140MPa高压管汇的性能研究及改进设计

发布时间：2020-04-08 06:23

【摘要】：高压管汇在石油工业设备中具有重要作用,广泛应用于油田钻井、固井、测井、压裂作业、试油作业、连续油管作业、砂控作业及海洋平台。随着压裂作业难度的增加,管汇的压力等级不断提高,可达140MPa。在改变流体速度和流向的部位最易发生爆裂,主要表现为活动弯头、三通、旋塞阀等部件的失效,导致管汇失效爆裂,严重威胁到加砂压裂施工人员和设备安全。本文以高压活动弯头为研究对象,从失效分析、冲蚀磨损、热处理工艺、疲劳寿命及结构改进等方面进行研究。根据管汇失效样品及国内外相关文献分析总结,得出高压管汇寿命不足主要由管汇件材料性能及外在冲蚀作用两方面的原因导致。对于外在冲蚀作用,针对流体速度、颗粒直径、质量流量、流体粘度等主要因素研究弯管结构中的流动情况,得出不同因素对冲蚀率的影响,并分析了各因素对冲蚀率的影响程度。在材料性能方面,针对高压活动弯头的热处理工艺进行研究,试验选用了15CrNiMo钢为研究对象,对15CrNiMo钢采用了几种不同的热处理工艺(如渗碳、水淬、等温淬火、低温回火等),对比分析各热处理工艺后的金相组织、硬度、耐磨性。研究发现,15CrNiMo钢采用渗碳+等温淬火处理,最终工作面可获得下贝氏体组织,其强度及耐磨性得到显著提高,心部材料仍具有良好的塑性及韧性,从而可提高材料的综合力学性能,延长高压活动弯头的使用寿命。分析了研究疲劳寿命的不同力学方法,最终选用断裂力学理论,对于高压活动弯头在不同应力幅下的寿命进行理论计算,为管道检修人员制定检查周期提供参考。在弯头冲蚀磨损的研究中,我们已得到弯头最易磨损的位置为外圆弧内壁处。因此可针对以上结论,对弯头结构进行壁厚上的改进。在满足内壁厚的情况下,适当地增加外壁厚,提高使用寿命。
【图文】：

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从中华人民共和国成立后，国家将石油行业的发展摆在重要位置，直到 80年代后石油工业有了崭新的发展。目前，石油产品在我国在农业、轻工业、重工业、交通运输和国防建设中都起着重要作用。在当前新形势下，全球范围内石油资源的紧缺以及国内对成品油的需求日益增加，石化工业目前正面临着前所未有的挑战。因此，石化产业要想在当下发展前景下立足，必须具有很强的竞争力。高压管汇在石油工业设备中具有重要作用，广泛应用于油田钻井、固井、测井、压裂、试油作业、连续油管作业、砂控作业及海洋平台[1]。高压管汇主要承压件包括活动弯头、三通、直管、由壬、法兰、旋塞阀、单向阀、安全阀、节流阀等，额定工作压力值系列为：14MPa 、21MPa 、28MPa 、35MPa 、42MPa 、53MPa 、70MPa 、105MPa[2]。随着石油开采难度的增加，管汇的压力等级不断提高，可达 140MPa。根据油田现场研究统计，在 08 年到 15 年期间，在作业过程中发生高压管汇爆裂 36起，并且这个数据将不断上升[3]。在改变流体速度和流向的部位最易发生爆裂，主要表现为活动弯头的失效如图 1-1、1-2 所示，导致管汇失效爆裂，严重威胁到加砂压裂施工人员和设备安全。

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从中华人民共和国成立后，国家将石油行业的发展摆在重要位置，直到 80年代后石油工业有了崭新的发展。目前，石油产品在我国在农业、轻工业、重工业、交通运输和国防建设中都起着重要作用。在当前新形势下，全球范围内石油资源的紧缺以及国内对成品油的需求日益增加，石化工业目前正面临着前所未有的挑战。因此，石化产业要想在当下发展前景下立足，必须具有很强的竞争力。高压管汇在石油工业设备中具有重要作用，广泛应用于油田钻井、固井、测井、压裂、试油作业、连续油管作业、砂控作业及海洋平台[1]。高压管汇主要承压件包括活动弯头、三通、直管、由壬、法兰、旋塞阀、单向阀、安全阀、节流阀等，额定工作压力值系列为：14MPa 、21MPa 、28MPa 、35MPa 、42MPa 、53MPa 、70MPa 、105MPa[2]。随着石油开采难度的增加，管汇的压力等级不断提高，可达 140MPa。根据油田现场研究统计，在 08 年到 15 年期间，在作业过程中发生高压管汇爆裂 36起，并且这个数据将不断上升[3]。在改变流体速度和流向的部位最易发生爆裂，主要表现为活动弯头的失效如图 1-1、1-2 所示，，导致管汇失效爆裂，严重威胁到加砂压裂施工人员和设备安全。
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE93

【参考文献】