【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】相關申請的交叉引用不適用。關于聯邦政府贊助研究的聲明不適用。專利
本公開一般涉及用于測定承受非均勻外部負載的管道中的應力的系統和方法。更具體地說，本公開涉及測定承受非均勻外部負載的管道中的應力以測試管道設計的結構完整性。
技術介紹
位于地下地層中的自然資源諸如石油或天然氣可通過鉆井進入地層來回收。通常使用被稱為固井的技術來將地下地層與其他地層隔離。具體地，通常將井筒向下鉆入地下地層，同時使鉆井液通過井筒循環。在鉆孔終止之后，管道的管柱(例如，套管柱)在井筒中行進。然后，通常執行初次固井，由此通過套管柱將水泥漿向下泵送并且進入套管柱與井筒壁或另一個套管柱之間的環空，以允許水泥漿形成不可滲透的水泥柱并且從而填充部分環空。在完井液(諸如隔離液和水泥)被截留在適當地方之后，通常在固井操作臨近結束時對環空進行密封以便將環空內的這些流體與環空外部的區域隔離。常規地，通過關閉閥、為密封件增能等來密封環空。除了放置在套管上的均勻外部負載，由于例如來自鹽和水平井中超重負載的壓力負載，套管上也會放置非均勻的外部負載。超重壓力和側地層壓力致使鹽流動，從而關閉套管外部的井筒。因為側地層壓力可能不相等，或者因為井筒不是完全圓形的，所以一般來說來自鹽的負載將不均勻。在水平井中，超重負載可導致井筒垂直變形，從而接觸套管并且產生壓力負載。當套管承受非均勻外部負載時，已使用常規的熟知的有限元分析技術來測試套管...
【技術保護點】
一種用于測定承受非均勻外部負載的管道中的應力的方法，所述方法包括：a)通過使用所述管道上的最大側壓力、所述管道上的最小側壓力、所述管道的內部半徑以及所述管道的外部半徑解邊界條件方程式來確定用于所述管道的多個應力方程式中的系數；b)使用所述系數、預先確定的管道半徑和預先確定的管道角度中的一個或多個，解所述多個應力方程式中各自表示所述管道的徑向應力的兩個應力方程式、所述多個應力方程式中各自表示所述管道的環向應力的兩個應力方程式，所述表示所述管道的徑向應力的所述兩個應力方程式的解和所述表示所述管道的環向應力的所述兩個應力方程式的解加在一起表示總徑向應力和總環向應力，并且解所述多個應力方程式中表示所述管道的總剪切應力的一個；以及c)使用計算機處理器、所述管道的所述總徑向應力、所述總環向應力、所述總剪切應力和預先確定的總軸向應力來計算所述管道的應力強度。
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】1.一種用于測定承受非均勻外部負載的管道中的應力的方法，所述方法包括：
a)通過使用所述管道上的最大側壓力、所述管道上的最小側壓力、所述管道的內部半
徑以及所述管道的外部半徑解邊界條件方程式來確定用于所述管道的多個應力方程式中
的系數；
b)使用所述系數、預先確定的管道半徑和預先確定的管道角度中的一個或多個，解所
述多個應力方程式中各自表示所述管道的徑向應力的兩個應力方程式、所述多個應力方程
式中各自表示所述管道的環向應力的兩個應力方程式，所述表示所述管道的徑向應力的所
述兩個應力方程式的解和所述表示所述管道的環向應力的所述兩個應力方程式的解加在
一起表示總徑向應力和總環向應力，并且解所述多個應力方程式中表示所述管道的總剪切
應力的一個；以及
c)使用計算機處理器、所述管道的所述總徑向應力、所述總環向應力、所述總剪切應力
和預先確定的總軸向應力來計算所述管道的應力強度。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述預先確定的管道半徑和所述預先確定的管道角
度各自在相應的預先確定范圍內。
3.如權利要求2所述的方法，其中所述預先確定的管道半徑的所述預先確定范圍大于
所述管道的所述內部半徑并且小于所述管道的所述外部半徑。
4.如權利要求3所述的方法，其中所述預先確定的管道角度的所述預先確定范圍大于
零并且小于π。
5.如權利要求4所述的方法，其還包括利用另一個預先確定的管道半徑和另一個預先
確定的管道角度重復步驟b)-c)直到計算出所述管道的最大應力強度。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述多個應力方程式中表示所述徑向應力的兩個是：
σr1=ri2ro2(po-pi)(ro2-ri2)r2+(piri2-poro2)ro2-ri2]]>σr2=-2cos(2θ)(4c1+3c0r2-c3r10)r6]]>所述多個應力方程式中表示所述環向應力的兩個是：
σθ1=-ri2ro2(po-pi)(ro2-ri2)r2+(piri2-poro2)ro2-ri2]]>σθ2=2cos(2θ)(3c0r2+10c1+6c2r8+15c3r10)r6]]>并且所述多個應力方程式中表示所述總剪切應力的一個是：
τrθ=-2sin(2θ)(3c0r2+5c1-3c2r8-5c3r10)r6]]>ri是所述內部半徑，ro是所述外部半徑，r是所述預先確定的管道半徑，θ是預先確定的
管道角度，并且po,pi、c0-c3是系數。
7.如權利要求6所述的方法，其還包括使用以下方程式計算po和pi：
po＝1/2(PH+Ph)
pi＝Pi其中po是所述管道上的外部壓力，pi是所述管道上的內部壓力，PH是所述管道上的所述
最大側壓力并且Ph是所述管道上的所述最小側壓力。
8.如權利要求1所述的方法，其中使用以下方程式計算所述應力強度：
σvm=1/2[(σr-σθ)2+(σθ-σz)2+(σz-σr)2]+3τrθ2]]>σr是所述總徑向應力，σθ是所述總環向應力，σz是所述總軸向應力并且τrθ是所述總剪切
應力。
9.如權利要求5所述的方法，其還包括：
將所述管道的所述最大應力強度與屈服強度進行比較；以及
選擇所述管道的另一個內部半徑、所述管道的另一個外部半徑和所述管道的另一個屈
服強度。
10.一種用于測定承受非均勻外部負載的管道中的應力的有形地攜載計算機可執行指
令的非暫時性程序載體設備，所述指令可被執行以實現：
a)通過使用所述管道上的最大側壓力、所述管道上的最小側壓力、所述管道的內部半
徑以及所述管道的外部半徑解邊界條件方程式來確定用于所述管道的多個應力方程式中
的系數；
b)使用所述系數、預先確定的管道半徑和預先確定的管道角度中的一個或多個，解所
述多個應力方程式中各自表示所述管道的徑向應力的兩個應力方程式、所述多個應力方程
式中各自表示所述管道的環向應力的兩個應力方程式，所述表示所述管道的徑向應力的所
述兩個應力方程式的解和所述表示所述管道的環向應力的所述兩...
【專利技術屬性】
技術研發人員：R·F·米切爾，
申請(專利權)人：蘭德馬克繪圖國際公司，
類型：發明
國別省市：美國;US
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