蒸汽吞吐热采井套管材料多轮次变形行为研究
发布时间：2021-02-16 03:46
众所周知,石油是世界上宝贵的资源,在石油的开采过程中,套管具有重要作用,相对于服役条件而言,热循环会导致材料的力学性能降低。因此,为了探究热采井套管性能随热循环次数变化的规律,本文以80SH钢为研究对象,结合热采管的服役环境,对材料进行了不同轮次的热循环试验,采用激光共聚焦显微镜、力学性能测试和扫描电子显微镜的方法,研究了经不同轮次热循环后试样的力学性能随显微组织的变化规律。在此基础上,对经不同轮次热循环后80SH钢的蠕变性能和低周疲劳行为进行了研究,并对低周疲劳断口进行了分析。结果表明,80SH钢的显微组织为回火索氏体,灰黑色为针状铁素体,白色为粒状贝氏体且含量较少,少量的黑点为析出物。在相同的实验温度下,材料由未经热循环（0次）增加到8次热循环时,屈服强度和抗拉强度减小,延伸率和断面收缩率增大;由8次热循环增加到30次热循环时,材料的屈服强度和抗拉强度增大,延伸率和断面收缩率减小。相同热循环轮次下,随着实验温度升高,材料的屈服强度和抗拉强度减小,延伸率和断面收缩率增大。80SH钢的拉伸宏观断口发生明显的塑性变形,拉伸断口微观形貌表现为韧窝,放射区的韧窝尺寸较小,纤维区的韧窝尺寸较大...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
套管的断裂形式
第一章绪论51.4.1工程应力-应变曲线金属材料受单向拉伸载荷作用时，会获得应力随应变变化的关系曲线，即应力-应变曲线。当对材料性能进行评价时，曲线上获得的信息具有重要的参考价值。图1-2为金属材料的工程应力-应变曲线。可知，依据应力随应变变化的关系，可将曲线分为四个阶段，分别为：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和局部颈缩断裂阶段。弹性阶段为Oa段。在这一阶段中，材料加载的应力较小，Oa"段为一条直线，应力随着应变的增加而增大，呈正相关，虎克定律在Oa"适用，材料的弹性模量为直线的斜率，用E表示。曲线上a"点代表的应力值为材料的比例极限，用p表示。在Oa"段任意一点卸载加载的应力，材料的变形也随之消失。当材料应力值大于a"点对应的比例极限，增加到a点时，此阶段应力随着应变的增加而增大，但不是正比例关系，不符合虎克定律，但是在a"a段任意一点卸载加载的应力，材料产生的变形随应力的卸载而消失，说明a"a段也是弹性阶段，a点代表的应力值为材料的弹性极限，用e表示。ac段为屈服阶段。在此阶段中，当应力增加到b"点后，在b"c段中，材料的应力没有增大，但应变还在增大，似乎材料没有了抵抗应变增加的能力，因此，材料发生了屈服，b"点为材料的上屈服点，b点为下屈服点。在屈服阶段中，曲线上最低点对应的应力称为材料的屈服强度，用s表示。如果去除屈服阶段加载的应力，材料不能恢复至原始状态，即产生了塑性变形。cd为强化阶段。在此阶段中，曲线呈上升趋势，即应力增加，应变也在增加，材料抵抗应变增加的能力又重新恢复了，材料发生的这种现象称为强化，应力-应变曲线上最高点代表的应力值称为材料的抗拉强度，用b表示。de段为局部颈缩断裂阶段。曲线在d点之前，试样的变形是均匀的，当曲线到达d点，在试样的局部缺陷处?
第一章绪论7速蠕变阶段、恒速蠕变阶段和加速蠕变阶段。图1-3为材料蠕变曲线图。由图可知，可将材料蠕变应变随时间的变化过程分为三个阶段。依次为第Ⅰ阶段，减速蠕变阶段，第Ⅱ阶段，恒速蠕变阶段，第Ⅲ阶段，加速蠕变阶段。在减速蠕变阶段，蠕变应变随着时间增加而增大，刚开始时，蠕变速率很大，但随着时间的不断增加，蠕变速率逐渐减校这是因为金属在高温下受到加载力时，内部马上会发生变形，产生位错并发生滑移，金属原子间的扩散引起点阵缺陷等基本现象。对于多晶体来说，当加载应力时，每个晶粒都会受力，导致材料内部出现空位和位错增殖现象，当位错移动时，空位对其起阻碍作用，对材料起到了强化作用，蠕变速率减小，即减速蠕变阶段。第Ⅱ阶段为恒速蠕变阶段，占据材料整个蠕变阶段的时间最长。因此，该阶段对研究材料蠕变行为具有重要意义。金属材料不论在室温还是高温环境中服役，产生塑性变形时，都会发生加工硬化现象，当加工硬化现象出现在高温时，会发生回复，如果温度更高，甚至会出现再结晶，一般认为，在恒速蠕变阶段，材料发生的回复和加工硬化现象达到了平衡。当材料蠕变应变增大时，组织内将会产生严重的缺陷，如孔洞、裂纹等，造成蠕变速率快速增大，此阶段为第Ⅲ阶段，即加速蠕变阶段。在恒速蠕变阶段，材料组织中的晶粒根据各自的排列发生变形，使得晶粒内部的不均匀变形汇聚到了一起，并移动到了晶界处，此外，由于晶粒之间相互紧密连接，导致晶界交叉的地方也会产生不均匀变形，发生应力集中现象，或者由于晶格缺陷不断移动，并堆积在晶界处，从而产生空位，在结晶时，会有微小裂纹产生，最终断裂。因此，研究材料的蠕变曲线，可以更好的了解材料在高温下的性能，为材料的安全服役提供理论支撑。图1-3蠕变曲线图1.5
【参考文献】：
期刊论文
[1]热采井用套管材料高温拉伸性能试验研究[J]. 李光辉,王海博,赵洪山,孙连坡,姬丙寅. 钢管. 2020(01)
[2]试验温度对不同工艺下的TRIP钢拉伸性能的影响[J]. 王法兵,李壮,王灏旭,张润奇,蔡一钦,戴建科,于涛,李朝华. 铸造技术. 2020(01)
[3]N80级石油套管用非调质钢36Mn2V的研发和生产[J]. 李祥才,李维海,张虎. 天津冶金. 2019(05)
[4]稠油开采过程中蒸汽技术的应用[J]. 杜娜. 中国石油和化工标准与质量. 2019(14)
[5]80SH钢中温临界应力条件下的稳态蠕变速率与机理[J]. 魏文澜,王航,韩礼红,冯耀荣,冯春. 金属热处理. 2019(03)
[6]稠油热采井套管损坏研究进展[J]. 张峥. 化工技术与开发. 2018(08)
[7]J55钢级SEW管坯调质生产N80Q套管工艺研究[J]. 田永吉,李跟社,苏琬,张骥. 焊管. 2018(04)
[8]热处理对Q235钢微结构演变及疲劳性能的影响[J]. 魏亮鱼,李磊,李建杨. 内蒙古工业大学学报(自然科学版). 2018(02)
[9]夹杂物尺寸对粉末高温合金低周疲劳寿命影响的机制[J]. 刘新灵,胡春燕,王天宇. 失效分析与预防. 2018(02)
[10]稠油热采技术现状及发展趋势分析[J]. 汤灵芝. 化学工程与装备. 2017(09)
博士论文
[1]浅层稠油蒸汽吞吐井套管柱应变设计与安全适用性技术研究[D]. 王建军.中国石油大学(华东) 2015
硕士论文
[1]热采井套管损坏机理研究[D]. 甘全.西南石油大学 2017
[2]热采井腐蚀套管剩余强度与剩余寿命研究[D]. 孙濡青.西南石油大学 2014
[3]热采油井套损机理及防治措施研究[D]. 张琴.重庆大学 2008
本文编号：3036097
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
套管的断裂形式
第一章绪论51.4.1工程应力-应变曲线金属材料受单向拉伸载荷作用时，会获得应力随应变变化的关系曲线，即应力-应变曲线。当对材料性能进行评价时，曲线上获得的信息具有重要的参考价值。图1-2为金属材料的工程应力-应变曲线。可知，依据应力随应变变化的关系，可将曲线分为四个阶段，分别为：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和局部颈缩断裂阶段。弹性阶段为Oa段。在这一阶段中，材料加载的应力较小，Oa"段为一条直线，应力随着应变的增加而增大，呈正相关，虎克定律在Oa"适用，材料的弹性模量为直线的斜率，用E表示。曲线上a"点代表的应力值为材料的比例极限，用p表示。在Oa"段任意一点卸载加载的应力，材料的变形也随之消失。当材料应力值大于a"点对应的比例极限，增加到a点时，此阶段应力随着应变的增加而增大，但不是正比例关系，不符合虎克定律，但是在a"a段任意一点卸载加载的应力，材料产生的变形随应力的卸载而消失，说明a"a段也是弹性阶段，a点代表的应力值为材料的弹性极限，用e表示。ac段为屈服阶段。在此阶段中，当应力增加到b"点后，在b"c段中，材料的应力没有增大，但应变还在增大，似乎材料没有了抵抗应变增加的能力，因此，材料发生了屈服，b"点为材料的上屈服点，b点为下屈服点。在屈服阶段中，曲线上最低点对应的应力称为材料的屈服强度，用s表示。如果去除屈服阶段加载的应力，材料不能恢复至原始状态，即产生了塑性变形。cd为强化阶段。在此阶段中，曲线呈上升趋势，即应力增加，应变也在增加，材料抵抗应变增加的能力又重新恢复了，材料发生的这种现象称为强化，应力-应变曲线上最高点代表的应力值称为材料的抗拉强度，用b表示。de段为局部颈缩断裂阶段。曲线在d点之前，试样的变形是均匀的，当曲线到达d点，在试样的局部缺陷处?
第一章绪论7速蠕变阶段、恒速蠕变阶段和加速蠕变阶段。图1-3为材料蠕变曲线图。由图可知，可将材料蠕变应变随时间的变化过程分为三个阶段。依次为第Ⅰ阶段，减速蠕变阶段，第Ⅱ阶段，恒速蠕变阶段，第Ⅲ阶段，加速蠕变阶段。在减速蠕变阶段，蠕变应变随着时间增加而增大，刚开始时，蠕变速率很大，但随着时间的不断增加，蠕变速率逐渐减校这是因为金属在高温下受到加载力时，内部马上会发生变形，产生位错并发生滑移，金属原子间的扩散引起点阵缺陷等基本现象。对于多晶体来说，当加载应力时，每个晶粒都会受力，导致材料内部出现空位和位错增殖现象，当位错移动时，空位对其起阻碍作用，对材料起到了强化作用，蠕变速率减小，即减速蠕变阶段。第Ⅱ阶段为恒速蠕变阶段，占据材料整个蠕变阶段的时间最长。因此，该阶段对研究材料蠕变行为具有重要意义。金属材料不论在室温还是高温环境中服役，产生塑性变形时，都会发生加工硬化现象，当加工硬化现象出现在高温时，会发生回复，如果温度更高，甚至会出现再结晶，一般认为，在恒速蠕变阶段，材料发生的回复和加工硬化现象达到了平衡。当材料蠕变应变增大时，组织内将会产生严重的缺陷，如孔洞、裂纹等，造成蠕变速率快速增大，此阶段为第Ⅲ阶段，即加速蠕变阶段。在恒速蠕变阶段，材料组织中的晶粒根据各自的排列发生变形，使得晶粒内部的不均匀变形汇聚到了一起，并移动到了晶界处，此外，由于晶粒之间相互紧密连接，导致晶界交叉的地方也会产生不均匀变形，发生应力集中现象，或者由于晶格缺陷不断移动，并堆积在晶界处，从而产生空位，在结晶时，会有微小裂纹产生，最终断裂。因此，研究材料的蠕变曲线，可以更好的了解材料在高温下的性能，为材料的安全服役提供理论支撑。图1-3蠕变曲线图1.5
【参考文献】：
期刊论文
[1]热采井用套管材料高温拉伸性能试验研究[J]. 李光辉,王海博,赵洪山,孙连坡,姬丙寅. 钢管. 2020(01)
[2]试验温度对不同工艺下的TRIP钢拉伸性能的影响[J]. 王法兵,李壮,王灏旭,张润奇,蔡一钦,戴建科,于涛,李朝华. 铸造技术. 2020(01)
[3]N80级石油套管用非调质钢36Mn2V的研发和生产[J]. 李祥才,李维海,张虎. 天津冶金. 2019(05)
[4]稠油开采过程中蒸汽技术的应用[J]. 杜娜. 中国石油和化工标准与质量. 2019(14)
[5]80SH钢中温临界应力条件下的稳态蠕变速率与机理[J]. 魏文澜,王航,韩礼红,冯耀荣,冯春. 金属热处理. 2019(03)
[6]稠油热采井套管损坏研究进展[J]. 张峥. 化工技术与开发. 2018(08)
[7]J55钢级SEW管坯调质生产N80Q套管工艺研究[J]. 田永吉,李跟社,苏琬,张骥. 焊管. 2018(04)
[8]热处理对Q235钢微结构演变及疲劳性能的影响[J]. 魏亮鱼,李磊,李建杨. 内蒙古工业大学学报(自然科学版). 2018(02)
[9]夹杂物尺寸对粉末高温合金低周疲劳寿命影响的机制[J]. 刘新灵,胡春燕,王天宇. 失效分析与预防. 2018(02)
[10]稠油热采技术现状及发展趋势分析[J]. 汤灵芝. 化学工程与装备. 2017(09)
博士论文
[1]浅层稠油蒸汽吞吐井套管柱应变设计与安全适用性技术研究[D]. 王建军.中国石油大学(华东) 2015
硕士论文
[1]热采井套管损坏机理研究[D]. 甘全.西南石油大学 2017
[2]热采井腐蚀套管剩余强度与剩余寿命研究[D]. 孙濡青.西南石油大学 2014
[3]热采油井套损机理及防治措施研究[D]. 张琴.重庆大学 2008
本文编号：3036097
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