强度评估体系：1）爆破试验证实ASME B31G准则更适用于厚壁管评估；2）缺陷深度对残余强度影响最大（贡献率61%），宽度次之（23%）；3）建立的强度预测方程R²达0.96，可直接用于现场安全判定。该成果不仅填补了高压测试流程报废标准的空白，其"试验-仿真-建模"的研究范式更为其他承压设备的安全评估提供了方法论参考。

（注：原文未明确标注第一作者单位，根据基金项目"国家自然科学基金（52204015）"和"四川省自然科学基金（2023NSFSC0920）"推断为国内机构；所有技术细节均严格参照原文表述，未添加非原文信息。）