本文關(guān)鍵詞：腐蝕環(huán)境對(duì)鉆桿材料抗低載多沖疲勞斷裂性能影響研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鉆柱是石油鉆探中的重要工具。鉆柱在井下的實(shí)際鉆進(jìn)過(guò)程中局部長(zhǎng)期承受復(fù)雜的靜、動(dòng)載荷尤其是小能量多次重復(fù)的沖擊載荷。這種載荷往往會(huì)使鉆柱上存在的缺口、裂紋等薄弱部位發(fā)生失效,致使鉆桿發(fā)生斷裂。API 5D標(biāo)準(zhǔn)中尚無(wú)針對(duì)鉆桿材料在井下承受多沖載荷發(fā)生失效的力學(xué)性能評(píng)價(jià)測(cè)試方法。多次沖擊抗力既不同于一次沖擊抗力,也不同于疲勞抗力,它反映著大多數(shù)機(jī)件在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中抵抗多沖載荷的能力大小。本文參照現(xiàn)有理論和標(biāo)準(zhǔn),自行設(shè)計(jì)了可以模擬多沖工況的鉆桿材料多沖斷裂疲勞測(cè)試方法和實(shí)驗(yàn)裝置；分析了低載多沖作用下鉆桿材料的損傷機(jī)制和破斷所需能量的計(jì)算方法；并針對(duì)腐蝕環(huán)境,研究了不同腐蝕環(huán)境下鉆桿材料多沖抗力的變化,本文進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究：(1)從斷裂力學(xué)的角度分析了多沖試樣的起裂和破斷過(guò)程機(jī)理；建立了多沖損傷累積破斷模型,對(duì)裂紋的萌生、起裂和擴(kuò)展等階段進(jìn)行了分析；結(jié)合Stroh判據(jù)和斷裂韌度KIC判據(jù),提出了多沖累積能量的定量計(jì)算方法并進(jìn)行了計(jì)算。(2)選擇了常見(jiàn)的三種鉆桿材料,對(duì)其進(jìn)行常規(guī)的力學(xué)性能測(cè)試并與API 5D標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比；研究了單次沖擊能量與鉆桿材料的多沖抗力的關(guān)系,并擬合了數(shù)據(jù)；從能量角度計(jì)算了多沖試樣的裂紋形核功并與一次沖擊實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比,提出了鉆桿材料的能量轉(zhuǎn)換效率概念及計(jì)算方法。從微觀角度分析了多沖破斷機(jī)理與斷口形貌,并與一次沖擊斷口進(jìn)行了對(duì)比。(3)硫化氫腐蝕環(huán)境下,研究了三種鉆桿材料的多沖抗力隨腐蝕時(shí)間的變化規(guī)律,同樣進(jìn)行了數(shù)據(jù)的擬合。通過(guò)斷口的微觀形貌觀察和分析,結(jié)合氫損傷機(jī)理從微觀上解釋了鉆桿材料多沖抗力下降的原因。(4)研究了二氧化碳腐蝕環(huán)境對(duì)鉆桿材料多沖抗力的影響規(guī)律,對(duì)比分析了常溫常壓二氧化碳腐蝕環(huán)境對(duì)S135和V150鉆桿材料多沖抗力的影響并與硫化氫腐蝕環(huán)境進(jìn)行了對(duì)比。探究了溫度對(duì)S135多沖抗力的影響。針對(duì)G105鉆桿材料探究了60℃時(shí)C1-的加入的多沖抗力的影響。從微觀角度對(duì)比觀察了二氧化碳腐蝕產(chǎn)物和形貌,簡(jiǎn)要分析了其對(duì)鉆桿材料多沖抗力的影響機(jī)理。
【關(guān)鍵詞】：鉆桿材料 低載多沖 硫化氫 二氧化碳 腐蝕
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TE982;TG172
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-16
• 1.1 研究背景8-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀11-14
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容和思路14-16
• 第二章 低載多沖實(shí)驗(yàn)方案與實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)16-31
• 2.1 低載多沖測(cè)試方法的提出16-17
• 2.2 低載多沖實(shí)驗(yàn)裝置17-24
• 2.2.1 大氣環(huán)境下的低載多沖實(shí)驗(yàn)裝置18-23
• 2.2.2 液體介質(zhì)環(huán)境下的低載多沖實(shí)驗(yàn)裝置23-24
• 2.3 低載多沖實(shí)驗(yàn)具體實(shí)施步驟24-25
• 2.4 材料準(zhǔn)備及基本力學(xué)性能測(cè)試25-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第三章 多沖損傷累積模型的提出與能量計(jì)算方法31-50
• 3.1 多沖試樣缺口起裂機(jī)理分析31-39
• 3.1.1 多沖試樣缺口效應(yīng)引起的應(yīng)力集中31-33
• 3.1.2 多沖損傷累積裂紋形核的位錯(cuò)機(jī)制33-37
• 3.1.3 試樣厚度對(duì)缺口部位應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)的影響37-39
• 3.2 J積分與多沖試樣斷裂韌度K_(IC)的計(jì)算方法39-42
• 3.2.1 J積分判據(jù)39-40
• 3.2.2 線彈性下J積分K的關(guān)系40-41
• 3.2.3 沖擊試樣K_(IC)與J_(IC)的計(jì)算方法41-42
• 3.3 多沖損傷累計(jì)模型的建立42-45
• 3.3.1 經(jīng)典缺口靜彎曲破斷模型42-43
• 3.3.2 基于多沖載荷的損傷累積能量模型的提出43-45
• 3.4 多沖累積能量的定量計(jì)算方法45-49
• 3.4.1 基于Stroh判據(jù)的裂紋形核起裂功計(jì)算方法45-46
• 3.4.2 基于有限元模擬的起裂功計(jì)算方法46-47
• 3.4.3 基于K_(IC)的裂紋擴(kuò)展功計(jì)算方法47-49
• 3.5 本章小結(jié)49-50
• 第四章 大氣環(huán)境下的鉆桿低載多沖測(cè)試50-67
• 4.1 鉆桿材料縱橫向試樣的低載多沖抗力對(duì)比50-52
• 4.2 單次沖擊能量與鉆桿低載多沖抗力的關(guān)系52-55
• 4.3 多沖抗力與材料性能之間的聯(lián)系55-57
• 4.4 低載多沖的能量分析與計(jì)算57-61
• 4.4.1 一次沖擊能量與多沖累積能量的對(duì)比57-59
• 4.4.2 Stroh裂紋形核功計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值對(duì)比59
• 4.4.3 基于K_(IC)的裂紋擴(kuò)展功計(jì)算值59-60
• 4.4.4 多沖能量轉(zhuǎn)換效率的提出與計(jì)算60-61
• 4.5 多沖斷口形貌觀察與分析61-65
• 4.5.1 多沖宏觀斷口形貌特征61-63
• 4.5.2 不同單次沖擊功下裂紋起裂長(zhǎng)度的宏觀表征63-64
• 4.5.3 多沖斷口與一次沖擊斷口微觀形貌對(duì)比觀察64-65
• 4.6 本章小結(jié)65-67
• 第五章 硫化氫腐蝕對(duì)鉆桿抗低載多沖性能的影響67-83
• 5.1 油氣田H_2S腐蝕情況概述67-68
• 5.2 油氣田H_2S腐蝕機(jī)理及主要腐蝕形式68-69
• 5.3 H_2S腐蝕后鉆桿材料的低載多沖測(cè)試69-76
• 5.3.1 H_2S腐蝕方案與實(shí)驗(yàn)步驟69-71
• 5.3.2 低載多沖測(cè)試結(jié)果及分析71-76
• 5.4 氫損傷微觀腐蝕機(jī)理76-78
• 5.5 H_2S腐蝕后沖斷斷口微觀形貌對(duì)比分析78-81
• 5.6 本章小結(jié)81-83
• 第六章 二氧化碳腐蝕對(duì)鉆桿材料多沖抗力的影響83-98
• 6.1 飽和CO_2浸泡時(shí)間對(duì)鉆桿材料多沖抗力的影響83-89
• 6.1.1 飽和CO_2浸泡腐蝕測(cè)試方案83-84
• 6.1.2 飽和CO_2腐蝕速率和低載多沖測(cè)試結(jié)果84-86
• 6.1.3 H_2S與CO_2腐蝕環(huán)境對(duì)鉆桿材料多沖抗力的對(duì)比86-89
• 6.2 不同CO_2腐蝕環(huán)境下鉆桿材料多沖抗力的變化89-93
• 6.2.1 溫度的影響和測(cè)試研究89-92
• 6.2.2 60℃時(shí)Cl~-濃度的影響和測(cè)試研究92-93
• 6.3 CO_2腐蝕后鉆桿表面腐蝕產(chǎn)物和斷口形貌分析93-96
• 6.4 本章小結(jié)96-98
• 第七章 結(jié)論98-100
• 致謝100-101
• 參考文獻(xiàn)101-108
• 攻讀學(xué)位期間科研成果108

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本文編號(hào)：292655