[發明專利]一種CNG儲氣井管體疲勞損傷的安全評價方法

在審

• 申請號: 202010081988.4
• 申請日: 2020-02-06
• 公開（公告）號: CN111189726A
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 宋成立;淡勇;劉新寶;朱麟;李磊;龍巖;吉楠
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團有限公司;中國石油天然氣集團公司管材研究所
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32;G01N3/36
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

1.一種CNG儲氣井管體疲勞損傷的安全評價方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)計算儲氣井的交變應力幅S并確定疲勞設計曲線S-N；

(2)修正儲氣井的交變應力幅S，并將修正后的交變應力幅S_a代入疲勞設計曲線S-N，計算得到不同交變應力幅S對應的疲勞壽命N；

(3)基于N計算疲勞累積損傷系數D，并判定是否發生疲勞失效壞；

當D大于等于1時，發生疲勞失效壞；小于1時，不發生疲勞失效壞。

2.根據權利要求1所述的CNG儲氣井管體疲勞損傷的安全評價方法，其特征在于，步驟(3)還包括引入安全系數，將N進行修正得到的N_a。

3.根據權利要求2所述的CNG儲氣井管體疲勞損傷的安全評價方法，其特征在于，引入安全系數，將N進行修正得到的N_a：

結合疲勞壽命N的安全系數，將步驟3)原始的計算結果除以所述安全系數，得到結果1；

結合修正后的交變應力幅S_a的安全系數，將所述安全系數倍數乘以修正后的交變應力幅S_a后代入疲勞設計曲線S-N，得到結果2；

比較結果1和結果2，較小的值作為修正后的N_a。

4.根據權利要求3所述的CNG儲氣井管體疲勞損傷的安全評價方法，其特征在于，疲勞壽命N的安全系數由以下因子的安全系數相乘得到：

參數實驗數據的分散性的影響，對應的安全系數為1.5；

受載截面尺寸的影響，對應的安全系數為2.0；

表面條件、使用環境的影響，對應的安全系數為4.0。

5.根據權利要求1所述的CNG儲氣井管體疲勞損傷的安全評價方法，其特征在于，步驟(1)的計算儲氣井的交變應力幅S的具體過程為：

1)基于井管-水泥環-地層組合體力學模型和應用彈性力學理論，位移表達式分別為：

井管外壁的徑向位移為：

水泥環內壁的徑向位移為：

水泥環外壁的徑向位移為：

地層內壁徑向位移為：

其中，E₁、為井管的彈性模量，E₂、為水泥環的彈性模量，E₃為地層的彈性模量，μ₁、為井管的泊松比，μ₂、為水泥環的泊松比、μ₃地層的泊松比，r₁為井管內徑，r₂為井管外徑，r₃為水泥環外徑，r₄為地層外徑，P₁為套管內壓力，P₄為地層外圍擠壓力，P₂為井管與水泥環間的界面壓力，P₃為水泥環與地層間的界面壓力；

由于組合體是連續的，所以：

根據式(1)～式(5)計算出界面壓力P₂；

根據彈性理學理論，計算井管內壁的三向應力為：

其中，σ_r為徑向應力，σ_θ為環向應力，σ_z為軸向應力；

由于井管中的最大應力發生在內壁面，θ、z、r的方向與主應力方向近似相同，故認為最大應力處的σ_θ、σ_z、σ_r即為此處的三個主應力σ₁、σ₂、σ₃，三個主應力之差為：

在一個變幅載荷的循環周期內，儲氣井內壁上的交變應力幅S為：