液氮对生产管柱力学性能影响规律的实验研究

发布时间：2020-04-20 02:34

【摘要】：液氮压裂作为无水压裂技术研究热点之一,可望解决水力压裂存在的储层伤害与环境保护等问题、提高压裂效果。为研究常规生产管柱实施液氮压裂的可行性,分别对不同钢级(J55、N80、P110)的油管和套管试件进行液氮低温处理,并对试件进行单轴静力拉伸实验、夏比冲击实验和裂纹尖端张开位移实验,对比处理前后试件的抗拉强度、屈服强度、冲击韧性和断裂韧性的变化,分析温度、液氮浸入时间和温度循环次数对力学性能的影响规律;应用扫描电镜观察拉伸断口和冲击断口的微观形貌。结果表明:实验温度为-195.8℃时,试件的抗拉强度和屈服强度增大,冲击韧性急剧降低,不同类型试件的抗拉强度、屈服强度和冲击功的变化幅度不同。浸入时间和温度循环次数对试件的抗拉强度、屈服强度、冲击韧性和断裂韧性基本无影响。实验温度为25℃时,随着浸入时间和温度循环次数的增加,试件的抗拉强度、屈服强度、冲击功、裂纹尖端张开位移变化不大。因此,在液氮压裂的过程中,应尽量避免管柱振动或产生其他冲击载荷,可以待管柱回温后进行管柱拖动等进一步操作。电镜扫描发现,实验温度为-195.8℃时,断口呈现出明显的脆性断裂特征;实验温度为25℃时,断口呈现出明显的韧性断裂特征。研究结果可望为使用常规生产管柱进行液氮压裂施工提供实验依据。
【图文】：

技术路线图

随着液氮的注入，，管柱的温度急剧降低，此时，管柱的拉伸而现阶段关于液氮快速冷却对金属拉伸特性影响的研究较少，因展开研究。为了研究液氮低温作用对管材的拉伸特性的影响，选、N80、P110）的油管和套管，用液氮对拉伸试件进行低温处理拉伸实验得到处理前后试件的抗拉强度和屈服强度，并进一步分强度和屈服强度随液氮浸入时间、温度循环的变化规律。实验准备拉伸试件制备据《石油天然气工业 油气井套管或油管用钢管》[69]的规定，采用套管和油管上相应位置切割各试件。拉伸试件为纵向弧形试件，《金属材料 拉伸试验 第 1 部分：室温试验方法》[70]的规定加工实物如图 2.1 和图 2.2 所示。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE931.2

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本文编号：2634040