[發(fā)明專利]一種CNG儲(chǔ)氣井管體疲勞損傷的安全評(píng)價(jià)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010081988.4
• 申請(qǐng)日: 2020-02-06
• 公開（公告）號(hào): CN111189726A
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋成立;淡勇;劉新寶;朱麟;李磊;龍巖;吉楠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國石油天然氣集團(tuán)有限公司;中國石油天然氣集團(tuán)公司管材研究所
• 主分類號(hào): G01N3/32
• 分類號(hào): G01N3/32;G01N3/36
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

本發(fā)明公開了一種CNG儲(chǔ)氣井管體疲勞損傷的安全評(píng)價(jià)方法，屬于安全評(píng)價(jià)技術(shù)領(lǐng)域。一種CNG儲(chǔ)氣井管體疲勞損傷的安全評(píng)價(jià)方法，包括以下步驟：(1)計(jì)算儲(chǔ)氣井的交變應(yīng)力幅S并確定疲勞設(shè)計(jì)曲線S?N；(2)修正儲(chǔ)氣井的交變應(yīng)力幅S，并將修正后的交變應(yīng)力幅S_a代入疲勞設(shè)計(jì)曲線S?N，計(jì)算得到不同交變應(yīng)力幅S對(duì)應(yīng)的疲勞壽命N；(3)基于N計(jì)算疲勞累積損傷系數(shù)D，并判定是否發(fā)生疲勞失效壞；當(dāng)D大于等于1時(shí)，發(fā)生疲勞失效壞；小于1時(shí)，不發(fā)生疲勞失效壞。本發(fā)明的評(píng)價(jià)方法，準(zhǔn)確可靠、簡便易行，對(duì)于保障儲(chǔ)氣井疲勞在線監(jiān)測(cè)及安全運(yùn)行具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于安全評(píng)價(jià)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種CNG儲(chǔ)氣井管體疲勞損傷的安全評(píng)價(jià)方法。

背景技術(shù)

由于CNG(壓縮天然氣)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，近年來天然氣汽車的數(shù)量在激增，隨之國內(nèi)也加大了加氣站的投運(yùn)。目前加氣站對(duì)CNG的儲(chǔ)存均采用地下儲(chǔ)氣井，先在地面上鉆一口深度約為80～200m的井，然后用采油作業(yè)中常用的套管通過螺紋連接在一起，兩頭再分別安裝一個(gè)封頭，從而形成一個(gè)細(xì)長的“壓力容器”，并在套管與井壁之間灌入水泥砂漿進(jìn)行固封。儲(chǔ)氣井的材質(zhì)通常為N80鋼，設(shè)計(jì)壓力為32MPa，額定工作壓力為25MPa，屬于高壓范疇。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，超過80％的機(jī)械零構(gòu)件失效為疲勞破壞，所以在交變載荷作用下的零構(gòu)件都需進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的計(jì)算和校核。由于儲(chǔ)氣井在加氣過程和儲(chǔ)氣作業(yè)中井內(nèi)壓力在不斷地波動(dòng)，對(duì)井筒產(chǎn)生疲勞損傷，一旦疲勞裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致天然氣泄露，將會(huì)對(duì)人員生命和財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p害。此外，加氣站幾乎都建在人口密集的城市中間，一旦發(fā)生泄漏、爆炸等安全事故，后果不堪設(shè)想，因此CNG儲(chǔ)氣井的疲勞安全問題尤為重要。

目前，還沒有對(duì)儲(chǔ)氣井的疲勞問題的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)測(cè)裝置要求，現(xiàn)有的疲勞設(shè)計(jì)曲線只適應(yīng)小部分的金屬材料，且并不適合N80鋼。如果要獲取儲(chǔ)氣井材料的疲勞設(shè)計(jì)曲線需要開展大量的試驗(yàn)，而且儲(chǔ)氣井的工作特點(diǎn)使其承受多種交變載荷，疲勞分析變得更加復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的疲勞設(shè)計(jì)曲線不適合N80鋼導(dǎo)致無法評(píng)價(jià)儲(chǔ)氣井的疲勞問題的缺點(diǎn)，提供一種CNG儲(chǔ)氣井管體疲勞損傷的安全評(píng)價(jià)方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種CNG儲(chǔ)氣井管體疲勞損傷的安全評(píng)價(jià)方法，包括以下步驟：

(1)計(jì)算儲(chǔ)氣井的交變應(yīng)力幅S并確定疲勞設(shè)計(jì)曲線S-N；

(2)修正儲(chǔ)氣井的交變應(yīng)力幅S，并將修正后的交變應(yīng)力幅S_a代入疲勞設(shè)計(jì)曲線S-N，計(jì)算得到不同交變應(yīng)力幅S對(duì)應(yīng)的疲勞壽命N；

(3)基于N計(jì)算疲勞累積損傷系數(shù)D，并判定是否發(fā)生疲勞失效壞；

當(dāng)D大于等于1時(shí)，發(fā)生疲勞失效壞；小于1時(shí)，不發(fā)生疲勞失效壞。

進(jìn)一步的，步驟(3)還包括引入安全系數(shù)，將N進(jìn)行修正得到的N_a。

進(jìn)一步的，引入安全系數(shù)，將N進(jìn)行修正得到的N_a：

結(jié)合疲勞壽命N的安全系數(shù)，將步驟3)原始的計(jì)算結(jié)果除以所述安全系數(shù)，得到結(jié)果1；

結(jié)合修正后的交變應(yīng)力幅S_a的安全系數(shù)，將所述安全系數(shù)倍數(shù)乘以修正后的交變應(yīng)力幅S_a后代入疲勞設(shè)計(jì)曲線S-N，得到結(jié)果2；

比較結(jié)果1和結(jié)果2，較小的值作為修正后的N_a。

進(jìn)一步的，疲勞壽命N的安全系數(shù)由以下因子的安全系數(shù)相乘得到：

參數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分散性的影響，對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)為1.5；