高压管汇流固耦合振动特性分析与冲蚀磨损试验研究

发布时间：2022-02-23 23:35

　　在油气压裂作业中,高压管汇常因流体的剧烈非稳态流动而发生管体振动,造成管体受复杂动载作用并引发泄露事故,同时管汇在高速携砂液冲蚀磨损条件下,管体易发生应力开裂和刺漏等冲蚀失效。因此,开展高压管汇流固耦合振动特性分析和管汇安全检测评价研究具有非常重要的意义,本文开展了高压管汇流固耦合振动的仿真模拟,分析了管体振动的动力学特性,并为在役高压管汇的冲蚀损伤提供了磨损理论基础和磁记忆检测标准,开展了以下研究工作:（1）通过在管段进水口处先后施加连续脉冲压力和恒定压力,仿真计算了高压管汇直管段、弯管段、预制冲蚀损伤弯管段的振动位移、速度和应力特性,研究了管汇结构对管体振动的影响和流固耦合作用对管汇等效应力分布状态的影响。研究结果表明:水压在弯管弯折处产生的结合部流固耦合对管体振动的动力学特性影响较大;同时连续脉冲水压对结合部流固耦合振动的速度均值影响较大,但对速度幅值影响较小;预制冲蚀损伤弯管段在水压作用时,冲蚀损伤处发生等效应力高度集中的现象。（2）采用模拟现场作业环境的水流携砂喷射法对管汇常用管材35CrMo钢进行了冲蚀试验,研究了35CrMo钢冲蚀失重量分别与冲击角度、冲击速度的定量关系;... 

【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市211工程院校教育部直属院校

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 课题研究目的和意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 冲蚀理论国内外研究现状
        1.3.2 影响冲蚀磨损的主要因素
        1.3.3 金属磁记忆检测技术的研究现状
        1.3.4 管汇流固耦合振动的研究现状
    1.4 主要研究内容
第2章 高压管汇流固耦合振动仿真研究
    2.1 ANSYS Workbench中高压管汇流固耦合流程
        2.1.1 Transient Structural的参数设置
        2.1.2 CFX的参数设置
    2.2 高压管汇的流固耦合动力学特性仿真
        2.2.1 模型参数描述
        2.2.2 模拟计算与研究
        2.2.3 管体振动位移仿真计算结果分析
        2.2.4 管体振动位移速度仿真计算结果分析
        2.2.5 管体振动等效应力仿真计算结果分析
    2.3 本章小结
第3章 应力耦合工况下高压管汇材料的冲蚀磨损特性试验研究
    3.1 引言
    3.2 试验部分
        3.2.1 试验试样
        3.2.2 试验装置
        3.2.3 试验方案及参数设计
        3.2.4 评价试样冲蚀磨损性能的标准
    3.3 试验结果分析
        3.3.1 冲击速度和冲蚀率α的关系拟合
        3.3.2 冲击速度和扫描电镜图像的对比分析
        3.3.3 冲击角度和冲蚀率α的关系拟合
        3.3.4 冲击角度和扫描电镜图像的对比分析
    3.4 冲蚀磨损评价的计算公式
    3.5 本章小结
第4章 高压管汇冲蚀磨损磁记忆检测试验研究
    4.1 引言
    4.2 试验部分
        4.2.1 试验装置
        4.2.2 试验材料
        4.2.3 试验设计
    4.3 试验结果分析
        4.3.1 冲蚀面形貌与磁记忆信号的定性、定量关系
        4.3.2 冲蚀磨损量、冲蚀率与磁记忆信号的定性、定量关系
        4.3.3 冲蚀磨损量、磁记忆信号与冲击速度和拉伸载荷的关系
    4.4 本章小结
第5章 高压管汇的磁记忆检测方法和试验研究
    5.1 高压管汇的检测方法
        5.1.1 高压管汇的静水压检测
        5.1.2 高压管汇的超声检测
        5.1.3 高压管汇的磁粉检测
        5.1.4 高压管汇的声发射检测
        5.1.5 高压管汇的磁记忆检测
    5.2 高压管汇的磁记忆检测试验
        5.2.1 试验材料和装置
        5.2.2 试验结果及分析
    5.3 本章小结
第6章 结论
    6.1 主要结论
    6.2 研究展望
参考文献
附录 A 攻读学位期间发表的学术论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]拉应力作用下冲蚀速度对35CrMo钢冲蚀磨损行为的影响[J]. 张爱波,樊建春,耿亚楠,刘书杰,王虹富,何英明.  润滑与密封. 2017(03)
[2]管汇材料35CrMo钢冲蚀磨损性能研究[J]. 孟杏,樊建春,刘书杰,杨向前,刘藩琪,冯桓榰,代濠源.  石油机械. 2016(11)
[3]油井金属套管应力磁记忆检测仪[J]. 梁冰.  石油仪器. 2014(06)
[4]高压管汇冲蚀磨损磁记忆检测试验研究[J]. 孙秉才,樊建春,温东,谢永金,明学江,胡治斌,吴汉川.  石油机械. 2014(06)
[5]高压对高压管汇冲蚀磨损的影响[J]. 孙秉才,樊建春,温东,谢永金,胡治斌,明学江.  润滑与密封. 2014(04)
[6]内压和弯曲载荷下连续管磁记忆信号特征研究[J]. 范磊,樊建春,李晓秋,雷军,张国营,孙玉江.  中国安全科学学报. 2013(09)
[7]浅析井控安全管理的方法[J]. 刘晓利.  中国石油和化工标准与质量. 2013(09)
[8]20CrNiMo冲蚀磨损性能研究[J]. 李治堃,樊建春,张继信,詹先觉.  润滑与密封. 2012(09)
[9]套管损伤磁记忆检测信号的量化识别方法[J]. 张静,樊建春,王培玺,孙秉才,张广伟,齐丽娟.  石油机械. 2012(08)
[10]磁记忆检测技术在射孔套管安全评价中的应用[J]. 齐立娟,樊建春,张来斌,温东,孙秉才,张广伟.  石油机械. 2012(08)

博士论文
[1]磁记忆检测原理及其应用技术的研究[D]. 万升云.华中科技大学 2006



本文编号：3641519