[发明专利]一种CNG储气井管体疲劳损伤的安全评价方法

说明书

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。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。

技术领域

本发明属于安全评价技术领域，尤其是一种CNG储气井管体疲劳损伤的安全评价方法。

背景技术

由于CNG(压缩天然气)技术的经济性和环保性，近年来天然气汽车的数量在激增，随之国内也加大了加气站的投运。目前加气站对CNG的储存均采用地下储气井，先在地面上钻一口深度约为80～200m的井，然后用采油作业中常用的套管通过螺纹连接在一起，两头再分别安装一个封头，从而形成一个细长的“压力容器”，并在套管与井壁之间灌入水泥砂浆进行固封。储气井的材质通常为N80钢，设计压力为32MPa，额定工作压力为25MPa，属于高压范畴。

据统计，超过80％的机械零构件失效为疲劳破坏，所以在交变载荷作用下的零构件都需进行疲劳强度的计算和校核。由于储气井在加气过程和储气作业中井内压力在不断地波动，对井筒产生疲劳损伤，一旦疲劳裂纹扩展导致天然气泄露，将会对人员生命和财产造成严重损害。此外，加气站几乎都建在人口密集的城市中间，一旦发生泄漏、爆炸等安全事故，后果不堪设想，因此CNG储气井的疲劳安全问题尤为重要。

目前，还没有对储气井的疲劳问题的相关标准和监测装置要求，现有的疲劳设计曲线只适应小部分的金属材料，且并不适合N80钢。如果要获取储气井材料的疲劳设计曲线需要开展大量的试验，而且储气井的工作特点使其承受多种交变载荷，疲劳分析变得更加复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的疲劳设计曲线不适合N80钢导致无法评价储气井的疲劳问题的缺点，提供一种CNG储气井管体疲劳损伤的安全评价方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

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。

进一步的，步骤(3)还包括引入安全系数，将N进行修正得到的N_a。

进一步的，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。

进一步的，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；