大膨胀率石油套管性能的研究

发布时间：2017-04-17 07:12

  本文关键词：大膨胀率石油套管性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：膨胀管技术是石油钻井行业中迅速崛起的一项新技术,可明显降低钻井及完井成本。该技术的最终目的是实现单一井径钻井完井,制约膨胀管技术发展及应用的关键是膨胀管材料的选择和优化。目前国内外膨胀管材料的选择依然局限在现有的API套管中,且膨胀率均小于25%,屈强比在0.75左右,还没有解决具有低成本、大尺寸、大膨胀率等高性能的膨胀管用钢铁材料的生产制备问题。学者们都追求新材料的研制,忽略了对已用钢材进行改性来制备膨胀管的方法。本文依照双相钢的设计理念,通过热处理改性的方法对低碳合金钢进行实验,探讨了影响实验钢显微组织形态,力学性能以及膨胀性能的因素,设计了热处理方案、拉伸实验及膨胀实验,运用了光学显微镜、扫描电镜、透射电镜及能谱分析等实验分析手段,得到了力学性能与组织、成分之间的对应关系。实验得出,亚温淬火工艺可以得到双相组织,改善了材料的强韧性能和膨胀性能,较完全淬火工艺更适于膨胀管用钢的热处理;Cr、Mo元素提高了实验钢的淬透性;影响实验钢相组成及组织形态的淬火温度、冷却方式、回火等因素同样影响着实验钢的力学性能;回火显著提高了亚温淬火实验钢的延性,770℃亚温淬火钢经600℃回火后,延伸率从7.3%提高到14.94%,断面收缩率从23.56%提高到48.96%,膨胀极限从20%提升到40%,远大于API套管中25%的膨胀率,屈强比在0.65左右,小于API套管的0.75,性能较佳,基本实现了低成本、大膨胀率和高性能的目标。
【关键词】：膨胀管 双相钢 热处理 延伸率 膨胀极限
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-26
• 1.1 膨胀管技术概述10-13
• 1.1.1 膨胀套管技术11-12
• 1.1.2 单一井径膨胀套管技术12-13
• 1.2 膨胀管技术的研究进展及应用13-16
• 1.2.1 膨胀管技术的国外研究现状13-14
• 1.2.2 膨胀管技术的国内研究进展14-15
• 1.2.3 膨胀管技术的应用15-16
• 1.3 膨胀套管用钢的研究与制备16-21
• 1.3.1 膨胀套管用钢的研制方向16-17
• 1.3.2 先进钢铁材料的发展17-18
• 1.3.3 探究开发新型膨胀管材料18-20
• 1.3.4 对已有钢管的筛选及加工改性20
• 1.3.5 膨胀套管用钢的发展瓶颈20-21
• 1.4 双相钢的研究与发展21-23
• 1.5 本文研究的主要内容23-26
• 第二章 实验材料及研究方法26-32
• 2.1 实验材料的选择26
• 2.2 实验设备26-27
• 2.3 实验方法27-32
• 2.3.1 热处理方案27-29
• 2.3.2 组织结构分析实验29
• 2.3.3 力学实验29-30
• 2.3.4 膨胀实验30-32
• 第三章 实验钢的显微组织32-42
• 3.1 实验钢的显微组织特征32-33
• 3.2 影响实验钢显微组织特征的因素33-40
• 3.2.1 合金元素的影响33-34
• 3.2.2 两相区加热温度的影响34-35
• 3.2.3 冷却方式的影响35-38
• 3.2.4 回火的影响38-39
• 3.2.5 膨胀变形的影响39-40
• 3.3 本章小结40-42
• 第四章 实验钢单轴拉伸下的力学性能42-50
• 4.1 概述42
• 4.2 实验钢单轴拉伸时的力学性能42-43
• 4.3 影响实验钢力学性能的因素43-48
• 4.3.1 亚温淬火温度43-44
• 4.3.2 两相区加热后的冷却方式44-45
• 4.3.3 预热处理工艺的影响45-46
• 4.3.4 回火的影响46-47
• 4.3.5 膨胀变形的影响47-48
• 4.4 本章小结48-50
• 第五章 实验钢的断裂特性50-54
• 5.1 断口分析50
• 5.2 双相钢中解理裂纹的萌生50-51
• 5.3 实验钢拉伸断口形貌的观察51-53
• 5.3.1 不同工艺拉伸断口形貌的观察51-53
• 5.3.2 膨胀前后拉伸断口形貌的观察53
• 5.4 本章小结53-54
• 第六章 实验钢膨胀性能54-58
• 6.1 概述54
• 6.2 不同工艺相同膨胀率下膨胀压力的研究54-55
• 6.2.1 相同预热处理，，不同亚温淬火温度54
• 6.2.2 不同预热处理，相同临界淬火温度54-55
• 6.3 回火与不回火时膨胀压力的研究55-56
• 6.4 相同工艺不同膨胀率下膨胀压力的研究56
• 6.5 本章小结56-58
• 第七章 结论58-60
• 参考文献60-62
• 致谢62-63

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本文编号：312695