[发明专利]一种基于管材塑性失效准则的油气井管柱强度设计方法

权利要求书

1.一种基于管材塑性失效准则的油气井管柱强度设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据油藏信息与开发方案，确定油气井井筒各工况下的温度分布；

S2：选取管材，开展不同温度下的力学实验，获取不同温度下的应力-应变曲线和管材材料参数；

S3：拟合材料不同温度下的应变硬化模型参数；

S4：根据塑性失效准则，选取材料的最大均匀延伸率δ为设计判据；

S5：考虑安全余量，选取管柱的许用应变[ε]；

S6：计算管柱材料许用应变对应的许用应力[σ]；

S7：计算管柱全生命周期内所受外载，判断管柱强度是否满足要求，不满足要求时重复步骤S2-S7，直到管柱强度满足要求；

S8：完成强度校核，得到满足需求的管柱。

2.根据权利要求1所述的一种基于管材塑性失效准则的油气井管柱强度设计方法，其特征在于，所述步骤S2中管材材料参数包括弹性模量E、抗拉强度σ_b、屈服强度σ₀。

3.根据权利要求1所述的一种基于管材塑性失效准则的油气井管柱强度设计方法，其特征在于，所述步骤S3中应变硬化模型参数包括弹性-线性硬化模型和弹性-幂次硬化模型；

所述弹性-线性硬化模型表达式：

式中：ε为应变、σ为应力、E为弹性模量、σ₀为屈服强度、E_p为塑性模量；

所述弹性-幂次硬化模型表达式：

式中：k、n为模型参数。

4.根据权利要求1所述的一种基于管材塑性失效准则的油气井管柱强度设计方法，其特征在于，所述步骤S5选取管柱材料均匀延伸率的80％为管柱的许用应变，即[ε]＝δ×80％。

5.根据权利要求1所述的一种基于管材塑性失效准则的油气井管柱强度设计方法，其特征在于，所述步骤S6许用应力[σ]的计算公式在弹性-线性硬化模型中为：

在弹性-幂次硬化模型中为：

[σ]＝0.8ⁿσ_b

式中：σ_b为抗拉强度。

6.根据权利要求1所述的一种基于管材塑性失效准则的油气井管柱强度设计方法，其特征在于，所述步骤S7判断管柱强度是否满足要求的方法为：分析计算管柱服役过程中所受等效应力σ_e，若σ_e＜[σ]，则管柱满足油气井全生命周期安全要求，所述等效应力σ_e计算公式为：

式中：σ₁、σ₂、σ₃分别代表管柱在轴向、径向、周向三个方向上所受主应力。