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原文传递一种CNG储气井管体疲劳损伤的安全评价方法

专利名称：	一种CNG储气井管体疲劳损伤的安全评价方法
摘要：	本发明公开了一种CNG储气井管体疲劳损伤的安全评价方法，属于安全评价技术领域。一种CNG储气井管体疲劳损伤的安全评价方法，包括以下步骤：(1)计算储气井的交变应力幅S并确定疲劳设计曲线S‑N；(2)修正储气井的交变应力幅S，并将修正后的交变应力幅Sa代入疲劳设计曲线S‑N，计算得到不同交变应力幅S对应的疲劳寿命N；(3)基于N计算疲劳累积损伤系数D，并判定是否发生疲劳失效坏；当D大于等于1时，发生疲劳失效坏；小于1时，不发生疲劳失效坏。本发明的评价方法，准确可靠、简便易行，对于保障储气井疲劳在线监测及安全运行具有重要意义。
专利类型：	发明专利
申请人：	中国石油天然气集团有限公司
发明人：	宋成立;淡勇;刘新宝;朱麟;李磊;龙岩;吉楠
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T06:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T22:00:00+0805
申请号：	CN202010081988.4
公开号：	CN111189726A
代理机构：	西安通大专利代理有限责任公司
代理人：	李红霖
分类号：	G01N3/32;G01N3/36;G;G01;G01N;G01N3;G01N3/32;G01N3/36
申请人地址：	100007 北京市东城区东直门北大街9号中国石油大厦
主权项：	1.一种CNG储气井管体疲劳损伤的安全评价方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)计算储气井的交变应力幅S并确定疲劳设计曲线S-N； (2)修正储气井的交变应力幅S，并将修正后的交变应力幅Sa代入疲劳设计曲线S-N，计算得到不同交变应力幅S对应的疲劳寿命N； (3)基于N计算疲劳累积损伤系数D，并判定是否发生疲劳失效坏；当D大于等于1时，发生疲劳失效坏；小于1时，不发生疲劳失效坏。 2.根据权利要求1所述的CNG储气井管体疲劳损伤的安全评价方法，其特征在于，步骤(3)还包括引入安全系数，将N进行修正得到的Na。 3.根据权利要求2所述的CNG储气井管体疲劳损伤的安全评价方法，其特征在于，引入安全系数，将N进行修正得到的Na：结合疲劳寿命N的安全系数，将步骤3)原始的计算结果除以所述安全系数，得到结果1；结合修正后的交变应力幅Sa的安全系数，将所述安全系数倍数乘以修正后的交变应力幅Sa后代入疲劳设计曲线S-N，得到结果2；比较结果1和结果2，较小的值作为修正后的Na。 4.根据权利要求3所述的CNG储气井管体疲劳损伤的安全评价方法，其特征在于，疲劳寿命N的安全系数由以下因子的安全系数相乘得到：参数实验数据的分散性的影响，对应的安全系数为1.5；受载截面尺寸的影响，对应的安全系数为2.0；表面条件、使用环境的影响，对应的安全系数为4.0。 5.根据权利要求1所述的CNG储气井管体疲劳损伤的安全评价方法，其特征在于，步骤(1)的计算储气井的交变应力幅S的具体过程为： 1)基于井管-水泥环-地层组合体力学模型和应用弹性力学理论，位移表达式分别为：井管外壁的径向位移为：水泥环内壁的径向位移为：水泥环外壁的径向位移为：地层内壁径向位移为：其中，E1、为井管的弹性模量，E2、为水泥环的弹性模量，E3为地层的弹性模量，μ1、为井管的泊松比，μ2、为水泥环的泊松比、μ3地层的泊松比，r1为井管内径，r2为井管外径，r3为水泥环外径，r4为地层外径，P1为套管内压力，P4为地层外围挤压力，P2为井管与水泥环间的界面压力，P3为水泥环与地层间的界面压力；由于组合体是连续的，所以：根据式(1)～式(5)计算出界面压力P2；根据弹性理学理论，计算井管内壁的三向应力为：其中，σr为径向应力，σθ为环向应力，σz为轴向应力；由于井管中的最大应力发生在内壁面，θ、z、r的方向与主应力方向近似相同，故认为最大应力处的σθ、σz、σr即为此处的三个主应力σ1、σ2、σ3，三个主应力之差为：在一个变幅载荷的循环周期内，储气井内壁上的交变应力幅S为： 6.根据权利要求5所述的CNG储气井管体疲劳损伤的安全评价方法，其特征在于，步骤(1)确定疲劳设计曲线S-Ni的具体过程为：当疲劳载荷是对称循环时，塑性应变量εp和疲劳寿命N的关系如下：式中，C为常数，为材料在拉伸试验中断裂时的真应变εf的一半； εf与断面收缩率的关系是等于100倍的拉伸断面收缩率ψ：在疲劳试验中，总应变εt为塑性应变εp与弹性应变εe之和，当有塑性应变时应力可用虚拟应力σ′表示，即σ′＝Eεt，此时交变应力幅为：联立式(9)和(11)，且即对应于弹性应变εe的交变应力幅S：从上式(12)可知，当Ni→∞时，S＝σe，此时S→σ-1，而且持久限σ-1为强度极限的一半，于是式(12)为： 7.根据权利要求6所述的CNG储气井管体疲劳损伤的安全评价方法，其特征在于，步骤(2)中对储气井的交变应力幅S进行修正具体为：其中，σy为材料的屈服强度；Sa为修正后的交变应力幅。 8.根据权利要求7所述的CNG储气井管体疲劳损伤的安全评价方法，其特征在于，步骤3)中疲劳累积损伤系数D的计算过程为：若构件的加载历史为Sa1、Sa2、Sa3…Sar，各应力水平下统计的循环次数分别为n1、n2、n3…nr，r个不同的应力幅水平下的寿命分布分别为Na1、Na2、Na3…Nar；当Sai单独作用时的疲劳寿命为Nai，当Sai作用了ni次，对构件造成的损伤程度为则疲劳累积损伤系数D为：
所属类别：	发明专利