US Patent 8688418

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  • 8/9/2019 US Patent 8688418

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    US 8 , 6 8 8 , 4 1 8B2P a g e 2

    ( 5 6 ) R e f e r e n c e s C i t e d

    OTHER PUBLICATIONS

    M a r s h , J o n a t h a n , e t a l . “ l 3 0 7 l 6 - M a t e r i a l s S e l e c t i o n f o r HP/HTD e v e l o p m e n t s ” SPE n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c eo n i l ? e l d C o r r o s i o n ,

    A b e r d e e n , U n i t e dK i n g d o m ,May 4 - 2 5 , 2 0 1 0 .K o e c k ,F . ,D . M a c F a r l a n e ,a n d H . B . S k e e l s . “ l 8 0 7 6 - F u t u r eC o n s i de r a t i o n f o r HPHT q u i p m e n ta n d S y s t e m s . ”2 0 0 6O f f s h o r e T e c h n o lo g y C o n f e r e n c e , H o u s t o n ,Te x a s , M a y - 4 ,2 0 0 6 .PCT/US2012/051666, N o t i ? c a t i o n o f T r a n s m i t t a l o f t h e I n t e r n at i o n a l S e a r c h R e p o r t a n d t h e W r i t t e n O p i n i o no f t h e I n t e r n a t i o n a lS e a r c h i n gA u t h o r i t y, o r t h e D e c l a r a t i o n ; I n t e r na t i o n alS e a r c hR e p o r t ;W r i t t e nO p i n i o no f h eI n t e r n a t i o n a lS e a r c h i n gA u t h o r i t y ,i s s u e d b yt h e USPTO s t h e I n t e r n a t i o n a l S e a r c h i n g A u t h o r i t yo n D e c . 1 2 ,2 0 1 2 .

    H u a n g , J . Y. , a n d T . M. M i l l e r .“The a p p l i c a t i o n o f ? n i t e e l e m e n ta n a l y s i st oVIP o m p r e s s o rc y l i n d e r d e s i g n . ”I n t e r n a t i o n a lC o m p r e ss o rE n g i n e e r i n g C o n f e r e n c e, P a p e r1 0 4 1 ,P u r d u eU n i v e r s i t ye - P u b s ,1 9 9 4 .

    R a h m a n ,S y e dM i z a n u r ,“ F i n i t ee l e m e n t n a l y s i sa n d e l a t e dn u m e r ic a ls c h e m e sf o rr a t c h e t i n g s i m u l a t i o n . ”A i s s e r t a t i o n p r e s e n t e d t oN o r t hC a r o l i n aU n i v e r s i t y, 2 0 0 6 .API Te c h n i c a l R e p o r t P E R l S k ,DRAFT, P r o t o c o l f o rVe r i ? c a t i o na n d Va l i d a t i o n o f HPHT q u i p m e n t ,A m e r i c a n P e t r o l e u mI n s t i t u t e ,2 0 1 0 , p p . 1 - 1 2 6 .ANSI/API S p e c i ? c a t i o n6 A , S p e c i ? c a t i o nf o rW e l l h e a d a n dC h r i s tm a s T r e e E q u i p m e n t ,2 0 t h E d i t i o n , A m e r i c a n P e t r o l e u mI n s t i t u t e ,O c t . 2 0 1 0 , p p . 1 - 4 4 8 .

    A S M E , S e c t i o nV I I I , D i v i s i o n 3 : A l t e r n a t i v eR u l e s f o r C o n s t r u c t i o no f High P r e s s u r e Ve s s e l s . R u l e s f o r C o n s t r u c t i o n o f H i g h P r e s s u r eVe s s e l s . ASME o i l e r and P r e s s u r e Ve s s e l Code . T h e A m e r i c a nS o c i e t y o f M e c h a n i c a lE n g i n e er s . 2 0 1 0 ,p p . 1 - 38 2 .2 0 1 1 aA d d e n d a ,A S M E , S e c t i o nV I I I , D i v i s i o n 3 : A l t e r n a t i v eR u l e sf o r C o n s t r u c t i o no f H i g h r e s s u r e Ve s s e l s . R u l e s f o r C o n s t r u c t i o no f

    H i g h P r e s s u r eVe s s e l s . ASME o i l e r and r e s s u r e Ve s s e l C o d e . TheA m e r i c a nS o c i e t yo f M e c h a n i c a lE n g i n e e r s ,W i t hI n t e r p r e t a t i o n sv o l .6 1 , p p . 1 - 3 9 2 .A N S I / NACE n t e r n a t i o n a l MRO 7 5 / S O1 5 1 5 6 .Pet ro leum and a t ur a l g a s i n d u s t r i e s i M a t e r i a l s f o r u s e i n H 2 S 4 c o n t a i n i n g e n v i r o nm e n t s i n o i land g a s p r o d u c t i o n . A m e r i c a n N a t i o n a l S t a n d a r d , S e co n d E d i t i o n , 2 0 0 9 . P a r t I : G e n e r a l P r i n c i p l e s f o r S e l e c t i o n o fC r a c k i n g - R e s i s t a n tM a t e r i a l s ; P a r t2 : C r a c k i n g - r e s i s t a n tc a r b o na n dl o w a l l o y s t e e l s ,a n d t h e u s e o f c a s t i r o n s ;P a r t 3 : C r a c k i n g - r e s i s t a n tC R A s c o r r o s i o n - r e s i s t a n ta l l o y s )a n d o t h e r a l l o y s ;Te c h n i c a l C i r c ul a r l t o P a r t 3 : 2 - l l ; T e c h n i c a l C i r c u l a r 1 t o P a r t 2 : 2 0 1 1 ,p p . 1 - 1 6 6 .A P I , 579-l /ASME F F S - l ( A P I 5 7 9S e c o n dE d i t i o n ) “ F i t n e ss - f o rS e r v i c e . ”Am o c M e c h E n g . 2 0 0 7 , P a r t s 1 - 9 ,p p . 1 - 3 3 5 .A P I , 579-l /ASME F F S - l ( A P I 5 7 9S e c o n dE d i t i o n ) “ F i t n e ss - f o rS e r v i c e . ”Am o c M e c h E n g . 2007 P a r t s 1 0 - 1 3 , p p. 1 - 1 9 0 .A P I , 579-l /ASME F F S - l ( A P I 5 7 9 S e c o n dE d i t i o n ) “ F i t n e s s - f o rS e r v i c e . ”Am o c M e c h E n g . 2 0 0 7 , A n n e x - B 4 , p p . 1 - 1 6 7 .A P I , 579-l /ASME F F S - l ( A P I 5 7 9 S e c o n dE d i t i o n ) “ F i t n e s s - f o rS e r v i c e . ”Am o c M e c h E n g . 2 0 0 7 , A n n e x C - D ,p p . 1 - 2 3 1 .A P I , 579-l /ASME F F S - l ( A P I 5 7 9 S e c o n dE d i t i o n ) “ F i t n e ss - f o rS e r v i c e . ”Am o c M e c h E n g . 2 0 0 7 , A n n e x E - K , p p . 1 - 1 9 7 .A P I , 579-l /ASME F F S - l ( A P I5 7 9 S e c o n dE d i t i o n ) “ F i t n e ss - f o rS e r v i c e ”Am o c M e c h E n g . 2 0 0 7 , E r r a t a ,F e b . 2 0 0 9 , p p . 1 - 1 6 8 .

    * c i t e d by e x a m i n e r

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    US. P a t e n t A p r . 1 ,2 0 1 4 S h e e t 1 0 1 4 US 8 , 6 8 8 , 4 1 8B 2

    T OJ

    D E F I N EA P P L I C A B L EL O A D S( M M R )T H EE Q U I P M E N T .

    ( C O N D U C TT H E R M A LS T R E S SA N A LY S E S F O RVA R I O U S O P E R AT I O N A LS C E N A R I O S )S C S S VI S U B S U R FA C ES A F E T YVA L V E ) ,W E L L H E A D / TR E EB O P( B L O W O U T

    P R E V E N T E R ) ,W P C( V V I R E L I N EP R E S S U R EC O N T R O L )

    |

    L 1 2 I 6J J

    E Q U I P M E N TM AT E R I A L S E Q U I P M E N TD E S I G NS E L E C TO N - S U P P L I E R S U P P L I E R

    I I 4 I 1 8J J

    M M RM AT E R I A L S M M RD E S I G NQ U A L I F I C AT I O N V E R I F I C AT I O N

    F I G .I

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    US. P a t e n t A p r . 1 ,2 0 1 4

    R I P P L ES S R TO RL C FI N

    E N V I R O N M E N T

    3 8(

    C O N D U C Td u / d NI NE N V I R O N M E N TF O R

    V E R I F I C AT I O N

    S h e e t 2 0 f 4

    M AT E R I A L SQ U A L I F I C AT I O N

    M M R

    T R U ES T R E S S - S T R A I NI - RC U R V E

    d u / U NV S .A K( A L LD AT AO B T A I N E DA TT E M P E R AT U R E SR A N G I N GF R O M

    7 5 T OS O O F )

    U N L E S S L O C A L

    S S CT E S T S

    E N V I R O N M E N T S )( F O RC R AM AT E R I A L S ;

    G A LVA N I C A L LYC O U P L E DT E S T I N GM E T H O DA )

    ( F O RC A R B O NS T E E L S :M E T H O D2 4A ,M E T H O DDI NA P P R O P R I AT EJ

    N OF U R T H E RT E S T I N G ;3 6P L A S T I C I Z AT I O N

    o c c u n _ s

    Y E S3 4

    I

    I

    C R A’ S )C - R I N G

    @E S

    S S R T

    F I G .2

    S C CT E S T S( F O R3 6

    US 8 , 6 8 8 , 4 1 8B2

    u :r eI D E N T I F YN E W

    M AT E R I A L

    N O

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    4/14

    US. P a t e n t A p r . 1 ,2 0 1 4 S h e e t 3 0 f 4 US 8 , 6 8 8 , 4 1 8B 2

    E L A s T I c - P L A s T I cjF I N I T EE L E M E N T

    E ( R F E F I N E 5 5Q M E S A R E F I N E T H E D E S I G N / JG E O M E T RY

    M E S HD E N S I T YA D E Q U AT E

    F U R T H E RR E F I N ET H EM E S HE NR E G I O N S

    W I T H[ O C A LP L A S T I C I T YN 0

    N 06 0 r 6 6

    M O D I F YL O C A LG E O M E T R Y

    I

    p g

    0P L A S B I l gA E T I O

    E L A S T é ? C O R EN 0P E R M A N EN T C H A N G EI N

    A Y E S

    “ A A A L AT TA E A I T ‘To u n u c rR AT C H E T I N G7 2A N A LY S E S B YJ M AT E R I A L

    A P P LY I N GL O A DS E Q U E N E E S T I M E S mm

    L R AT C H E T I N G

    1 0 AT T E T I I A E N I I I IM O D E LM AT E R I A LW I T Hc Y c L I cS T R E S S -J S E Q U E N C E5T I M E S

    S T R A I NC U RV E

    7h

    F R A C T U R E / FAT I G U E

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    US. P a t e n t

    R E - A S S E S SW I T HL O A DC Y C L E ST H AT

    A R ER E A L I S T I C:o w

    A p r . 1 ,2 0 1 4

    Y E S

    S h e e t 4 0 f 4

    [ 7 6F R A C T U R E / FAT I G U E

    US 8 , 6 8 8 , 4 1 8B2

    A S S E S S M E N T

    E S TA B L I S HM I N I M U MD E T E C T A B L EB YN D EC O N D U C T E D D U R I N G

    D AP R O C E S S

    5 0G L O B A LF E A

    M A J O R

    C R A C KD E P T H A F T E RF AT I G U EI SG R E AT E RT H A N

    2 5 WA L L

    F R A C T R EA N A LY S E ST L E V E LI I )

    k 8 0F AT I G U E

    A S S E S S M E N TA TL O C AT I O N SW I T H

    S T R E S S > 2 / 3 R DY I E L D

    U S EA P P R O P R I AT EF AT I G U EC R A C K

    G R O W T HR AT E( A I RO RE N V I R O N M E N T )

    kcm

    F I G .4

    D E S I G NF I TF O R3 4~ PURPOSEO F X

    H P H T W E L L S

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    US 8 , 6 8 8 , 4 1 8B21

    ENGINEERED METHODOLOGY ORDESIGN VERIFICATION AND VALIDATION

    OF ULTRA-DEEP HIGH PRESSURE HIGHTEMPERATURE OIL AND GAS WELL

    CONTROL EQUIPMENT

    BACKGROUND OF THE INVENTION

    1 . F i e l d o f t h e I n v e n t i o nT h i s i n v e n t i o n r e l a t e s t o a p r o c e s s f o r v e r i ? c a t i o n a n d

    v a l i d a t i o n o f t h e d e s i g n o f o i la n d g a s e q u i p m e n ti n o r d e r t od e t e r m i n ew h e t h e rs u c h e q u i p m e n ti s c a p a b l e o f w i t h s t a n di n g c e r t a i nh i g hp r e s s u r e a n d h i g h t e m p e r a t u r ee n v i r o n m e n t s( g e n e r a l l y r e f e r r e d t o i n t h e o i land a s i n d u s t r y a s t h e “ u l t r ad e e p h i g h p r e s s u r eh i g h t e m p e r a t u r e ” e n v i r o n m e n t(“HPHT”)) t h a t a r e a n t i c i p a t e d t o b e e x p e r i e n c e d i n t h ee x p l o r a t i o n ,d r i l l i n g ,c o m p l e t i o na n dp r o d u c t i o n o fHPHT i la n d g a s w e l l s . T y p i c a l l y ,a l l c o m p o n e n t so f t h e e q u i p m e n tt h a t w i l l b e s u b j e c t t o s u c h HPHT n v i r o n m e n t sand t h a te i t h e r c o n t a i n ? u i d r e s s u r e or h a t a r e i m p o r t a n t o e n s u r e h es e r v i c e a b i l i t ya n d ? t n e s s o f s u c he q u i p m e n tf o r s u c h e n v i r o nm e n t s s h o u l db e a n a l y z e dp r i o r t o t h e i m p l e m e n ta t i o n o ft h ew e l l t o e n s u r e t h e s u c c e s s o f h e w e l l . T h e y p e s o f i l and a s

    e q u i p m e n t t y p i c a l l yu s e d i n s u c h e x p l o r a t i o n ,d r i l l i n g ,c o m p l e t i o na n d p r o d u c t i o no p e r a t i o n s and h a t m a y s e r v e a st h e t y p e s o f e q u i p m e n tt h a t a r e s u i t a b l e f o r s u c h a n a l y s i si n c l u d e s u b s u r f a c es a f e t yv a l v e s ( “ S C S S V ” ) ,w e l l h e a dt r e e s ,b l o w o u tp r e v e n t e r s ( “ B O P ” )a n d w i r e l i n e p r e s s u r e c o n t r o l( “ W P C ” ) q u i p m e n t ,b u t m a y l s o i n c l u d e o t h e r t y p e so f w e l lc o n t r o le q u i p m e n t .

    2 . D e s c r i p t i o no f t h e R e l a t e d A r tThe d e s i g n o f o i l a n d g a s e q u i p m e n tf o r t h e o i l a n d g a s

    i n d u s t r y t y p i c a l l y h a s i n v o l v e d f o l l o w i n ga p r o c e s s s i m i l a r t ot h e f o l l o w i n g : ( i )i d e n t i f yt h e n e e d o r p r o b l e m ,( i i )r e s e a r c ht h e n e e d o r p r o b l e m ,( i i i )d e s i g n a n d d e v e l o pp o s s i b l e s o l ut i o n s ,( i v ) c o n s t r u c t a p r o t o t y pe , ( v ) t e s t a n d e v a l u a t e t h es o l u t i o n s , a n d ( v i )o v e r h a u lt h e s o l u t i o n s b a s e d o n i n f o r m at i o n g a t h e r e d d u r i n gt h e t e s t sa n d p r e s en t a t i o n . I n t h e H P H Te n v i r o n m e n t ,s t e p s( i i i )a n d ( v )h a v e b e e np r o v e nt o b e v e r y

    i m p o r t a n t b e c a u s e o f t h eu n i q u e e n v i r o n m e n t a lc h a l l e n g e sp r e s e n t e db y t h e HPHT n v i r o n m e n t .T h ed e s i g nv e r i ? c a t i o nand a l i d a t i o n p r o c e s so f t h e p r e s e n t i n v e n t i o ni s u s e f u l i n t h ea r tb e c a u s e t a s s i s t sd e s i g n e r s and s e r s o f i l and a s e q u i pm e n t o r t h e HPHT n v i r o n m e n ti n r e l a t i o n t o s t e p s ( i i i )and( v ) .

    I t i s a l s o r e c o g n i z e dt h a td e s i g nv e r i ? c a t i o na n d v a l i d a t i o np r o c e s s e s a r e w e l l k n o w n u t s i d e o f t h e o i land g a s i n d u s t r yand a r e u s e d t o a n a l y z e p r e s s u r e v e s s e l d e s i g n s f o r v a r i o u si n d u s t r i e s . Such p r e s s u r e v e s s e l d e s i g n p r o c e s s e s a r e f u r t h e rd e s c r i b e d i n ASME e c t i o n V I I I , D i v i s i o n3 , 2010 E d i t i o n( i n c l u d i n g t h e 2 0 1 1 A d d e n d a ) .A l t h o u g hmany o f t h e s t e p sd e s c r i b e di n t h e p r o c e s s o f t h e pr e s e n t i n v e n t i o na r e d i s c l o s e di nASME e c t i o n V I I I ,D i v i s i o n3 , 2 0 1 0E d i t i o n ( i n c l u d i n gt h e 2 0 1 1 A d d e n d a ) ,t h e p r e s e n t i n v e n t i o n , i nt h e p r e f e r r e de m b o d i m e n t , u s e s s u c h p r o c e s s e s t o v a l i d a t e and e r i f y t h ed e s i g no f i l a n d g a s e q u i p m e n tf o r t h e HPHT n v i r o n m e n ti na m a n n e r n o t p r e s e n t l y p r a c t i c e d i n t h e o i land g a s i n d u s t r y .The s t e p s o f t h e d e s i g n v e r i ? c a t i o n a n d v a l i d a t i o n p r o c e s sd e s c r i b e d b e l o w r e l a t e t o t h e a p p l i c a t i o n o f t h e p r o c e s s t oc e r t a i n t y p e s o f o i l a n d g a s e q u i p m e n t u s e di n t h e HPHTe n v i r o n m e n t .The t y p e s o f e q u i p m e n ts u i t a b l e f o ra n a l y s i st h r o u g h s u c h p r o c e s s , i n t h e p r e f e r r e d e m b o d i m e n t ,a r eSCSSV’s, w e l l h e a dt r e e s ,BOP’s , WPC n d o t h e r w e l l c o nt r o le q u i p m e n t .

    SUMMARY OF THE INVENTION

    The d e s i g n v e r i ? c a t i o n a n d v a l i d a t i o n p r o c e s s d e s c r i b e dbe low a n a l y z e s o i la n d g a s e q u i p m e n tc o m p o n e n t sf o r u s e i n

    20

    25

    30

    35

    40

    45

    50

    55

    60

    6 5

    2t h e HPHT n v i r o n m e n t .T h e o b j e c t i v e o f t h e p r o c e s s i s t oe n s u r e t h a t s u c ho i land a s e q u i p m e n tc o m p o n e n t s i l l w i t hs t a n d HPHT nv i ronmen t s and o t mal func t i on r f a i lf o r t h es e r v i c e a b l e l i f e o f t h e w e l l . The c o n d i t i o n s o f t h e HPHTe n v i r o n m e n ts u b j e c t t h e e q u i p m e n tc o m p o n e n t o s t r e s sa n dl o a d c o n d i t i o n s t h a t a r e e x t r e m e .A s an example , s u c h e n v i

    r o n m e n t a lc o n d i t i o n s a r e a s s u m e d o b e g r e a t e r t h a n 2 0 , 0 0 0p s i f o r p r e s s u r e a n d / o rg r e a t e r t h a n 4 0 0 ° F . f o r b o t t o mh o l es t a t i ct e m p e r a t u r e .

    The f u r t h e r o b j e c t i v e s o f t h e d e s i g n v e r i ? c a t i o n a n d v a l id a t i o n p r o c e s s o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o na r e ,d e p e n d i n go n h ec i r c u m s t a n c e s ,t o c o n ? r m t h e m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s o f t h ec o m p o n e n t s t a m b i e n tt o h i g h t e m p e r a t u r e ,t o d e t e r m i n et h ec o m p o n e n t s ’ r e s i s t a n c e t o c o r r o s i o n , t o d e t e r m i n et h e c o mp o n e n t s ’ r e s i s t a n c e t o c r a c k i n g , a n d t o f u r t h e r d e t e r m i n et h ee x t e n t o f p o t e n t i a l c r a c k i n go r o t h e r enhanced a t e r i a l f a i l u r ed u e t o c u m u l a t i v ep l a s t i c i t ya t h i g h t e m p e r a t u r e sa n d d u et ot h e c o n d i t i o n s o f t h e HPHT o w n h o l e e n v i r o n m e n t .

    T h e s e a n do t h e r o b j e c t s a n d f e a t u r e s o f t h e p r e s e n t i n v e nt i o n w i l l b e c o m e a p p a r e n t f r o m t h e f o l l o w i n g D e t a i l e dD e s c r i p t i o na n d t h ef o l l o w i n g d r a w i n g s .

    B R I E F DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

    F o r a f u r t h e r u n d e r s t a n d i n go f t h e f e a t u r e s a n d a d v a n t a g e so f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n , r e f e r e n c e s h o u l d b e m a d e t o t h ef o l l o w i n gD e t a i l e d D e s c r i p t i o nt a k e n i nc o n j u n c t i o nw i t h t h ea c c o m p a n y i n gd r a w i n g sa n d w h e r e i n :

    F I G . 1 i s a b l o c k d i a g r a mt h a t s h o w s c e r t a i n p r e l i m i n a r yc o n s i d e r a t i o n st h a t r e l a t e t om a t e r i a l s q u a l i ? c a t i o na n d e q u i pm e n t d e s i g n p r o c e s s e s i n c o n n e c t i o n w i t ho i land a s e q u i pm e n t c o m p o n e n t s .

    F I G . 2 i s a b l o c k d i a g r a mt h a t s h o w st h e s t e p s c o m p r i s i n gt h e m a t e r i a l s q u a l i ? c a t i o n p r o c e s s u s e d i n c o n n e c t i o n w i t ht h e d e s i g n v e r i ? c a t i o n a n d v a l i d a t i o n p r o c e s s o f t h e pr e s e n ti n v e n t i o nf o r u s e i n t h e m a n u f a c t u r eo f i l and a s e q u i p m e n tc o m p o n e n t s .

    F I G . 3 i s a b l o c k d i a g r a mt h a t s h o w st h e s t e p s c o m p r i s i n gt h e e l a s t i c - p l a s t i c? n i t e e l e m e n tm o d e l i n g a n dt h e r a t c h e t i n ga s s e s s m e n t o ft h e d e s i g n v e r i ? c a t i o nand a l i d a t i o n p r o c e s so f t h e p r e s e n t i n v e n t i o nf o r o i l a n d g a s e q u i p m e n tc o m p on e n t s .

    F I G . 4 i s a b l o c k d i a g r a mt h a t s h o w st h e s t e p s c o m p r i s i n gt h e f a t i g u e a s s e s s m e n tf o r t h e d e s i g n v e r i ? c a t i o n a n d v a l i d at i o n p r o c e s so f h e p r e s e n t i n v e n t i o nf o r o i la n d g a s e q u i p m e n tc o m p o n e n t s .

    DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERREDEMBODIMENT

    R e f e r e n c ei s m a d e t o F I G . 1 s h o w i n gc e r t a i n p r e l i m i n a r yc o n s i d e r a t i o n st h a t r e l a t e t o t h e u s e o f h e p r o c e s s d e s c r i b e dbe low i n t h e c o n s t r u c t i o na n d i m p l e m e nt a t i o n o fo i la n d g a se q u i p m e n ti n t h e HPHT n v i r o n m e n t .A s s h o w n i n s t e p 1 0 ,t h e o i l and g a s e q u i p m e n to n w h i c h t h e d e s i g n v e r i ? c a t i o na n d v a l i d a t i o n p r o c e s s i s u s e d , i n i t sp r e f e r r e d e m b o d i m e n t ,a r e SCSSV’s, w e l l h e a dt r e e s ,BOP’s , W P C ’ s and t h e r w e l lc o n t r o l e q u i p m e n t .A s s h o w n n s t e p 1 2 , t h e o w n e r r o p e r a t o ro f an HPHT e l l may e s i r e t o d e t e r m i n e w h e t h e r s u p p l i e ri s p r o v i d i n gm a t e r i a l s t o b e u s e d i n t h e d e s i g n a n d manufact u r e o f i l and g a s e q u i p m e n t h a t a r e s u i t a b l e f o r t h e HPHTe n v i r o n m e n ta n d t o r e q u i r e t h a ts u c h s u p p l i e r m a k e p r o p e rs e l e c t i o n s o f s u c h m a t e r i a l s . A u p p l i e r o f s u c h o i l a n d g a se q u i p m e n tm a y a l s o i n d e p e n d e n t l yd e s i r e t o u s e m a t e r i a l sq u a l i ? c a t i o n p r o c e s s e s f o r s u c hp u r po s e s . I ns t e p 1 4 , i n s o m ec a s e s , m a t e r i a l s m a y be s e l e c t e d by t h e o w n e r r o p e r a t o r o ft h e w e l l f o r u s e i n c o n n e c t i o nw i t h t h e manufac tu re o f t h e

  • 8/9/2019 US Patent 8688418

    7/14

    US 8 , 6 8 8 , 4 1 8B23

    e q u i p m e n t ,a n d , t h e r e f o r e , t h e o w n e r r o p e r a t o r m a y e s i r et o u s e m a t e r i a l s q u a l i ? ca t i o n p r o c e s s e s i n o r d e r t o a v o i de q u i p m e n tc o m p o n e n t sm a n u f a c t u r e du s i n g u n s u i t a b l em a t er i a l s .I n s t e p 1 6 ,a s s u m i n g p r o p e r m a t e r i a l s h a v e b e e ns e l e c t e d ,a s u p p l i e r m a y a l s o d e s i r e t o s u b j e c t t h e d e s i g n o fs u c h o i l a n d g a s e q u i p m e n tt o t h e d e s i g n v e r i ? c a t i o n a n dv a l i d a t i o np r o c e s st o e n s u r et h e s u i t a b i l i t yo f s u c h e q u i p m e n tf o r t h e HPHT n v i r o n m e n t .T h e o w n e r r o p e r a t o r o f h e w e l lm a y a l s o d e s i r e t o u s e t h e d e s i g n v e r i ? c a t i o n and a l i d a t i o np r o c e s s t o f u r t h e r c o n ? r m h e s u i t a b i l i t yo f s u c h e q u i p m e n tf o r u s e i n t h e HPHT n v i r o n m e n t a s i n d i c a t e d i n s t e p 1 8 .

    M a t e r i a l s Q u a l i ? c a t i o n .F I G .2 d e s c r i b e si n g r e a t e r d e t a i lt h e m a t e r i a l s q u a l i ? c a t i o n

    p r o c e s s , r e f e r r e d t o g e n e r a l l y a s s t e p 2 0 , t h a t m a y be u s e d i na s s o c i a t i o n w i t h t h e d e s i g n v e r i ? c a t i o n and v a l i d a t i o n p r oc e s s . T h e d e s i g nv e r i ? c a t i o n and a l i d a t i o n p r o c e s s m a y t il i z ed a t a d e v e l o p e di n t h e m a t e r i a l s q u a l i ? c at i o n p r o c e s sw i t hr e s p e c t t o t h e m a t e r i a l s s e l e c t e d f o r t h e e q u i p m e n t .T h e m a t er i a l sq u a l i ? c a t i o n t e s t i n g u s e d i n s u c h p r o c e s s i s i n t e n d e d t od e v e l o p s u c h d a t a f o r u s e a s i n p u t s i n t h e d e s i g n v e r i ? c a ti o nand a l i d a t i o n p r o c e s s t o e n s u r e t h e s u i t a b i l i t y of h e m a t e r ia l sf o r t h e HPHT p p l i c a t i o n . Such d a t a m a y n c l u d e : ( i ) t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e s( s t r e s s - s t r a i nJ - R c u r v e ( J- i n t e g r a lc r a c k e x t e n s i o n ) )o f t h e e q u i p m e n ta t a m b i e n tt o h i g h t e mp e r a t u r e , ( i i )t h e r e s i s t a n c e o f t h e m a t e r i a l t o c o r r o s i o n ( p i tt i n g ,g e n e r a l o r ? o w i n d u c e d ) , ( i i i )t h e r e s i s t a n c e o f t h em a t e r i a l t o c r a c k i n g ( S S C ( s u l ? d e s t r e s sc r a c k i n g ) ,S C C( s t r e s sc o r r o s i o nc r a c k i n g ) ,f a t i g u e ,a th i g h e rt e m p e r a t u r e s ) ,and ( i v )t h e r e s i s t a n c e o f t h e m a t e r i a l t o c r a c k i n g o r o t h e re n h a n c e dm a t e r i a l f a i l u r ed u e t o c u m u l a t i v ep l a s t i c i t ya th i g ht e m p e r a t u r e s ( w h i c h w i l ld e p e n do n t h e a p p l i c a t i o n i f t h ee q u i p m e n ts e x p o s e dt op l a s t i cl o a d i n g ) .

    A s s h o w n i n s t e p 2 2 , t h e d a t a r e l a t i n g t o t h e m a t e r i a lm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s o f t h e s e l e c t e d m a t e r i a l s i s o b t a i n e di nt h e m a t e r i a l s q u a l i ? c a t i o n p r o c e s s f o r a p p l i c a t i o n t o t h ed e s i g n v e r i ? c a t i o n a n d v a l i d a t i o n p r o c e s s . Such m a t e r i a lm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s d a t a a r ed e v e l o p e du s i n g c o m p u t e r

    m o d e l i n g a n do t h e r p h y s i c a lt e s t i n gt e c h n i q u e s .T h em a t e r i a lm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sd a t a d e v e l o p e df r o m s u c h t e s t i n gi n c l u d e t h e e n g i n e e r i n go r t h e t r u e s t r e s s - s t r a i n c u r v e and h eJ-R c u r v e a s s u c h a r e g e n e r a l l y k n o w n n t h e i n d u s t r y . S u c hm a t e r i a l m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s d a t a a r e o b t a i n e df o r t e m p e r at u r e s t h a t may a n ge f r o m 75° . t o 500° . d e p e n d i n g o n h ea p p l i c a t i o n .

    A s n a d d i t i o n a l c h a l l e n g e , t h eHPHT r o d u c t i o n e n v i r o nm e n t m a y n c l u d et h e p r o d u c t i o no f a c i d g a s e s ( c a r b o n d i o xi d e a n d h y d r o g e ns u l ? d e ) w i t h w a t e r . T h i s f a c t o r i s a l s oc o n s i d e r e d a s p a r t o f t h e m a t e r i a l s q u a l i ? c a t i o n p r o c e s s i no r d e r t o d e m o n s t r a t et h a t t h e r e i s n o e d u c t i o ni n t h e m e c h a n ic a l p r o p e r t i e s o f h e m a t e r i a l s a s a r e s u l t o f s u c h c o n d i t i o n s .

    A s s h o w n i n F I G . 2 , u p o n c o m p l e t i o no f t h e t r u e s t r e s ss t r a i n c u r v e and h e J-R u r v e ( o t h e r w i s er e f e r r e d t o i n t h e a r ta s t h e J - i n t e g r a l - c r a c k e x t e n s i o n c u r v e ) o f s t e p2 2 , t h es e l e c t e d m a t e r i a l s a r e s u b j e c t e dt o S S C o t h e r w i s er e f e r r e d t oi n t h e a r t a s s u l ? d e s t r e s s c r a c k i n g ) t e s t s a s s h o w n n s t e p 2 4 .Wi t h r e s p e c t t o c a r b o n s t e e l s ,s u c h t e s t sm a y i n c l u d e t h eMethod A ( N A C E MR0175) a n d / o r M e t h o d D ( N A C EM R 0 1 7 5 ) i n a p p r o p r i a t e e n v i r o n m e n t sa s k n o w n t o o n e o fo r d i n a r y s k i l li n t h e a r t . S i m i l a r l y , f o rCRA o t h e r w i s er e f e r r e d t o i n t h e a r ta s c o r r o s i o nr e s i s t a n t a l l o y s ) m a t e r i a l s ,s u c h m a t e r i a l s a r e s u b j e c t e d t o g a l v a n i c a l l y c o u p l e d t e s ti n g i M e t h o d A (NACE R 0 1 7 5 ) .F o l l o w i n gs u c ht e s t i n gi ns t e p 2 4 , s u c h m a t e r i a l s a r e f u r t h e r s u b j e c t t o SCC e s t s a ss h o w n i n s t e p 2 6 . CRA a t e r i a l s a r e f u r t h e r e v a l u a t e d f o rc o r r o s i o nr e s i s t a n c e u s i n g a u t o c l a v et e s t sa tv a r i o u st e m p e r at u r e s a s k n o w n i n t h e a r t . To v a l i d a t e t h e c o m p o n e n t s w i t hr e s p e c t t oc r a c k i n gr e s i s t a n c e ,t h e c o m p o n e n t ss h o u l df u r t h e r

    20

    25

    30

    35

    40

    45

    50

    55

    60

    6 5

    4be e v a l u a t e d u s i n g a C - r i n g t e s t ,a DCB e s t o r a M e t h o d A

    t y p e ( N A C EM R 0 1 7 5 )t e n s i l et e s ta p p l y i n gp r o t o c o l sa p p l ic a b l e t o t h e HPHT n v i r o n m e n t a s f u r t h e r r e f e r e n c e d i n s t e p

    2 6 . I n s u c h t e s t s ,t h e m a t e r i a l s m u s t e m o n s t r a t er e s i s t a n c e t oc o r r o s i o na n d c r a c k i n g . I f s u c h m a t e r i a l s f a i ls u c h t e s t s ,t h em a t e r i a l s a r e n o t s u i t a b l e f o r u s e i n t h e HPHT n v i r o n m e n t .

    F o l l o w i n gt h e s u c c e s s f u l c o m p l e t i o no f t h e s e t e s t s ,t h e a d d it i o n a l s t e p s s e t f o r t h b e l o w a r e under taken a s f u r t h e r p a r t o ft h e m a t e r i a l s q u a l i ? c a t i o n p r o c e s s .

    T h e c r a c k i n g r e s i s t a n c e o f t h e m a t e r i a l s i s d e t e r m i n e di ne i t h e r s t e p 2 4 o r s t e p 2 6 u s i n g t h e a p p r o p r i a t e S C C a n d / o rSSC e s t s .I n s u c h c r a c k i n gt e s t s ,t h e s t r e s sa n d s t r a i na p p l i e dt o t h e m a t e r i a l s a m p l es h o u l dr e ? e c t t h e a n t i c i p a t e d l o a d i n go n h e equ ipmen t c o m p o n e n t s .T h e e s te n v i r o n m e n t ss h o u l df u r t h e r b e e s t a b l i s h e d t o r e ? e c t t h e a n t i c i p a t e d HPHT o w nh o l e e n v i r o n m e n t s .The t e s t i n g p e r i o d s w i l l v a r y f r o m 30 o9 0 d a y s d e p e n d i n go n h e t e s ta n d m a t e r i a l t y p e .

    I n s t e p 2 8 , i f t h e m a t e r i a l s d o n o t p a s s s u c h t e s t s ,s u c hm a t e r i a l s a r e d e e m e d n o t s u i t a b l e f o r u s e i n t h e HPHT n v ir o n m e n t a n d new a t e r i a l m u s t be iden t i?ed o r u s e n s u c h

    c o m p o n e n t a s s h o w n i n s t e p 3 0 The m a t e r i a l s q u a l i ? c a t i o np r o c e s s s h o u l d t h e n be r e p e a t e d f o r any n e w m a t e r i a l ss e l e c t e d . I f t h e m a t e r i a l s a r e d e t e r m i n e dt o s a t i s f y s u c h t e s t s ,t h e n a d d i t i o n a lm o d e l i n gt e s t i n gi s p e r f o r m e dw i t h r e s p e c t t os u c h m a t e r i a l s a s f u r t h e r d e s c r ib e d b e l o w .

    A s s h o w n i n s t e p 32 o f F I G . 2 , an a d d i t i o n a l t e s t t o bep e r f o r m e di n t h e m a t e r i a l s q u a l i ? c a t i o n p r o c e s s i n c l u d e s t h ea p p l i c a t i o n o f an SSRT e s t ( o t h e r w i s er e f e r r e d t o i n t h e a r ta st h e s l o w s t r a i n r a t e t e s t i n g ) .T h e SSRT s a p p l i e d i n a c c o rd a n c e w i t h p r a c t i c e s k n o w n y t h o s e o f o r d i n a r y s k i l li n t h ea r t .I n s t e p 3 4 , i t i s d e t e r m i n e d w h e t h e ro r n o t s u c h m a t e r i a l sh a v e p a s s e dt h e SSRT e s t .H o w e v e r ,f o r c e r t a i n c o m p o n e n t sw h e r e h e r e i s c u m u l a t i v el o c a l p l a s t i c i z a t i o n a s s h o w n n s t e p3 6 , a d d i t i o n a l t e s t i n g m a y e w a r r a n t e d . I f t h e m a t e r i a l d e mo n s t r a t e s e i t h e r s e c o n d a r y c r a c ki n go r r a t i o ’s t h a t a r e l e s st h a n 0 . 9 t h e n a d d i t i o n a l f a t i g u e t e s t i n g o r r i p p l e SSRT r L C F

    ( o t h e r w i s ek n o w n a s l o w c y c l e f a t i g u e )i n HPHT o w n h o l ee n v i r o n m e n tw i l l be n e c e s s a r ya s s h o w n i n s t e p 38 and s t e p4 0 .

    S u c ht e s t i n gc o n c l u d e st h e m a t e r i a l s q u a l i ? c a t i o n p r o c e s s .T h e m a t e r i a l s q u a l i ? c a t i o n p r o c e s s e n s u r e s t h a t a m a t e r i a lu s e d i n a n e q u i p m e n tc o m p o n e n t a s a s t r e n g t h r e ? e c t i v e o ft h e d e s i g na s s u m p t i o n sf o r t h e H P H Te n v i r o n m e n t .D e s i g nVa l i d a t i o na n d Ve r i ? c a t i o n .

    T h e d e s i g n v a l i d a t i o n and v e r i ? c a t i o n p r o c e s s o f t h ep r e s e n t i n v e n t i o ni s f u r t h e r s h o w n n F I G . 3 and F I G . 4 . T h ed e s i g n v a l i d a t i o n a n d v e r i ? c a t i o n p r o c e s s o f t h e p r e s e n ti n v e n t i o n ,i n t h e p r e f e r r e d e m b o d i m e n t ,i s a p p l i e d t oS C S S V ’ , w e l l h e a d r e e s , B O P ’ , WPC’ a n d t h e r w e l l c o nt r o le q u i p m e n tf o r t h e HPHT n v i r o n m e n t .S u c he q u i p m e n ti sv e r i ? e d a n d v a l i d a t e d p u r s u a n t t o t h e d e s i g n v a l i d a t i o n a n dv e r i ? c a t i o n p r o c e s s f o r o p e r a t i o n a s e i t h e r l o a d b e a r i n g o rp r e s s u r e c o n t a i n i n ge q u i p m e n t ,a n d f o rp o s s i b l e e x p o s u r et ow e l l p r o d u c e d? u i d s , w e l l k i l l? u i d s o r d r i l l i n gc o m p l e t i o n? u i d s i n t h e a c t u a l w e l l e n v i r o n m e n t .

    I n p r e f e r r e d e m b o d i m e n t ,t h e d e s i g nv a l i d a t i o n a n d v e r i ?c a t i o n p r o c e s s c o m p r i s e s , i n a d d i t i o n t o t h e o t h e r s t e p sd e s c r i b e db e l o w,p r i m a r i l y t h r e es t e p s :( i )t h ep e r f o r m a n c e o fa n e l a s t i c - p l a s t i c? n i t e e l e m e n tc o m p u t e rm o d e l , ( i i )a r a t c he t i n ga s s e s s m e n ta n a l y s i sa n d ( i i i )a f a t i g u ea n a l y s i s .S u c ha n a l y s i sw i l lb e p e r f o r m e du s i n gc o m p u t e r m o d e l i n ga p p l ic a t i o n s a s k n o w n i n t h e a r t . I n m a n y e m b o d i m e n t s , s u c ha n a l y s i s w i l l a l s o b e p e r f o r m e di n r e f e r e n c e t o c e r t a i n p r e s e tl o a d combina t i ons o n a g l o b a l b a s i s t o t h e e q u i p m e n t comp o n e n t a s w e l l a s o n a l o c a l i z e d b a s i s o n p a r t i c u l a r s u r f a c e sa n d c o n t o u r so f h e e q u i p m e n tc o m p o n e n t s i n g s u r f a c e a r e a s

  • 8/9/2019 US Patent 8688418

    8/14

    US 8 , 6 8 8 , 4 1 8B25

    d e ? n e d s i n g a m e s h e ? n i t i o n . T h e m e s h e ? n i t i o n m a y bef u r t h e r r e ? n e d a s p a r t o f t h e p r o c e s s a s f u r t h e r d e s c r i b e db e l o w .

    I n d e v e l o p i n gt h e p r e s e t l o a d c o n d i t i o n s f o r s u c h a n a l y s i s ,a l ll o a d c o m b i n a t i o n s( e .g . s t a t i c ,t r a n s i e n t ,o r c y c l i c ) t h a tt h ee q u i p m e n t m a y b e s u b j e c t t o i n t h e HPHT n v i r o n m e n ta r ec o n s i d e r e d . T h e p r e s e t l o a d c o n d i t i o n s a r e t h u s a s e t o f r ed e ? n e d l o a d s t o b e u s e d f o r t h e d e s i g n v e r i ? c a t i o n and a l id a t i o n o f l l e q u i p m e n tc o m p o n e n t ss u b j e c t e dt o t h e d e s i g nv e r i ? c a t i o n and v a l i d a t i o n p r o c e s s i n o r d e r t o m o d e l t h eHPHT e n v i r o n m e n t . P o s s i b l e l o a d s a r e c o n s i d e r e d a n dd e ? n e d o r p u r p o s e s o ft h e m o d e l i n gand n c l u d e l o a d sr e l a ti n g t o p l a n n e da n d u n p l a n ne da c t i v i t i e sd u r i n g t h e l i f eo f t h ew e l l ,p o s t - m a n u f a c t u r i n gl o a d s a n d r o u t i n e t e s t i n g l o a d s .S u c h t e s t i n gl o a d s m a y i n c l u d e m a n u f a c t u r i n gt e s t i n ga n dm o n t h l y SSV ( s u b s u r f a c ev a l v e )t e s t i n g .T h e u n p l a n n e da c t i v i t i e si n c l u d e w e l l r e s e r v o i r m a n a g e m e n t ,s u r f a c e r e p a i r ,s u b s u r f a c e r e p a i r ,p r o d u c t i o n o r e q u i p m e n t p r o b l e m st h a tr e s u l ti n c e s s a t i o n o f p r o d u c t i o n , w e a t h e r i n d u c e de v e n t s ,s t i m u l a t i o n c t i v i t i e sa n d p e r i o d i c t e s t i n gs c e n a r i o s .The o t a ln u m b e r f c y c l e s a n d l o a d a m p l i t u d e sa r e d e ? n e du s i n g l l t h ea n t i c i p a t e d a c t i v i t i e so n h e w e l l b o r et h a t w i l l c a u s e c h a n g e si nt e m p e r a t u r ea n d p r e s s u r e . F o l l o w i n g s u c hl o a d d e ? n i t i o n s ,t h e t a b l e s( K D 2 3 0 . 4 a n d K D - 2 3 0 . 2 )f r o m ASME e c t i o nV I I I , D i v i s i o n 3 a r e u t i l i z e d t o e s t a b l i s h t h e m u l t i p l i e r s , ands u c h t a b l e s a r e h e r e b y i n c o r p o r a t e db y r e f e r e n c e i n t ot h i sa p p l i c a t i o n .

    T h e l o a d c a s e combina t i ons a n d l o a d f a c t o r s u s e d t od e v e l o p t h e p r e s e t l o a d c o n d i t i o n s a r e f u r t h e r d e s c r i b e d i nT a b l e 1 s e t f o r t h b e l o w .

    TABLE

    Load C a s e C o m b i n a t i o n s and Load F a c t o r s f o r a n E l a s t i c — P l a s t i cA n a l y s i sD e s i g n C o n d i t i o n s S e e N o m e n c l a t u r e i n Table 2

    C r i t e r i a R e q u i r e dF a c t o r e d Load C o m b i n a t i o n s

    G l o b a lC r i t e r i a 1 ) 1 . 8 ( P + P S + D )2 ) 1 . 5 8 ( P+ P S + D T ) + 2.03L3) 1 . 5 8 ( P+ P S + D ) + m a x [ 1 . 2 8 L ,0 .6 5W]4 ) 1 . 5 8 ( P+ P S + D ) + 1 . 2 8 W + 1 . 2 8 L5 ) 1 . 5 8 ( P+ P S + D ) + 1 . 2 8 E+1 .28L1 . 2 8 ( P+ P S + D)P e r S p e c i ? c a t i o n

    L o c a l C r i t e r i aS e r v i c e a b i l i t y C r i t e r i a

    F u r t h e r , i nd e v e l o p i n g s u c hp r e s e tl o a d c o n d i t i o n s ,t h e l o a dd e s c r i p t i o n s f u r t h e r d e s c r i b e d i n T a b l e 2 a r e c o n s i d e r e d a st h o s e l o a d s t h a t a r e a n t i c i p a t e d t o be a p p l i c a b l e t o t h e HPHTe n v i r o n m e n ta n d p r i m a r i l y r e l a t et o t e m p e r a t u r e , p r e s s u r ea n d w e i g h t l o a d i n g c o n d i t i o n s . A s u r t h e rd e s c r i b e d b e l o w,s u c h l o a d co m bi n a t i ons a r e i n t e n d e d t o s i m u l a t e v a r i o u sc i rc u m s t a n c e s t h a t may c c u r i n t h e HPHT n v i r o n m e n t .

    TABLE

    L o a dD e s c r i p t i o n s

    D e s i g nLoadP a r a m e t e r D e s c r i p t i o n

    I n t e r n a l a n d e x t e r n a l d e s i g n p r e s s u r eS t a t i c h e a d f r o m l i q u i d o r b u l k m a t e r i a l s

    D Dead e i g h t o f t h e c o m p o n e n t ,c o n t e n t s , a n d a p p u r t e n a n c e sa t t h e l o c a t i o n o f n t e r e s t ,i n c l u d i n g t h e f o l l o w i n g :We i g h to f c o m p o n e n ti n c l u d i n gi n t e r n a l s ,s u p p o r t s( e . g . s k i r t s ,l u g s ,s a d d l e s ,a n d l e g s ) ,a n d a p p u r t e n a n c e s( e . g .p l a t f o r m s ,l a d d e r s ,e t c . )R e f r a c t o r yl i n i n g s ,i n s u l a t i o nS t a t i cr e a c t i o n s f r o mt h e w e i g h t o f a t t a c h e d e q u i p m e n t ,s u c h a s m o t o r s , m a c h i n e r y ,o t h e r c o m p o n e n t s , a n dp i p i n g

    20

    25

    30

    35

    40

    45

    50

    55

    60

    6 5

    6TABLE - c o n t i n u e d

    Load D e s c r i p t i o n s

    D e s i g nLoadP a r a m e t e r D e s c r i p t i o n

    L A p p u r t e n a n c eL i v e l o a d i n gE f f e c t s o f ? u i d m o m e n t u m ,s t e a d y s t a t ea n d t r a n s i e n tLoads d u e t o “ w o r s t c a s e ”w a v e a c t i o n ( p l a t f o r m m o t i o n , e t c . )W i n d LoadsI s t h e s e l f — r e s t r a i n i n gl o a n c a s e ( i . e .t h e r m a l l o a d s ,a p p l i e dd i s p l a c e m e n t s ) .T h i s l o a d c a s ed o e s n o t t y p i c a l l y a f f e c t t h ec o l l a p s e l o a d , b u t s h a l l b e c o n s i d e r e din c a s e s w h e r e l a s t i cf o l l o w — u p c a u s e ss t r e s s e s t h a t do n o t r e l a x s u f ? c i e n t l y t or e d i s t r i b u t e t h e l o a d w i t h o u t e x c e s s i v e d e f o r m a t i o n .

    EW

    T

    O n c e h e p r e s e t l o a d c o n d i t i o n sa r e p r e d e ? n e d ,t h e d e s i g nv e r i ? c a t i o nand a l i d a t i o n p r o c e s s i n v o l v e s t h e s t e p s s h o w ni n F I G . 3 . A s s h o w n i n s t e p 5 0 o f F I G . 3 , t h e e q u i p m e n tc o m p o n e n t sa r e a n a l y z e df o r s t a t i cs t r e n g t h u s i n g a n e l a s t i cp l a s t i c? n i t e e l e m e n tm o d e l .The l a s t i c - p l a s t i c? n i t e e l e m e n tm o d e l i s o f t e n r e f e r r e d t o a s t h e “FEA”. T h e e l a s t i c - p l a s t i c

    ? n i t e e l e m e n tm o d e la n a l y z e st h e e q u i p m e n tc o m p o n e n t sf o rg l o b a l s t a t i cs t r e n g t h a n d f o r l o c a lp l a s t i c i t yi n a c c o r d a n c ew i t h t h e p r e s e t l o a d c o n d i t i o n s .

    T h e e l a s t i c - p l a s t i c? n i t e e l e m e n t m o d e l i s c o n s t r u c t e db a s e d o n h e m e t h o d g e n e r a l l y d e s c r i b e dand k n o w n by o n es k i l l e d i n t h e a r t i n ASME e c t i o n V I I I , D i v i s i o n 3 , 2010E d i t i o n ( t h r o u g ht h e 2 0 1 A d d e n d a ) ,p a r a g r a p hK D - 2 3 1 ,a n dw h i c hi s h e r e b y i n c o r p o r a t e db y r e f e r e n c e i n t ot h i sa p p l i c at i o n .A l s o , i n t h e r u n n i n go f t h e m o d e l o d e t e r m i n ea n y i s s u e sr e l a t i n g t o t h e p l a s t i c i t yo f t h e i n s i d e c o m e r s ,n o t c h e so r a n yo t h e r s o u r c e o f t r e s s c o n c e n t r a t i o ni n t h e e q u i p m e n t c o m p on e n t , t h e e l a s t i c - p l a s t i c ? n i t e e l e m e n tm o d e l s b a s e d o n t h em e t h o d sd e s c r i b e di n ASME e c t i o n V I I I , D i v i s i o n3 , 2010E d i t i o n ( t h r o u g ht h e 2 0 1 A d d e n d a ) ,p a r a g r a p hK D - 2 3 2 ,a n ds u c hd e s c r i p t i o ni sh e r e b yi n c o r p o r a t e db y r e f e r e n c e i n t ot h i s

    a p p l i c a t i o n .A l s o , n o n l i n e a rg e o m e t r ys h a l lb e u s e d i n s u c hmode l in g and l l c o m p o n e n t s h a l lb e m o d e l e d a s e d o n h e i rc o n ? g u r a t i o ni n c l u d i n g a n y a n t i c i p a t e dc l a d d i n g ,w e l do v e rl a y a n d i n t e g r a ll i n e r s .I n a s s u m i n gt h e l e a s tf a v o r a b l ec o mb i n a t i o n o f d i m e n s i o n a lt o l e r a n c e s f o r e a c h c o m p o n e n t ,s u c hc o m b i n a t i o n i s s e l e c t e d f r o m t h e r a n g e s p e c i ? e d i n t h ed e s i g n , f o re x a m p l e , f o r a c y l i n d r i c a lp a r t ,t h e m a x i m u mo u t s i d e d i a m e t e r and t h e m i n i m u mw a l l t h i c k n e s s s h a l l beu s e d .

    The t e po f s e t t i n gt h e i n i t i a lm e s h d e n s i t y o f t h e c o m p on e n t f o r t h e p u r p o s e s o ft h e p r o c e s s i s a l s o i n c l u d e di n s t e p 5 0 .I n s t e p 5 2 , i t i s d e t e r m i n e dwhethe r o r n o t t h e i n i t i a lm e s hd e n s i t y i s a d e q u a t ef o rp u r p o s e so f c o n t i n u i n gt h e a n a l y s i s . I ft h e i n i t i a lm e s h d e n s i t y i s n o t a d e q u a t e , a n e w m e s h r e ? n em e n t i s s e l e c t e d and s t e p 5 0 i s r e - p e r f o r m e d . I f t h e i n i t i a lm e s h d e n s i t y i s a d e q u a t e , t h e e l a s t i c - p l a s t i c? n i t e e l e m e n tm o d e l i s r un a s s h o w n i n s t e p 5 4 t o d e t e r m i n e w h e t h e r t h em o d e l r e s u l t s i n a s t a b l e m o d e l c o n v e r g e n c e base d o n l l o ft h e p r e s e t l o a d c o n d i t i o n sw i t h t h e a p p r o pr i a t e l o a df a c t o r s .I ft h e m o d e l s n o t s t a b l e ,t h e d e s i g n o r g e o m e t r y o ft h e e q u i pm e n t c o m p o n e n t m u s t be r e ? n e d a s s h o w n i n s t e p 5 5 ands t e p s 50 and 5 2 a r e r e p e a t e d w i t h r e s p e c t t o t h e n e w d e s i g na n d g e o m e t r y .

    I f t h e m o d e l i s s t a b l e f o r a l l p r e s e t l o a d c o n d i t i o n s , t h e ns t e p5 8 i s p e r f o r m e d .A s s h o w n n s t e p5 8 , t h e m e s h e n s i t y i np o r t i o n s o f t h e e q u i p m e n tc o m p o n e n tt h a td e m o n s t r a t el o c a lp l a s t i c i t yi s f u r t h e r s t u d i e d a n d r e ? n e d . A l t h o u g ho t h e rr e ? n e m e n t p a r a m e t e r s m a y b e s e l e c t e d ,i n t h e p r e f e r r e de m b o d i m e n t ,t h e m e s h r e ? n e m e n tp r o c e s s i n c l u d e s r e ? n em e n t o f t h e i n i t i a lm e s h d e n s i t y by a f a c t o r o f 2 . The m e s h

  • 8/9/2019 US Patent 8688418

    9/14

    US 8 , 6 8 8 , 4 1 8B27

    r e ? n e m e n tp r o c e s s a l s o r e q u i r e s a c h a n g ei n t h e p l a s t i c s t r a i ne x p e r i e n c e db y t h ep o r t i o n o f h ee q u i p m e n tc o m p o n e n tf r o mt h e r e?ned m e s h t o be l e s s t h a n a c e r t a i n p r e - s e l e c t e d m e s hr e ? n e m e n tp e r c e n t a g e c h a n g e .D e p e n d i n go n t h e c i r c u ms t a n c e s ,a n d i n v a r i o u s e m b o d i m e n t s ,t h e p r e - s e l e c t e dm e s hr e ? n e m e n tp e r c e n t a g ec h a n g ei nt h e p l a s t i cs t r a i nt h a t w i l lb e

    a c c e p t a b l e w i l l r a n g e f r o m e s st h a n 5 o l e s st h a n 2 . T h ep r e - s e l e c t e d m e s h r e ? n e m e n tp e r c e n t a g e c h a n g ei s s e l e c t e df r o m h e l e s s t h a n 5 o l e s s t h a n 2 ange based o n w h e t h e rt h e a c c e p t a n c e c r i t e r i ar e l a t e st o g l o b a l o r l o c a l s t r e n g t he v a l u a t i o n w i t h r e s p e c t t o t h e e q u i p m e n tc o m p o n e n tb e i n ga n a l y z e d . I ns t e p 6 0 , i t i s d e t e r m i n e dw h e t h e rt h e m e s h d e ns i t yi s a d e q u a t ea s a r e s u l t o f s u c hm e s h e ? n e m e n t r o c e s s . I ft h e m e s h e n s i t y i s n o t a d e q u a t e , t h em e s h e n s i t y i s f u r t h e rr e ? n e db y r e p e a t i n g s t e p5 8 .I ft h e m e s h e n s i t y s d e t e r m i n e dt o b e a d e q u a t e , t h e n s t e p6 2 i s p e r f o r m e d .

    I n s t e p 6 2 ,a n e l a s t i c - p l a s t i c? n i t e e l e m e n tm o d e la n a l y s i so f l l t h e h i g h l y s t r e s s e d l o c a t i o n s o f t h e e q u i p m e n tc o m p on e n t i d e n t i ? e d by t h e m o d e l i s p e r f o r m e dt o d e t e r m i n et h es t r a i n l i m i t d a m a g e .T h e u r v e s u s e d a s i n p u t t o s u c h a n a l y s i sm a y e g e n e r a t e d u s i n gt h e m e t h o d k n o w n by o n e s k i l l e di nt h e a r tand e s c r i b e d i n ASME e c t i o n V I I I , D i v i s i o n , 2 0 1 0E d i t i o n ( t h r o u g ht h e2 0 1 1 A d d e n d a ) , p a r ag r a phK D - 2 3 1 . 4 ,a n d t h e d e s c r i p t i o no f s u c hm e t h o ds h e r e b yi n c o r p o r a t e db yr e f e r e n c e i n t o t h i sa p p l i c a t i o n . I n l l c a s e s , t h e c u r v e s s h a l l bea d j u s t e dt o t h e m i n i m u m p e c i ? e dy i e l d s t r e n g t h .I ft h e s t r a i nl i m i tdamage e s u l t i n gf r o ms u c h a n a l y s i s f o rt h e l o c a t i o n i sl e s st h a n a n a c c e p t a b l e s e t s t r a i nl i m i t d a m a g e a m o u n t ,t h e nt h e p r o c e s s i s c o n t i n u e da n d s t e p 6 4 i s p e r f o r m e d .F o r p u rp o s e s o f t h e p r e f e r r e d e m b o d i m e n t o f t h e p r o c e s s o f t h ep r e s e n t i n v e n t i o n , t h e s e ts t r a i nl i m i t d a m a g e a m o u n t s s e t a t1 , b u t o t h e r amounts m a y e s e l e c t e d f o r t h e a c c e p t a b l e s t a i nl i m i t d a m a g e a m o u n t n o t h e r e m b o d i m e n t s .I ft h e s t r a i n l i m i td a m a g e i s n o t l e s st h a n 1 , t h e a c c e p t a n c e c r i t e r i aa r e n o ts a t i s ? e d a n d t h e l o c a lg e o m e t r yf o r t h e e q u i p m e n tc o m p o n e n ti s f u r t h e r m o d i ? e d a s s h o w n n s t e p 6 5 .

    At s t e p 6 7 , i t i s f u r t h e r d e t e r m i n e dw h e t h e r m o d i ? c a t i o n st o t h e g e o m e t r yf o r t h e e q u i p m e n tc o m p o n e n t m u s t b e p e rf o r m e d o a c h i e v e s t r a i n l i m i t d a m a g e h a t i s l e s s t h a n t h e s e ts t r a i n l i m i t d a m a g e m o u n t .I f o n l y a modi?ca t ion o t h e l o c a lg e o m e t r yf o rt h e e q u i p m e n tc o m p o n e n ts r e q u i r e d ,s t e p s5 8a n d 6 2 a r e r e p e a t e d . I ft h e g l o b a l g e o m e t r yf o r t h e e q u i p m e n tc o m p o n e n t m u s t be m o d i ? e d a s d e t e r m i n e di n s t e p 6 7 , t h e ns t e p 5 0 i s r e - p e r f o r m e da n d t h e p r o c e s s s t e p so f 5 0 t h r o u g h6 2m u s t b e r e - p e r f o r m e d w i t hr e s p e c t t o t h e m o d i ? e d g l o b a lg e o m e t r yt o e n s u r e s u i t a b i l i t yo f t h e e q u i p m e nt c o m p o n e n t .

    I n s t e p 6 4 ,t h e e q u i p m e n tc o m p o n e n ti s m o d e l e du s i n g a ne l a s t i c - p e r f e c t l yp l a s t i cm a t e r i a l .A a t c h e t i n g a s s e s s m e n ti sp e r f o r m e d s a s t e p i n t h e p r o c e s s o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n a si n d i c a t e d i n s t e p 6 6 . The a t c h e t i n g a s s e s s m e n ti s a p p l i e d t oa l le q u i p m e n tc o m p o n e n t st h a te x h i b i t l o c a lp l a s t i c i t ya t t h em a x i m u m ( w o r s t c a s e ) c o m b i n a t i o n o fp r e s e t l o a d c o n d it i o n s . The p u r p o s eo f s u c h r a t c h e t i n g a s s e s s m e n ti s t o d e t e rm i n e t h e r e s i s t a n c e o f t h e e q u i p m e n tc o m p o n e n t t o s u c hr a t c h e t i n g . The a t c h e t i n g a s s e s s m e n ti s p e r f o r m e di n a c c o rd a n c e w i t h t h e m e t h o d i n ASME e c t i o n V I I I , D i v i s i o n3 ,2 0 1 0 E d i t i o n ( t h r o u g h t h e 2 0 1 1 A d d e n d a ) p a r a g r a p hK D - 2 3 4 ,a n d t h e d e s c r i p t i o n o f s u c h m e t h o d s h e r e b yi n c o rp o r a t e d b y r e f e r e n c e i n t ot h i sa p p l i c a t i o n .I n t h er a t c h e t i n ga s s e s s m e n t ,t h e p r e s e t l o a d c o n d i t i o n ss e q u e n c ei s a p p l i e d t ot h e e q u i p m e n tc o m p o n e n t n t h e m o d e l t l e a s t5 t i m e s i n t h ep r e f e r r e d e m b o d i m e n t .I t i s r e c o g n i z e dt h a ts u c h l o a d c o n d it i o n s c o u l db e a p p l i e d i n l e s s e r o r g r e a t e r a m o u n t so f c y c l e s i no t h e r e m b o d i m e n t s .T h e p r e s e n t i n v e n t i o n v a r i e s f r o m t h ep r o v i s i o n so f ASME e c t i o n V I I I , D i v i s i o n3 , 2 0 1 0E d i t i o n( t h r o u g ht h e 2 0 1 1A d d e n d a ) w h i c ho n l y s p e c i ? e s t h a ts u c h

    20

    25

    30

    35

    40

    45

    50

    55

    60

    6 5

    8r a t c h e t i n g a s s e s s m e n ts h a l li n v o l v e t h e a p p l i c a t i o no f s u c hp r e s e t l o a d c o n d i t i o nsf o r a m i n i m u m f 3 c y c l e s .

    I n s t e p 6 8 ,i t i s d e t e r m i n e dw h e t h e rt h e r a t c h e t i n g c r i t e r i ah a v e b e e n s a t i s ? e d a s a r e s u l t o f h e r a t c h e t i n g a s s e s s m e n t .These r i t e r i aa r e s e t f o r t h inASME e c t i o n V I I I , D i v i s i o n3 ,2 0 1 0 E d i t i o n ( t h r o u g h t h e 2 0 1 1 A d d e n d a ) ,p a r a g r a p hK D - 2 3 4 ,a n d s u c h c r i t e r i aa r e h e r e b y i n c o r p o r a t e db y r e f e re n c e i n t o t h i s a p p l i c a t i o n . F o r an equ ipmen t c o m p o n e n t t os a t i s f a c t o r i l yc o m p l e t et h e r a t c h e t i n ga s s e s s m e n t ,t h em o d e lm u s t v i d e n c et h a t t h e c o m p o n e n t a s s a t i s ? e d a t l e a s t o n e o ft h e f o l l o w i n gr a t c h e t i n g c r i t e r i a :( i )a c o n d i t i o no f n o p l a s t i ca c t i o n i n t h e c o m p o n e n t , o r ( i i ) a c o n d i t i o nw h e r e an e l a s t i cc o r e e x i s t s a t t h e p r i m a r yl o a d b e a r i n gboundary o f t h e c o mp o n e n t , o r ( i i i ) a c o n d i t i o n i n w h i c h t h e r e i s n o p e r m a n e n tc h a n g e i n t h e d i m e n s i o n so f t h e c o m p o n e n t .I t i s n e c e s s a r yo n l y t h a to n e o f t h e s e c r i t e r i ad e s c r i b e di n ( i ) ,( i i ) o r ( i i i )b es a t i s ? e d t o c o m p l e t e t h e r a t c h e t i n g a s s e s s m e n t . A u r t h e rd i s c u s s i o n o f e a c h o f t h e s e c r i t e r i ai s d e s c r i b e d b e l o w .

    The r s tr a t c h e t i n g c r i t e r i o ni n v o l v e sd e t e r m i n i n gw h e t h e ro r n o t t h e r e i s n o p l a s t i c a c t i o n ( i . e . z e r o p l a s t i c s t r a i n si n c u r r e d ) i n t h e c o m p o n e n t .I ft h i ss i t u a t i o n e x i s t sf o r t h e ? r s ta p p l i c a t i o n o f a l o a d , t h e r a t c h e t i n g a s s e s s m e n ti s n o t n e e d e d ,s i n c e t h e c o m p o n e n t w o u l d o t h a v ee x h i b i t e dl o c a l p l a s t i c i t ya t t h e m a x i m u m w o r s t c a s e ) c o m b i n a t i o no f t h e p r e s e t l o a dc o n d i t i o n s , w h i c hw o u l dh a v ee x e m p t e dt f r o mt h e r a t c h e t i n ga s s e s s m e n to f s t e p 6 6 . However, i t i s common o r c o m p on e n t s t o e x h i b i t p l a s t i c i t y o n h e ? r s t a p p l i c a t i o n o f t h e l o a d s ,b u t t o “ s h a k e d o w n ” a f t e r o n e a p p l i c a t i o n o f t h e l o a d , s u c ht h a t s u b s e q u e n tl o a d s d o n o t r e s u l ti n a d d i t i o n a l p l a s t i cs t r a i n .T h i s s i t u a t i o n c a n b e i l l u s t r a t e dby h e a u t o f r e t t a g e p r o c e s s i na t h i c k w a l l c y l i n d e r , i n w h i c h i e l d i n g a t t h e b o r e s u r f a c e o ft h e c y l i n d e r o c c u r s a t t h e a u t o f r e t t a g e p r e s s u r e . W h e n t h ep r e s s u r e i s r e d u c e dt o a m b i e n t ,t h e b o r e i s p l a c e d i n c o m p r e ss i o n by t h e e l a s t i cc o n t r a c t i o n o f t h e o u t e r p o r t i o n o f t h ec y l i n d e r . I ft h e b o r e d o e sn o t “ r e v e r s e y i e l d ” i n c o m p r e s s i o nw h e n h e p r e s s u r e i s r e m o v e d ,s u b s e q u e n tp r e s s u r e c y c l e s t oa p r e s s u r e a t o r b e l o w t h e a u t o f r e t t a g e p r e s s u r e w i l l r e s u l t i n

    a mono ton i c , l i n e a r i n c r e a s e i n t h e s t r e s s a t t h e b o r e w i t h n oa d d i t i o n a lp l a s t i c a c t i o n .T h e s e c o n d r a t c h e t i n g c r i t e r i o ni n v o l v e s d e t e r m i n i n g

    w h e t h e r o r n o t t h e r e i s an e l a s t i c c o r e i n t h e p r imary l o a db e a r i n g b o u n d a r yo f t h e c o m p o n e n t .T o c o n t i n u e w i t h t h ea b o v ee x a m p l e ,i f t h e c y l i n d r i c a l c o m p o n e n t had v e r y t h i c kw a l l , and w a s s u b j e c t e dt o a v e r y h i g h a u t o f r e t t a g e p r e s s u r e ,t h e b o r e m i g h t y i e l d i n c o m p r e s s i o nw h e n t h e p r e s s u r e i sr e d u c e dt o a m b i e n t . I n t h a t c a s e , t h e b o r e w i l l y i e l d a g a i n i nt e n s i o n w h e n h e c o m p o n e n t s p r e s s u r i z e db a c kt o t h e a u t o fr e t t a g ep r e s s u r e . T h i s c y c l i cp l a s t i c i t yw i l lc o n t i n u ew i t h e a c hs u b s e q u e n tp r e s s u r e c y c l e . A l t h o u g h h i si s a c o n c e r nf o r t h ed e s i g nf a t i g u e l i f e ,i t i s n o t a r a t c h e t i n g c o n d i t i o nb e c a u s et h eo u t e r p o r t i o n o f t h e c y l i n d e r r e m a i n s e l a s t i c a ta l lt i m e s . T h ee l a s t i cp o r t i o n p r e v e n t s p r o g r e s s i v ep l a s t i cd e f o r m a t i o n( r a t c h e t i n g ) o f t h e m a t e r i a l a t t h e b o r e .

    The t h i r dr a t c h e t i n g c r i t e r i o ni n v o l v e s d e t e r m i n i n gt h a tt h e r e i s n o t a permanen t change i n t h e o v e r a l l d i m e n s i o n so ft h e c o m p o n e n t .T h i s c a n b e d e m o n s t r a t e dby d e v e l o p i n gap l o t o f r e l e v a n t c o m p o n e n t d i m e n s i o n sv e r s u s t i m e b e t w e e nt h e l a s t and t h e n e x t t o t h e l a s t c y c l e . T h e t e r m “ o v e r a l ld i m e n s i o n s ”s h o u l d be i n t e r p r e t e d t o m e a n any d i m e n s i o n ss u c h a s d i a m e t e r , o v e r a l l l e n g t h , ? a t n e s s o f ? a t h e a d s ando t h e r ? a t c o m p o n e n t s .N o t e t h a t FEA r o g r a m s w i l l g i v es m a l l c h a n g e si n d i m e n s i o n sf r o m one y c l e t o t h e n e x t w h e np l a s t i c i t yi s i n v o l v e db e c a u s eo f d i f f e r e n c e s i n l o a d i n c r e m e n tand n u m e r i c a lr e s o l u t i o n i n t h e s o l v e r . T h i s s h o u l dbe c o ns i d e r e d w h e n d e c i d i n g w h e t h e rt h e r e i s a p e r m a n e n t c h a n g ei n t h e o v e r a l l d i m e n s i o n s . A s a m i n i m u m , d i m e n s i o n a lc h a n g e sd u r i n g t h e5 c y c l e so f t h e a p p l i c a t i o no f t h e p r e s e t

  • 8/9/2019 US Patent 8688418

    10/14

    US 8 , 6 8 8 , 4 1 8B29

    l o a d c o n d i t i o n s s h a l l n o t be g r e a t e r t h a n t h e d i m e n s i o n a lt o l e r a n c e s o n h e m a n u f a c t u r i n gd r a w i n g s .

    I f t h e r a t c h e t i n g c r i t e r i aa r e a c h i e v e d , t h ef a t i g u ea n a l y s i ss h o w n s s t e p 76 and u r t h e r d e s c r i b e di n F I G . 4 i s p e r f o r m e d .

    A s s h o w n n s t e p 7 0 , i f a tl e a s t o n e o f t h e r a t c h e t i n g c r i t e r i aa r e n o t m e t , t h e a n a l y s i s m a y e r e p e a t e d u s i n gt h e c y c l i c t r u es t r e s s i s tr a i n c u r v e s f o r t h e m a t e r i a l s u s e d i n c o n s t r u c t i o n .T h e s e c u r v e s m a y e g e n e r a t e d u s i n gt h e m e t h o d i n ASMES e c t i o n V I I I ,D i v i s i o n 3 , 2 0 1 0 E d i t i o n ( t h r o u g ht h e 2 0 1 1A d d e n d a ) ,p a r a g r a p h K D - 3 6 0 ,a n d s u c h m e t h o di s h e r e b yi n c o r p o r a t e db y r e f e r e n c e i n t ot h i sa p p l i c a t i o n .I f t h e t y p e o fm a t e r i a l u s e d n c o n s t r u c t i o n d o e s n o t m a t c h any of h e m a t er i a l sr e f e r e n c e d i n t h e t a b l e s a s s o c i a t e d w i t h t h o s e p a r ag r a p h s , c y c l i c c u r v e s s h a l lb e g e n e r a t e d f o r t h e m a t e r i a l s .

    A f t e r a p p l i c a t i o n o f s u c h c u r v e s , t h e r a t c h e t i n g a s s e s s m e n ti s r e - a p p l i e d a s s h o w n n s t e p 72 and d e t e r m i n a t i o nm a d e st o w h e t h e r t l e a s t o n e o f h e r a t c h e t i n g c r i t e r i ai s m e t n s t e p7 4 . I f a t l e a s t one o f t h e r a t c h e t i n g c r i t e r i ai s n o t m e t , t h ed e s i g n o r geomet ry o f t h e c o m p o n e n t m u s t be m o d i ? e d a ss h o w n i n s t e p 5 5 . I f a t l e a s t o n e o f t h e r a t c h e t i n g c r i t e r i ai sm e t , t h e n t h e f a t i g u e a n a l y s i s s h o w n s s t e p 76 and s f u r t h e rd e s c r i b e di n F I G . 4 i s p e r f o r m e d .

    W i t h r e f e r e n c e t o F I G . 4 , t h e f a t i g u e a n a l y s i s ,w h i c hi n c l u d e s a f r a c t u r e a n a l y s i s , o f h e p r e s e n t i n v e n t i o ni s n o wd e s c r i b e d . The f a t i g u e a n a l y s i s o f F I G . 4 , i n a d d i t i o n t o t h eo t h e r s t e p s d e s c r i b e d b e l o w ,i s b a s e d o n f r a c t u r e mechan icsa l g o r i t h m sg e n e r a l l y d e s c r i b e di nASME e c t i o n V I I I ,D i v is i o n 3 , A r t i c l e K D - 4 a n d A P I 5 7 9 - 1 / A S M E F F S - 1 ,a n d s u c hf r a c t u r em e c h a n i c sa l g o r i t h m s a r eh e r e b y i n c o r p o r a t e db yr e f e r e n c e i n t ot h i sa p p l i c a t i o n .

    I n s t e p 7 8 ,t h e p r o c e s s i s c o m m e n c e db y e s t a b l i s h i n g t h em i n i m u m e t e c t a b l e?aw i z ea t f a t i g u es e n s i t i v ep o i n t sb yNDE e t h o d o l o g yc o n d u c t e dd u r i n g t h e QA r o c e s s . S u c ha s s u m e d ? a w s o r t h e f a t i g u e a n a l y s i s s h a l lb e n o s m a l l e rt h a nt h e s m a l l e s t ? o w h a t can be e m o n s t r a t e dt o b e d e t e c t a b l ebyt h e NDE e t h o d o l o g y .The NDE e t h o d o l o g yi s e i t h e rt h eo n e d e l i n e a t e d i n ASME e c t i o n V I I I , D i v i s i o n 3 , A r t i c l e

    K E - 3 ,o r s u c h o t h e r a d v a n c e dm e t h o d o l o g i e sa s a p p r o p r i a t ef o r t h e c o m p o n e n t s a s k n o w n n t h e a r t .S u c h NDE e t h o do l o g y s h a l lb e a p p l i e d t o e n s u r e t h a t t h e s m a l l e s t ? a w i sd e t e c t e d i n t h e c o m p o n e n t ,a n d s u c h NDE e t h o d o l o g yd e s c r i p t i o n sa r eh e r e b y i n c o r p o r a t e db y r e f e r e n c e i n t ot h i sa p p l i c a t i o n .

    F o l l o w i n gs t e p 7 8 , f r a c t u r e a n a l y s i s , r e f e r r e d t o a s a L e v e lI I a n a l y s i s ( a sp e r t h e API 579 /ASMEF F S - 1d e ? n i t i o n ( a n dh e r e b yi n c o r p o r a t e db y r e f e r e n c e ) ,i s p e r f o r m e da si n d i c a t e di ns t e p8 0 . S u c hf r a c t u r e a n a l y s i s i s p e r f o r m e dw i t h r e s p e c t t ot h e e q u i p m e n tc o m p o n e n tt o d e t e r m i n ew h e t h e r t h e e q u i pm e n t c o m p o n e n t s a t i s ? e s c e r t a i n f r a c t u r e c r i t e r i a .Such r a ct u r e c r i t e r i a a r e b a s e d o n minimum ?aw s i z e c r i t e r i a a n de s t a b l i s h e dt o u g h n e s sd a t a . I ft h e e q u i p m e n tc o m p o n e n tf a i l ss u c h a n a l y s e s a t h y d r o s t a t i ct e s tl o a d s 8 2 ,d e s i g n c h a n g e ss h a l l b e m a d e t o t h e equ ipmen t c o m p o n e n t a s i n d i c a t e d i ns t e p8 3 . I f s u c h d e s i g nc h a n g e sa r e m i n o r , o n l yt h e f r a c t u r e /f a t i g u e a n a l y s i so f s t e p7 6 i s p e r f o r m e d . I f s u c h d e s i g nc h a n g e s a r e m a j o r , t h e n t h e e l a s t i c - p l a s t i c? n i t e e l e m e n tm o d e l f s t e p 5 0 i s r e - p e r f o r m e da n d t h e e n t i r ep r o c e s s o f s t e p5 0 t h r o u g hs t e p7 6 i s r e p e a t e d . A l s o , i f t h e e q u i p m e n tc o mp o n e n t d o e sn o t f a i l t h e f r a c t u r e a n a l y s i s i n s t e p 8 2 , t h ee q u i p m e n tc o m p o n e n ts f u r t h e ra n a l y z e df o r f a t i g u ed a m a g ea t f a t i g u e s e n s i t i v el o c a t i o n s i ns t e p 8 4 . S u c hf a t i g u e s e n s i t i v el o c a t i o n s a r e t h o s e l o c a t i o n s t h a t have a t o t a l peak v o n M i s e ss t r e s s r a n g e a t a n o d e f r o m t h e a n a l y s i s c o n d u c t e d t o d e t e rm i n et h e l o c a ls t r a i n l i m i td a m a g e( ? n e m e s h o d e l ) g r e a t e rt h a n 2 / 3 r do f t h e s p e c i ? e dm i n i m u m i e l d s t r e n g t h o f t h e m a t er i a l c o n s i d e r i n g t h e “ w o r s t c a s e ” p r e s e t l o a d c o n d i t i o n ss e q u e n c e . T h e FEA e s h h a l lb e ? n e e n o u g h o c a p t u r e t h e

    20

    25

    30

    35

    40

    45

    50

    55

    60

    6 5

    1 0e f f e c t s o f o c a l s t r e s s c o n c e n t r a t i o n s . A l t e r n a t i v e l y , a s t r e s si n t e n s i ? c a t i o n f a c t o r s h a l lb e a p p l i e d .

    The f a t i g u e a s s e s s m e n t o f s t e p8 4 u t i l i z e sa p p r o p r i a t ef a t i g u e c r a c k g r o w t hr a t e s .T h e p e r f o r m a n c e o ft h e m a t e r i a l sq u a l i ? c a t i o n p r o c e s s d i s c u s s e da b o v es h o u l dh a v e i d e n t i ? e dw h e t h e rt h e d o w n h o l e e n v i r o n m e n tw o u l d h a v e a n y i m p a c t

    o n h e f a t i g u e c r a c k g r o w t hr a t e .I f t h e r e i s a n y i m p a c t , t h e nt h e a i r f a t i g u e c r a c k g r o w t h r a t e s c a n n o t b e u t i l i z e d a sd e s c r i b e d i n s t e p 8 6 . H o w e v e r ,i f t h e r e i s n o i m p a c t o f t h ee n v i r o n m e n to n h e f a t i g u e g r o w t h a t e ,t h e n a i rf a t i g u e c r a c kg r o w t h r a t e s a r e u t i l i z e d . T h e s e r a t e s m a y be g e n e r a t e d i n al a b o r a t o r y o r o b t a i n e df r o m a p p r o p r i a t e l i t e r a t u r e o r ASMEo r A P l i t e r a t u r em a y be t i l i z e d .I n s u c h s t e p ,i t i s d e t e r m i n e dw h e t h e rt h e e q u i p m e n tc o m p o n e n ts a t i s ? e sf a t i g u ec r i t e r i aw h e r e i n s u c h f a t i g u e c r i t e r i a a r e based o n m i n i m u m? a w i z ec r i t e r i a ,e s t a b l i s h e d o r i n e r te n v i r o n m e n tt o u g h n e s sd a t a a n dc o n c u r r e n ts t r e s sc o r r o s i o nc r a c k g r o w t h d a t a .

    T h ec r a c k d e p t he x p e r i e n c e db y t h ee q u i p m e n tc o m p o n e n ti s d e t e r m i n e di n s t e p 8 8 f o r u s e i n t h e d e s i g n f a t i g u e l i f ea s s e s s m e n t . I t i s de t e rmined i n s u c h s t e p w h e t h e r a p r ee x i s t i n g?aw i n t h e e q u i p m e n tc o m p o n e n ti d e n t i ? e d i n t h ea n a l y s i sg r o w sd u e t o f a t i g u et h r o u g ha n y c l a d d i n g o v e r l a yc o v e r i n g s u c h e q u i p m e n tc o m p o n e n t t o e n s u r e t h a tt h e ? a wd o e s n o t p e n e t r a t e t h e c l a d d i n go v e r l a y .

    The a t i g u e a n a l y s i s s h a l lb e c o n d u c t e di na c c o r d a n c e w i t hASME e c t i o n V I I I , D i v i s i o n3 , A r t i c l e K D - 4 ,w i t h m o d i ?c a t i o n s a s d e s c r i b e d b e l o w .Such e s c r i p t i o n o f s u c h a n a l y s i si s h e r e b y i n c o r p o r a t e d b y r e f e r e n c ei n t ot h i sa p p l i c a t i o n .F i r s t ,t h e c o n t r i b u t i o n o f e a c h l o a d t o c r a c k g r o w t hs h a l lb ec o n s i d e r e d .The r e s e t l o a d c o n d i t i o n ss h a l lb e a p p l i e d i n t h ee x p e c t e ds e q u e n c e , e x c e p tt h a ti f t h e s e q u e n c ei s n o t k n o w n ,t h e y s h a l lb e a p p l i e d i n t h e s e q u e n c et h a t c a u s e s t h e g r e a t e s tt o t a lc r a c kg r o w t h( s h o r t e s td e s i g nf a t i g u el i f e ) .T h ec r a c k t i ps t r e s si n t e n s i t y c a l c u l a t i o n s and e f e r e n c e s t r e s sc a l c u l a t i o n sf o r s t e p s8 0 t h r o u g h 8 8 a r e g e n e r a l l y c o n t e m p l a t e da n dd e s c r i b e d i n A P I 5 7 9 - 1 / A S M E F F S - 1 , 2007 E d i t i o n w i t h

    e r r a t aa n d e d i t o r i a lc h a n g e s t h r o u g hS e p t e m b e r ,2 0 1 0 . S u c hc a l c u l a t i o n s a r e h e r e b y i n c o r p o r a t e db y r e f e r e n c e i n t ot h i sa p p l i c a t i o n .F u r t h e r ,t h e w e i g h tf u n c t i o nm e t h o ds p r e f e r r e d ,b u t t h e t h i r d o r f o u r t h o r d e r c u r v e ? t m e t h o d s i n A P I 5 7 9 - 1 /ASME FS- , 2007 E d i t i o nw i t h e r r a t a a n d e d i t o r i a lc h a n g e st h r o u g hS e p t e m b e r ,2010 m a y e u s e di fa s i n g l e e q u a t i o nc a nbe d e r i v e d t h a t i s s u i t a b l e f o r t h e s t r e s s d i s t r i b u t i o n f r o m h eFEA. u c h m e t h o d sa r e h e r e b yi n c o r p o r a t e dby e f e r e n c ei n t ot h i sa p p l i c a t i o n . I f t h e e q u i p m e n tc o m p o n e n t n c l u d e s c l a d o rw e l d o v e r l a y c o n s t r u c t i o n , t h e m a x i m u md e p t h o f t h e c r a c k( i . e .t h e c r i t i c a lc r a c k s i z e ) s h a l lb e t h e d e p t h a t w h i c h t h ec r a c k r e a c h e s t h eb a s e m a t e r i a l . A l l c l a d d i n gand w e l d o v e rl a y s h a l la l s o m e e t t h e r e q u i r e m e n t so f ASME e c t i o n V I I I ,D i v i s i o n3 , A r t i c l e K F - 3 , a n d s u c h r e q u i r e m e n t sa r e h e r e b yi n c o r p o r a t e db y r e f e r e n c e i n t ot h i sa p p l i c a t i o n .F i n a l l y ,t h ed e s i g n f a t i g u el i f e s h a l lb e d e t e r m i n e du s i n g t h e f a c t o r s i nASME e c t i o n V I I I ,D i v i s i o n3 , A r t i c l e K D - 4 ,( e x c e p t t h a tt h e f a c t o r o f t h e n u m b e r o f c y c l e s t o 1 A o f t h e c r i t i c a lc r a c kd e p t h d o e s n o t a p p l y t o c o m p o n e n t s w i t h a w a l l t h i c k n e s s o rc r a c k g r o w t hp a t h o f e s st h a n 2 i n c h e s ) ,orAPl 579-1/ASMEF F S - 1 ,a n d s u c h f a c t o r sa r e h e r e b y i n c o r p o r a t e db y t h i sr e fe r e n c e i n t o t h i s a p p l i c a t i o n .

    C o m p o n e n t s m a y e c l a d d e d w i t hc o r r o s i o nr e s i s t a n ta l l o ym a t e r i a l s t o e n s u r e c o r r o s i o n r e s i s t a n c e i n t h e HPHT n v i

    r o n m e n t s .F o r s u c h c o m p o n e n t s ,t h e f a t i g u e c r i t e r i o n i s t h ec o n d i t i o n h a td u r i n g t h e a n t i c i p a t e d i f eo f h e c o m p o n e n tt h ea s s u m e d r e - e x i s t i n g? a w sn o t p e n e t r a t e t h e c l a d d i n go v e r l a yd u e t o f a t i g u e .I f s u c h a g r o w t hi s a n t i c i p a t e d ,t h e c l a d d i n go v e r l a y t h i c k n e s sm u s t be i n c r e a s e d t o e n s u r e t h a t f a t i g u ec y c l i n g d o e s n o t c o m p r o m i s e t h e c o r r o s i o n r e s i s t a n c e . P r e

  • 8/9/2019 US Patent 8688418

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    US 8 , 6 8 8 , 4 1 8B21 1

    e x i s t i n g? a w s w i l lb e e s t a b l i s h e d u s i n g a p p r o p r i a t e NDE( o t h e r w i s ek n o w n s n o n - d e s t r u c t i v ee v a l u a t i o n )m e t h o d o l og i e s .

    I n t h e p r e f e r r e d e m b o d i m e n t ,t h e r e a r e t h r e e d i f f e r e n to p t i o n s f o ra c c e p t a n c ec r i t e r i af o rf a t i g u e .O n e s u c h c r i t e r i o ni s t h a tf o l l o w i n g a n t i c i p a t e d f a t i g u ec y c l e s t h e c r a c k s i z ei s

    l o w e r t h a n2 5 f t h e c r i t i c a lc r a c k s i z e .A e c o n dc r i t e r i o n i st h a tt h e n u m b e r f f a t i g u e c y c l e s a n t i c i p a t e di s l e s st h a n 5 0o f t h a t r e q u i r e d t o g e t t o c r i t i c a lc r a c k s i z e .F i n a l l y, a t h i r dc r i t e r i o n i s t h e s a f e t y f a c t o r s f r o mA P I 5 7 9 - 1 / A S M E F P S - 1t h a t c a n be u t i l i z e d t o e s t a b l i s h c r i t i c a lc r a c k s i z e l i m i t s f o ll o w i n g f a t i g u ec y c l i n g .S u c h API 5 7 9 s a f e t yf a c t o r sa r eh e r e b y i n c o r p o r a t e dby t h i sr e f e r e n c e . I f a n y o n e o f t h e s ea c c e p t a n c ec r i t e r i ai s f u l ? l l e d ,t h e n t h e e q u i p m e n tc o m p o n e n ti s c o n ? r m e d o r u s e i n t h e HPHT n v i r o n m e n ti n s t e p 9 4 . I ft h e a c c e p t a n c e c r i t e r i a a r e n o t f u l ? l l e d f o r f a t i g u e , t h e n ar e - a s s e s s m e n to f t h e l o a d c y c l e s a p p l i e d t o t h e e q u i p m e n tc o m p o n e n t h a l l be m a d e o d e t e r m i n ew h e t h e r s u c h o a d s a r er e a l i s t i cg i v e n t h e a n t i c i p a t e d HPHT n v i r o n m e n tf o r t h ee q u i p m e n tc o m p o n e n t .T h ec r a c k g r o w t h a t e ,d a / d N ,s h a l lb ed e t e r m i n e df o r t h e m a t e r i a l s o f c o n s t r u c t i o n i n t h e e n v i r o n

    m e n t t h e c o m p o n e n t w i l l be exposed t o u n l e s s i t can bed e t e r m i n e d t h a t t h e e n v i r o n m e n tw i l l n o t i n ? u e n c e c r a c kg r o w t h . T h i s r e - a s s e s s m e n ti s i n d i c a t e d a s s t e p 9 0 . I f t h er e - a s s e s s m e n td o e s n o t c o n ? r m a c c e p t a n c ea s de t e rmined i ns t e p9 2 , t h ee q u i p m e n t c o m p o n e n ts h a l lr e q u i r ed e s i g nc h a n g e sas f u r t h e r s h o w n n s t e p8 3 . T h e s e d e s i g n c h a n g e sm a y i t h e r b e m i n o r n d r e q u i r e r e - p e r f o r m a n c eo f s t e p 7 6 o rm a j o ra n d r e q u i r e r e - p e r f o r m a n c eo f s t e p5 0 .I f p u r s u a n t t os u c h r e - a s s e s s m e n t ,i t i s d e t e r m i n e dt h a tt h e f a t i g u e a c c e pt a n c e c r i t e r i ad e s c r i b e d p r e v i o u s l ya r e m e t f o r t y p i c a l e n v ir o n m e n t a lc o n d i t i o n s , t h e n t h e e q u i p m e n tc o m p o n e n t s c o n? r m e d f o r u s e i n t h e HPHT e n v i r o n m e n t i n s t e p 9 4 . T h ep e r f o r m a n c eo f t h e c o n ? r m a t i o ns t e p i n s t e p9 4 c o n c l u d e st h ed e s i g n v e r i ? c a t i o n a n d v a l i d a t i o n p r o c e s s .

    The m a t e r i a l s q u a l i ? c a t i o n p r o c e s sa n d t h e d e s i g nv e r i ?c a t i o n and v a l i d a t i o n p r o c e s s d e s c r i b e dabove a r e i m p l eme n te d , i n p a r t , o n c o m p u t e r sys t em s k n o w n n t h e a r tt h a ti n c l u d e s a p r o c e s s o r , m e m o r y, i n p u t / o u t p u t d e v i c e s , and o f tw a r e a n d h e s o f t w a r e i n c l u d e s i n s t r u c t i o n s f o r e x e c u t i o no fc e r t a i n s t e p s o f t h e p r o c e s s e s .

    A l t h o u g ha p r e f e r r e d e m b o d i m e n t f t h e p r e s en t i n v e n t i o nh a s b e e nd e s c r i b e di n t h e f o r e g o i n g D e t a i l e d D e s c r i p t i o na n dh a s b e e n i l l u s t r a t e di n t h e a c c o m p a n y i n gF i g u r e s , i t w i l l b eu n d e r s t o o dt h a t t h e i n v e n t i o n i s n o t l i m i t e d t o t h e e m b o d im e n t d i s c l o s ed b u t i s c a p a b l e o f n u m e r o u s m o d i ? c a t i o n sw i t h o u t d e p a r t i n g f r o m t h e s c o p e o f t h e i n v e n t i o n c l a i m e d .A l s o , a l t h o u g h t h e m e t h o d s d i s c l o s e d h e r e i n h a v e b e e nd e s c r i b e da n d s h o w n w i t h r e f e r e n c e t o p a r t i c u l a r s t e p s p e rf o r m e d i n a p a r t i c u l a r o r d e r , i t w i l l b e u n d e r s t o o dt h a t t h e s es t e p s may e c o m b i n e d , s u b - d i v i d e do r r e - o r d e r e dt o f o r m ane q u i v a l e n tm e t h o dw i t h o u t d e p a r t i n g f r o m t h e t e a c h i n g s o ft h e p r e s e n t i n v e n t i o n .A c c o r d i n g l y ,u n l e s s s p e c i ? c a l l y i n d ic a t e d h e r e i n , t h e o r d e r and g r o u p i n g s o f t h e s t e p s a r e n o t al i m i t a t i o n s o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n .

    W h a t s c l a i m e di s :1 . A e t h o d f o r d e s i g n v e r i ? c a t i o n and a l i d a t i o n o f s u r

    f a c e and u b - s u r f a c eo i land a s e q u i p m e n tc o m p o n e n t s c o mp r i s i n gt h e s t e p so f :

    ( a )a n a l y z i n gt h ec o m p o n e n t sf o rg l o b a ls t a t i cs t r e n g t ha n dl o c a l p l a s t i c i t yw i t h a n e l a s t i c - p l a s t i c? n i t e e l e m e n tm o d e l ,t h e a n a l y s i su s i n g p r e s e tl o a d c o n d i t i o n sa n d t h el e a s t f a v o r a b l e c o m b i n a t i o no f d i m e n s i o n a lt o l e r a n c e sf o r each c o m p o n e n t based o n an n i t i a lm e s h e n s i t y andc o m p r i s i n gt h e s t e p so f :

    20

    25

    30

    35

    40

    45

    50

    55

    60

    6 5

    1 2( i )c o n ? r m i n gh a tt h e d e s i g no f h e c o m p o n e n te s u l t s i n

    a s t a b l e m o d e l c o n v e rg e n c e u s i n g a l lp r e s e t l o a d c o n

    d i t i o n s ;( i i )c o n d u c t i n ga m e s h r e ? n e m e n t t u d y o n t r e s s e d p o r

    t i o n s o f t h e c o m p o n e n t s ,w h e r e f u r t h e r r e ? n e m e n t i nm e s h d e n s i t y w i l l r e s u l t i n l e s st h a n a p r e - s e l e c t e d

    m e s hr e ? n e m e n tp e r c e n t a g ec h a n g ei np l a s t i cs t r a i n ;( i i i )c o n ? r m i n gt h a ts t r e s s e dp o r t i o n so f h ec o m p o n e n t si d e n t i ? e d b y t h e m o d e lh a v e s t r a i n l i m i tdamage h a ti s l e s s t h a n a s e ts t r a i n l i m i t d a m a g e a m o u n t ;

    ( b )c o n d u c t i n ga r a t c h e t i n g a s s e s s m e n tb y r u n n i n ga n e l a st i c - p e r f e c t l yp l a s t i ca n a l y s i s w i t h t h e m o d e l o nl l e q u i pm e n t c o m p o n e n t s t h a t e x h i b i t l o c a l p l a s t i c i t y a t a m a x imum ombina t ion o f r e s e t l o a d c o n d i t i o n s t o d e t e r m i n er e s i s t a n c et or a t c h e t i n gb y a p p l y i n gt h e m a x i m u m r e s e tl o a d c o n d i t i o ns t o s u c h c o m p o n e n t s t o d e m o n s t r a t ea tl e a s to n e r a t c h e t i n g c r i t e r i o n ;a n d

    ( c )e x a m i n i n ga l lc o m p o n e n t st o d e t e r m i n ef a t i g u es e n s it i v el o c a t i o n sa n d s u b j e c t i n g c o m p o n e n t se x h i b i t i n gf a t i g u e s e n s i t i v el o c a t i o n s t o a f a t i g u e a n a l y s i s .

    2 . The m e t h o d o f c l a i m 1 w h e r e i nt h e h i g h p r e s s u r e h i g ht e m p e r a t u r e s u r f a c e a n d s u b - s u r f a c e o i l a n d g a s e q u i p m e n tc o m p o n e n t s t e s t e d a r e s e l e c t e d f r o m h e group o f u b s u r f a c es a f e t y v a l v e s , w e l l h e a dt r e e s ,b l o w o u tp r e v e n t e r s , o r w i r e l i n ep r e s s u r e c o n t r o l e q u i p m e n t .

    3 . T h e m e t h o d f c l a i m 1 where in h e r a t c h e t i n g c r i t e r i aa r es e l e c t e d f r o m h e g r o u p c o m p r i s i n ga c o n d i t i o no f n o p l a s t i ca c t i o n i n t h e c o m p o n e n t , a c o n d i t i o n w h e r e an e l a s t i c c o r ee x i s t sa t a p r i m a r y l o a d b e a r i n gb o u n d a r yo f t h e c o m p o n e n t ,o r a c o n d i t i o n i n w h i c h t h e r e i s n o p e r m a n e n t c h a n g e i n t h ed i m e n s i o n so f t h e c o m p o n e n t .

    4 . T h e m e t h o d o f c l a i m 1 w h e r e i nt h e p r e - s e l e c t e d m e s hr e ? n e m e n tp e r c e n t a g ec h a n g ei s l e s st h a n 5 .

    5 . T h e m e t h o d o f c l a i m 1 w h e r e i nt h e p r e - s e l e c t e d m e s hr e ? n e m e n tp e r c e n t a g ec h a n g ei s l e s st h a n 2 .

    6 . T h e m e t h o d o f c l a i m 1 where in t h e m e s h r e ? n e m e n t

    p r o c e s s r e ? n e s a n i n i t i a lm e s h e n s i t y by a f a c t o r o f 2 .7 . T h e m e t h o d o f l a i m 1 where in h e s e ts t r a i n l i m i t d a mage a m o u n t s 1 .

    8 . T h e m e t h o d o f c l a i m 1 where in t h e r a t c h e t i n g a s s e s sm e n t i n c l u d e s t h e a p p l i c a t i o no f t h e p r e s e t l o a d c o n d i t i o n s t ot h e c o m p o n e n tt h r o u g ha t l e a s t5 c y c l e s .

    9 . T h e m e t h o d o f c l a i m 1 w h e r e i nt h e e l a s t i c - p l a s t i ce l em e n t ? n i t e e l e m e n tm o d e l s a p p l i e d t o t h e e q u i p m e n t c o mp o n e n t si n c l u d i n ga l lc l a d d i n go v e r l a yc o v e r i n gs u c h e q u i pm e n t c o m p o n e n t s .

    1 0 . T h e m e t h o d o f c l a i m 1 w h e r e i nt h e p r e s e t l o a d c o n d it i o n s i n c l u d e a s e t o f l o a d combina t i ons ba sed o n t h e h ight e m p e r a t u r e h i g hp r e s s u r e e n v i r o n m e n t .

    1 1 . T h e m e t h o d o f c l a i m 1 w h e r e i n t h e f a t i g u e a n a l y s i sf u r t h e r c o m p r i s e sa s t e p o f p e r f o r m i n ga f r a c t u r e a n a l y s i s o nt h e e q u i p m e n tc o m p o n e n tt o d e t e r m i n ew h e t h e r t h e e q u i pm e n t c o m p o n e n t s a t i s ? e s c e r t a i n f r a c t u r e c r i t e r i aw h e r e i ns u c h r a c t u r e c r i t e r i a a r e based o n m i n i m u m ? a w i z e c r i t e r i aa n d e s t a b l i s h e d t o u g h n e s sd a t a .

    1 2 . T h e m e t h o d o f c l a i m 1 w h e r e i n t h e f a t i g u e a n a l y s i sf u r t h e rc o m p r i s e st h e s t e po f d e t e r m i n i n gw h e t h e rt h e e q u i pm e n t c o m p o n e n t s a t i s ? e s f a t i g u e c r i t e r i aw h e r e i n s u c hf a t i g u e c r i t e r i aa r e b a s e d o n m i n i m u m ? a w s i z e c r i t e r i a ,e s t a b l i s h e d o r i n e r t e n v i r o n m e n t t o u g h n e s sd a t a a n d c o n c u rr e n t s t r e s sc o r r o s i o nc r a c k g r o w t h d a t a .

    1 3 . The m e t h o d o f c l a i m 1 2 w h e r e i n t h e f a t i g u e a n a l y s i sf u r t h e r d e t e r m i n e sw h e t h e ra p r e - e x i s t i n g ? a w i n t h e e q u i pm e n t o m p o n e n ti d e n t i ? e d i nt h e a n a l y s i s g r o w st h r o u g ha n yc l a d d i n g o v e r l a yc o v e r i n g s u c h e q u i p m e n tc o m p o n e n tt oe n s u r e t h a t t h e ? a w d o e s n o t p e n e t r a t e t h e c l a d d i n g o v e r l a y .

  • 8/9/2019 US Patent 8688418

    12/14

    US 8 , 6 8 8 , 4 1 8B21 3

    1 4 . T h e m e t h o d f c l a i m 1 f u r t h e r c o m p r i s i n ga m a t e r i a l sq u a l i ? c a t i o n p r o c e s st o d e t e r m i n ew h e t h e rt h e m a t e r i a l s u s e df o r t h e d e s i g n o f t h e e q u i p m e n tc o m p o n e n t sa r e s u i t a b l e f o rt h eh i g h p r e s s u r e h i g h t e m p e r a t u re e n v i r o n m e n t .

    1 5 . T h e m e t h o d f c l a i m 1 4 w h e r e i nt h e m a t e r i a l s q u a l i ?c a t i o n p r o c e s s e x p e r i m e n t a l lye s t a b l i s h e s t r u e s t r e s s - s t r a i n

    c u r v e i n p u t s f o r s u c h m a t e r i a l s .1 6 . T h e m e t h o d f c l a i m 1 f u r t h e r c o m p r i s i n g ,a s a ? r s t and

    s e c o n ds t e p ,t h e s t e p s o f :( a a )p r o v i d i n ga t l e a s to n e c o m p o n e n t ;( b b ) o b t a i n i n g d a t a f r o m h e c o m p o n e n t o g e n e r a t ea c o m

    p u t e r r e a d a b l er e p r e s e n t a t i o no f t h e c o m p o n e n t .1 7 . T h e m e t h o d o f c l a i m 1 6 , w h e r e i n t h e d a t a o b t a i n e d

    f r o m t h e c o m p o n e n t s d e r i v e d f r o m a p h y s i c a l t e s t i n g t e c hn i q u e .

    1 8 . T h e m e t h o d f c l a i m 1 f u r t h e r c o m p r i s i n g ,a s a ? r s t ands e c o n ds t e p ,t h e s t e p s o f :

    ( a a )p r o v i d i n gm a t e r i a l s o f a t y p e u s e d f o r c o n s t r u c t i o no ft h e c o m p o n e n t s ;

    ( b b )o b t a i n i n g d a t af r o mt h e m a t e r i a l su s i n g p h y s i c a l t e s ti n g t e c h n i q u e s t o g e n e r a t e c o m p u t e rr e a d a b l e d a t ai n p u t s f o r u s e i n t h e m o d e l i n go f t h e c o m p o n e n t s .

    1 9 . An p p a r a t u s d e s i g n e df o r u s e i n o i land a s w e l l s i n ah i g h p r e s s u r eh i g h t e m p e r a t u r e e n v i r o n m e n t ,i n c l u d i n gf o rd r i l l i n g ,c o m p l e t i o na n dp r o d u c t i o no p e r a t i o n s ,t h ea p p a r a t u si n c l u d i n g c o m p o n e n t sa n a l y z e d u s i n g a c o m p u t e rs y s t e mi n c l u d i n g a p r o c e s s o r , m e m o r y ,i n p u t /o u t p u t d e v i c e s , a n ds o f t w a r e , t h e s o f t w a r e i n c l u d i n gi n s t r u c t i o n s f o r e x e c u t i o no ft h ec o m p u t e rs y s t e m , h a v i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c sc o m p r i s i n g :

    ( a )w h e na n a l y z e du s i n g t h ec o m p u t e rs y s t e mf o rg l o b a ls t a t i cs t r e n g t ha n d l o c a lp l a s t i c i t yu s i n g a n e l a s t i c - p l a st i c ? n i t e e l e m e n t m o d e l w i t h r e s p e c t t o c e r t a i n p r e s e tl o a d c o n d i t i o n s a n d u s i n g t h e l e a s tf a v o r a b l e combinat i o n o f d i m e n s i o n a lt o l e r a n c e s f o r e a c h c o m p o n e n t a n dbased o n an n i t i a lm e s h e n s i t y , t h e c o m p o n e n t s :( i ) a c h i e v e a s t a b l e m o d e l c o n v e r g e n c eu s i n g a l lp r e s e t

    l o a d c o n d i t i o n s ;( i i ) e x h i b i t a m e s h d e n s i t y w h e r e f u r t h e r r e ? n e m e n ti nm e s h e n s i t y o f s t r e s s e dp o r t i o n s o f t h e c o m p o n e n t sw i l l r e s u l t i n l e s st h a n a p r e - s e l e c t ed m e s h r e ? n e m e n tp e r c e n t a g ec h a n g ei n p l a s t i cs t r a i n ;

    ( i i i )a c h i e v e a s t r a i nl i m i t d a m a g e f o r t h e s t r e s s e d p o rt i o n s o f t h e c o m p o n e n t si d e n t i ? e dby h e m o d e l h a t i sl e s s t h a n a s e ts t r a i n l i m i t d a m a g e a m o u n t ;

    ( b )w h e n s u b j e c t e dt o a r a t c h e t i n g a s s e s s m e n tby l a s t i cp e r f e c t l yp l a s t i ca n a l y s i su s i n gt h ec o m p u t e rs y s t e m ,c o m p o n e n t st h a te x h i b i t l o c a l p l a s t i c i t ya tt h e m a x i m u mcombina t i o n o f p r e s e t l o a d c o n d i t i o n s a r e r e s i s t a n t t or a t c h e t i n gu s i n g t h ep r e s e tl o a d c o n d i t i o n sb y demons t r a t i n ga t l e a s to n e r a t c h e t i n g c r i t e r i o n ;a n d

    ( c )a c h i e v e a c c e p t a n c ec r i t e r i aw h e n t h e f a t i g u es e n s i t i v el o c a t i o n s o f t h e c o m p o n e n t s a r e s u b j e c t e d t o a f a t i g u ea n a l y s i su s i n g t h ec o m p u t e rs y s t e m .

    2 0 . T h e a p p a r a t u s o f c l a i m 1 9 f u r t h e r c o m p r i s i n gc o m p on e n t s t h a t a r e a n a l y z e dt h a t a r e n o t exposed o w e l l p r o d u c e d? u i d s i n an a c t u a l w e l l e n v i r o n m e n t .

    2 1 . T h e a p p a r a t u s o f c l a i m 1 9 f u r t h e r c o m p r i s i n gc o m p on e n t s t h a t a r e analyzed h a t a r e n o t e x p o s e d o w e l l k i l l? u i d si n an a c t u a l w e l l e n v i r o n m e n t .

    2 2 . T h e a p p a r a t u s o f c l a i m 1 9 f u r t h e r c o m p r i s i n gc o m p on e n t s t h a t a r e a n a l y z e dt h a t a r e n o t exposed t o d r i l l i n g andc o m p l e t i o n? u i d s i n a n a c t u a l w e l l e n v i r o n m e n t .

    2 3 . T h e p p a r a t u s o f c l a i m 1 9where in h e c o m p o n e n t s a r es e l e c t e d f r o mt h e g r o u p o fs u b s u r f a c es a f e t y v a l v e s , w e l l h e a dt r e e s ,b l o w o u tp r e v e n t e r s , o r w i r e l i n e p r e s s u r e c o n t r o le q u i pm e n t .

    20

    25

    30

    35

    40

    45

    50

    55

    60

    6 5

    1 42 4 . T h e p p a r a t u s o f c l a i m 1 9where in h e c o m p o n e n t s a r e

    f u r t h e r s u b j e c t e dt o a m a t e r i a l s q u a l i ? c a t i o n p r o c e s st o d e t e rm i n e w h e t h e rt h e m a t e r i a l s u s e d f o r t h e d e s i g n o f t h e e q u i pm e n t c o m p o n e n t s a r e s u i t a b l e f o r t h e h i g h p r e s s u r e h i g ht e m p e r a t ur e e n v i r o n m e n t .

    2 5 . The p p a r a t u s o f c l a i m 2 4 w h e r e i nt h e m a t e r i a l s q u a l i? c a t i o n p r o c e s s e x p e r i m e n t al l ye s t a b l i s h e s t r u e s t r e s s - s t r a i nc u r v e i n p u t s f o r s u c h m a t e r i a l s .

    2 6 . The a p p a r a t u s o f c l a i m 1 9 w h e r e i nt h e r a t c h e t i n g c r it e r i a a r e s e l e c t e d f r o m h e g r o u p c o m p r i s i n g c o n d i t i o no f op l a s t i c a c t i o n i n t h e c o m p o n e n t , a c o n d i t i o n w h e r e an e l a s t i cc o r e e x i s t s a t a p r i m a r yl o a d b e a r i n gboundary f t h e c o m p on e n t , o r a c o n d i t i o n i n w h i c h h e r e i s n o p e r m a n e n t c h a n g e nt h e d i m e n s i o n so f t h e c o m p o n e n t .

    2 7 . The a p p a r a t u s o f c l a i m 1 9 w h e r e i nt h e p r e - s e l e c t e dm e s h e ? n e m e n tp e r c e n t a g ec h a n g ei s l e s st h a n 5 .

    2 8 . The a p p a r a t u s o f c l a i m 1 9 w h e r e i n t h e p r e - s e l e c t e dm e s h e ? n e m e n tp e r c e n t a g ec h a n g ei s l e s st h a n 2 .

    2 9 . The p p a r a t u s o f c l a i m 1 9w h e r e i nt h e m e s h e ? n e m e n tp r o c e s s r e ? n e s a n i n i t i a lm e s h e n s i t y by a f a c t o r o f 2 .

    3 0 . T h e a p p a r a t u s o f c l a i m 1 9 w h e r e i nt h e s e ts t r a i n l i m i td a m a g e a m o u n t s 1 .

    3 1 . T h e a p p a r a t u s o f c l a i m 1 9 w h e r e i n t h e a p p a r a t u s i sc o n s t r u c t e dp r i o rt o t h e p e r f o r m a n c e o ft h e a n a l y s i sb y t h ec o m p u t e rs y s t e ma n d d a t a o b t a i n e df r o mt h e a p p a r a t u s u s i n gp h y s i c a l t e s t i n gt e c h n i q u e s i s u s e d t o g e n e r a t e a c o m p u t e rr e a d a b l e r e p r e s en t a t i o no f t h e a p p a r a t u s f o r u s e i n t h e a n a l ys i sb y t h ec o m p u t e rs y s t e m .

    3 2 . T h e a p p a r a t u s o f c l a i m 1 9 w h e r e i nm a t e r i a l s o f a t y p et o b e u s e dt o c o n s t r u c t t h e c o m p o n e n t s r e t e s t e d u s i n g p h y s ic a lt e s t i n gt e c h n i q u e sa n d d a t a o b t a i n e df r o m t h e t e s t i n gi su s e d t o g e n e r a t e c o m p u t e rr e a d a b l e d a t a i n p u t s f o r u s e i n t h ea n a l y s i sb y t h ec o m p u t e rs y s t e m .

    3 3 . A o m p u t e r s y s t e m f o r t h e d e s i g n v e r i ? c a t i o n a n dv a l i d a t i o n o f s u r f a c e a n d s u b - s u r f a c eo i la n d g a s e q u i p m e n tc o m p o n e n t si n c l u d i n g a p r o c e s s o r , m e m o r y, i n p u t / o u t p u td e v i c e s ,a n d s o f t w a r e , t h e s o f t w a r ei n c l u d i n g i