【摘要】：液氮壓裂作為無水壓裂技術(shù)研究熱點(diǎn)之一,可望解決水力壓裂存在的儲層傷害與環(huán)境保護(hù)等問題、提高壓裂效果。為研究常規(guī)生產(chǎn)管柱實(shí)施液氮壓裂的可行性,分別對不同鋼級(J55、N80、P110)的油管和套管試件進(jìn)行液氮低溫處理,并對試件進(jìn)行單軸靜力拉伸實(shí)驗(yàn)、夏比沖擊實(shí)驗(yàn)和裂紋尖端張開位移實(shí)驗(yàn),對比處理前后試件的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、沖擊韌性和斷裂韌性的變化,分析溫度、液氮浸入時間和溫度循環(huán)次數(shù)對力學(xué)性能的影響規(guī)律;應(yīng)用掃描電鏡觀察拉伸斷口和沖擊斷口的微觀形貌。結(jié)果表明:實(shí)驗(yàn)溫度為-195.8℃時,試件的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度增大,沖擊韌性急劇降低,不同類型試件的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和沖擊功的變化幅度不同。浸入時間和溫度循環(huán)次數(shù)對試件的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、沖擊韌性和斷裂韌性基本無影響。實(shí)驗(yàn)溫度為25℃時,隨著浸入時間和溫度循環(huán)次數(shù)的增加,試件的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、沖擊功、裂紋尖端張開位移變化不大。因此,在液氮壓裂的過程中,應(yīng)盡量避免管柱振動或產(chǎn)生其他沖擊載荷,可以待管柱回溫后進(jìn)行管柱拖動等進(jìn)一步操作。電鏡掃描發(fā)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)溫度為-195.8℃時,斷口呈現(xiàn)出明顯的脆性斷裂特征;實(shí)驗(yàn)溫度為25℃時,斷口呈現(xiàn)出明顯的韌性斷裂特征。研究結(jié)果可望為使用常規(guī)生產(chǎn)管柱進(jìn)行液氮壓裂施工提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
【圖文】：

技術(shù)路線圖

隨著液氮的注入，，管柱的溫度急劇降低，此時，管柱的拉伸而現(xiàn)階段關(guān)于液氮快速冷卻對金屬拉伸特性影響的研究較少，因展開研究。為了研究液氮低溫作用對管材的拉伸特性的影響，選、N80、P110）的油管和套管，用液氮對拉伸試件進(jìn)行低溫處理拉伸實(shí)驗(yàn)得到處理前后試件的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，并進(jìn)一步分強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度隨液氮浸入時間、溫度循環(huán)的變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備拉伸試件制備據(jù)《石油天然氣工業(yè) 油氣井套管或油管用鋼管》[69]的規(guī)定，采用套管和油管上相應(yīng)位置切割各試件。拉伸試件為縱向弧形試件，《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第 1 部分：室溫試驗(yàn)方法》[70]的規(guī)定加工實(shí)物如圖 2.1 和圖 2.2 所示。
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE931.2

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本文編號：2634040