[发明专利]一种CNG储气井管体疲劳损伤的安全评价方法

权利要求书

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S_a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N_a。

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N_a：

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S_a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S_a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N_a。

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，σ_r为径向应力，σ_θ为环向应力，σ_z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σ_θ、σ_z、σ_r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：